Wie entstehen im Gehirn Kategorien?

Kategorisierung ist ein fundamentales Element nicht nur des menschlichen Denkens, denn jedes Mal, wenn ein Kind einen Sessel sieht, speichert es dieses konkrete Erlebnis, wobei es später basierend auf Ähnlichkeiten zwischen diesen abstrahiert, sodass das Gehirn des Kindes für die Eigenschaften und Funktionen von Sesseln eine eigene Kategorie Sessel bildet. So kann das Kind später neue Sessel schnell mit dieser Kategorie und dem darin enthaltenen Wissen verknüpfen, also etwa, dass man darauf sitzen kann. Diese Fähigkeit, sensorische Reize zu kategorisieren, ist aber auch entscheidend für das Überleben von Tieren in einer komplexen Umwelt, wobei das Abspeichern von Kategorien anstelle von einzelnen Erfahrungen eine größere Verhaltensflexibilität ermöglicht. Neuronen, die Kategorie-Selektivität zeigen, wurden in verschiedenen Bereichen des Neocortex von Säugetieren gefunden, aber der präfrontale Cortex scheint in diesem Zusammenhang eine herausragende Rolle zu spielen. Insbesondere bei Primaten, die ausgiebig auf eine Kategorisierungsaufgabe trainiert werden, repräsentieren Neuronen im präfrontalen Cortex schnell und flexibel gelernte Kategorien. Wie diese Repräsentationen bei niederen Tieren entstehen, ist jedoch noch weitgehend unerforscht, wobei unklar ist, ob flexible Repräsentationen allmählich als Teil des semantischen Gedächtnisses aufgebaut werden, oder mehr oder weniger sofort während einer Aufgabenausführung zugewiesen werden.

Reinert et al. (2021) untersuchen die Bildung einer neuronalen Kategorierepräsentation bei Mäusen während eines gesamten Lernprozesses, indem sie wiederholt einzelne Zellen im medialen präfrontalen Cortex abbildeten. Sie konnten dabei zeigen, dass Mäuse eine regelbasierte Kategorisierung erlernen können und auf neue Reize verallgemeinern, wobei im Verlauf des Lernprozesses Neuronen im präfrontalen Cortex eine unterschiedliche Dynamik beim Erwerb der Kategorie-Selektivität zeigen und bei einem späteren Wechsel der Regeln unterschiedlich aktiv sind. Eine Untermenge von Neuronen reagiert selektiv und eindeutig auf Kategorien und spiegelt dadurch das Generalisierungsverhalten wider, woraus man schließen kann, dass eine Kategorierepräsentation im präfrontalen Cortex der Maus während des Lernens allmählich erworben und nicht ad hoc entsteht. Dieser allmähliche Prozess legt also nahe, dass Neuronen im medialen präfrontalen Cortex Teil eines spezifischen semantischen Gedächtnisses für visuelle Kategorien sind.

Literatur

Reinert, Sandra, Hübener, Mark, Bonhoeffer, Tobias & Goltstein, Pieter M. (2021). Mouse prefrontal cortex represents learned rules for categorization. Nature, doi:10.1038/s41586-021-03452-z.


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