Wie merkt sich ein Kellner die Bestellungen von zwanzig Gästen?
Mauro Pesenti von der Université Catholique de Louvain in Belgien hat die Gehirnaktivität eines mathematischen “Wunderkindes” mit der von “Nicht-Experten” verglichen. Das Wunderkind zeigte im Gegensatz zur Kontrollgruppe eine Aktivierung von Hirnregionen, in denen allgemein gelernte Inhalte mit einem Bezug zu bestimmten Zeiten und Situationen gespeichert sind. Die Forscher präsentieren ihre Resultate in der Januar-Ausgabe des Fachblattes Nature-Neuroscience.
Pesenti und Kollegen haben in dieser Studie mittels der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ? eine Technik zur funktionellen Gehirnabbildung ? die Gehirnaktivität des Rechengenies Rüdiger Gamm und “normaler” Testpersonen während der Lösung von Rechenaufgaben beobachtet und dann verglichen. Gamm gilt als ein Wunder der Rechenkunst, da er schwere Rechenoperationen, beispielsweise die neunte Potenz und die fünfte Wurzel einer Zahl, im Kopf vollziehen kann.
Die Wissenschaftler haben in den Untersuchungen herausgefunden, dass durch Gamms Kalkulationsprozesse Gehirngebiete aktiviert werden, die das episodische Gedächtnis umfassen. Im episodischen Gedächtnis werden Informationen gespeichert, die mit zeitlich oder örtlich definierten Ereignissen assoziiert sind; im Gegensatz zum Erinnern an semantische Inhalte wie allgemeines Faktwissen, grammatische und arithmetische Kenntnisse. Bei den Kontrollpersonen blieben während der mathematischen Kalkulationen diese Hirnregionen inaktiv.
Die Forscher glauben, dass Fachleute wie das Wunderkind Gamm, sich die unbegrenzte Aufnahmekapazität des Langzeitgedächtnis zunutze machen. Sie nehmen an, dass dort für die Lösung komplexer Rechnungen relevante Informationen ? etwa die Folge von Rechenschritten und Zwischenergebnissen ? gespeichert werden, während “normale” Personen sich auf die eingeschränkte Kapazität des Arbeitsgedächtnisses verlassen.
Die Arten von Rechnungen, die Gamm genau und schnell durchführen kann, liegen jenseits der Kapazität des Arbeitsgedächtnisses. Wie andere “rechnende Wunderkinder” hat sich auch Gamm eine enorme Anzahl von Zahlen und Fakten zu diesen Zahlen gemerkt. Zudem hat er sich ein enormes Wissen über Verfahren und Abkürzungen angeeignet, mit denen er Probleme, die eine große Anzahl von Lösungsschritten erfordern, sehr schnell und genau lösen kann. Um etwa die Rechenaufgabe 68 x 76 zu lösen, braucht er sieben Schritte und sechs Zwischenergebnisse. Nach etwas Übung brauchte Gamm nur knapp fünf Sekunden – mit einem sehr hohen Genauigkeitsgrad. Für zweistellige Quadratzahlen braucht er im Gegensatz dazu knapp über eine Sekunde ? er holt die Zahl aus dem Gedächtnis und rechnet sie nicht aus.
Viele Spezialisten haben die Fähigkeiten zur vorübergehenden Speicherung von aufgabenbezogenen Informationen. Zum Beispiel können Musiker Melodien nach einmaligem Hören wiedergeben und mancher Kellner kann sich genau an die Bestellungen von bis zu 20 Personen erinnern, ohne sie notieren zu müssen. Solche Experten entwickeln eine Art “Langzeit-Arbeits-Gedächtnis” (LTWM), das ein bereichsspezifisches episodisches Gedächtnis mit einer größeren Kapazität als das Arbeitsgedächtnis darstellt.
Pesenti und Kollegen glauben, dass Gamm gelernt hat, diese LTWM-Möglichkeiten zu benutzen, um Aufgaben bezogene mathematische Inhalte zu speichern. Die Hypothese der Wissenschaftler war, dass nur Gamm und nicht die Kontrollpersonen – sein Langzeit-Gedächtnis zur Lösung der Aufgabe benützen würde.
Tatsächlich zeigte sich ein Unterschied in den aktiven Hirnregionen von Gamm und den Kontrollpersonen: Die Wissenschaftler haben in Gamms Gehirn eine aufgabenabhängige Aktivierung vier zusätzlicher Gehirnregionen gefunden. Drei der vier Gebiete werden dem episodischen Gedächtnis zugeordnet. Keine der Kontrollpersonen zeigte eine erhöhte Aktivität in diesen Gebieten. Dies stützt die These, von der Speicherung im “Langzeit-Arbeits-Gedächtnis”. Man kann diese zusätzliche Fähigkeit des Gehirns vorstellen, wie die Erweiterung der Arbeitskapazität eines Computers mittels RAM, um einen größeren virtuellen Speicher (Langzeit-Arbeits-Gedächtnis) zu schaffen. Also eine Auslagerung des Arbeitsspeichers (Arbeitsgedächtnis) auf die Festplatte (Langzeit- Gedächtnis), um damit eine Vergrößerung der Kapazität für schnell zugreifbare Arbeitsdaten (themenbezogene Inhalte) zu schaffen.
Die spezifische Leistung des LTWM kann man sich ungefähr so vorstellen: Man kann sich mühelos Sätze, deren Inhalt eine Bedeutung hat, von 20 oder mehr Wörtern behalten. Dies liegt jenseits der Anzahl von einzelnen Wörtern, die im “normalen” Arbeitsgedächtnis behalten werden können: nicht verwandte Wörter, die sinnlos aneinander gereiht sind (hier sind es ungefähr sechs) oder Wörter einer Fremdsprache (ungefähr drei). Gamm kann sich im Vergleich eine vorwärtslaufende Reihe von 11 Ziffern (Kontrollen: 7) und rückwärts 12 Ziffern (Kontrollen: 6) merken. Jedoch ist seine Fähigkeit, sich eine Reihe Buchstaben zu merken, durchschnittlich normal. Die Inhalte seines LTWM sind kontext-bezogen ? die Fähigkeiten gelten also nur für Rechenaufgaben.
Nicole Waschke
