Facts and Figures: Neurofunktionelle Strukturen und kognitive Prozesse numerischer Größenverarbeitung und arithmetischen Faktenabrufs

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Hans-Otto Karnath; Dr. Elise Klein
• Fachliche Zuordnung: Biologische Psychologie und Kognitive Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400857833

Im vorliegenden Projekt sollen ausgehend von den modell-theoretischen Annahmen des Triple-Code-Modells die neurokognitiven Grundlagen der wichtigsten prozessualen Differenzierung in der numerischen Kognitionsforschung - nämlich der Verarbeitung numerischer Größe und dem Abruf arithmetischer Fakten - mittels multivariater Läsionsanalyse sowie Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) identifiziert werden: In parallelisierten quer- und längsschnittlichen experimentellen (Trainings-)Studien an Schlaganfallpatienten und gesunden Probanden werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten statische und dynamische Aspekte (neuro-kognitive Plastizität) der an Größenverarbeitung und Faktenabruf beteiligten kognitiven Prozesse überprüft sowie die mit diesen Fähigkeiten assoziierten funktionell-anatomischen Strukturen erfasst. Als Indikator für die Verarbeitung numerischer Größe werden insbesondere räumlich-numerische Assoziationen untersucht. Die parallelisierten Experimente ermöglichen das Adressieren der gleichen zentralen Fragestellungen bzgl. der Verarbeitung von numerischer Größe und arithmetischen Fakten bei Patienten und gesunden Probanden. Hierbei erlauben die Untersuchungen verschiedener Patientengruppen mittels Läsionsanalysen und DTI Kausalitätsaussagen zu neuronalen Strukturen und kognitiven Prozessen, während durch die parallelisierten Experimente an gesunden Probanden der Einfluss pathologischer Beeinträchtigungen ausgeschlossen werden kann. Wesentlich ist, dass sich unter Annahme des Triple-Code-Modells spezifische Vorhersagen zur Performanz bei verschiedenen numerischen Aufgaben sowie zu den zugrundeliegenden Läsionen in den einzelnen Populationen, d.h. Kontrollprobanden und Patienten zu verschiedenen Zeitpunkten nach dem Infarkt, ableiten lassen. Mittels multivariater Läsionsanalyse lässt sich in der Akutphase zeigen, wie sich eine Läsion in den postulierten Netzwerken der Zahlenverarbeitung unterschiedlich auf einzelne Teilprozesse auswirkt. Zudem lässt sich erfassen, ob und wenn ja, welche Strukturen weißer und grauer Substanz gemeinsam geschädigt sein müssen, damit sich ein Verhaltensdefizit einstellt. Im chronischen Stadium kann gezeigt werden, ob und inwieweit einzelne Teilprozesse von anderen neuro-anatomischen Strukturen auch netzwerkübergreifend kompensatorisch übernommen werden. Der Vergleich beider Stadien erlaubt Rückschlüsse, ob bereits anhand bestimmter Läsionsmuster kurz nach dem Insult der Verlauf einer numerischen Störung prognostiziert werden kann. Mittels DTI können mögliche Diskonnektionen der Nervenfaserverbindungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten dargestellt und analysiert werden, die strukturell intakt erscheinende Hirnregionen in ihrer Funktion beeinträchtigen können. Die gewonnenen Erkenntnisse können das Wissen um (un-)beeinträchtigte Zahlenverarbeitungsprozesse erweitern, erlauben prognostische Aussagen bei einer Beeinträchtigung und haben Implikationen für die Diagnostik und Therapie numerischer Störungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen