Brüche und ganze Zahlen teilen sich eine Karte im Gehirn

Brüche und ganze Zahlen werden im Gehirn gebildeter Erwachsener offenbar auf einer gemeinsamen Karte nach ihrer Größe geordnet. Das berichtet ein Team um Daniela Valério und Stanislas Dehaene aus Frankreich. Die Karte liegt im vorderen Teil des Scheitellappens, genauer im vorderen intraparietalen Sulcus (IPS) und im angrenzenden unteren Scheitelläppchen (IPL).

Die Arbeit erschien am 22. Oktober 2026 in der Fachzeitschrift PLOS Biology und wurde dort begutachtet. Die Gruppe arbeitet an der Cognitive Neuroimaging Unit des NeuroSpin Center (Université Paris Saclay, INSERM, CEA) und am Collège de France.

Die Forschenden gingen der Frage nach, wie das Gehirn die Bedeutung abstrakter Symbole darstellt. Manche Theorien nehmen dafür semantische Räume an, in denen Begriffe Positionen einnehmen, die ihre Beziehungen zueinander widerspiegeln.

So gingen die Forschenden vor

Teilgenommen haben 22 gesunde Erwachsene zwischen 19 und 39 Jahren, alle mit Französisch als Muttersprache und einem Abitur mit naturwissenschaftlichem Schwerpunkt. Ausgewertet wurden die Hirndaten von 20 und die Verhaltensdaten von 19 Personen.

Die Teilnehmenden lösten eine aktive Aufgabe, in der sie die Größe von Zahlsymbolen verglichen. Dabei zeichnete das Team die Aktivität des gesamten Gehirns mit funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) bei 7 Tesla auf. Die Auflösung betrug 1,2 Millimeter. Die Zahlsymbole umfassten ganze Zahlen von 0 bis 5 sowie Brüche.

Die Fähigkeit, Zahlenverhältnisse zu unterscheiden, entsteht laut Studie früh im Leben. Trotzdem tun sich nach Angaben der Autoren die meisten Siebenjährigen mit der Vorstellung schwer, es könne Zahlen zwischen 1 und 2 geben.

Jede Zahl musste im Arbeitsgedächtnis gehalten werden, um sie mit der nächsten zu vergleichen. Für jede der 12 einzelnen Zahlen schätzte das Team je Person ein Aktivitätsmuster, das die Studie Vektor nennt. Dann prüfte es, ob diese Vektoren eine Karte bilden und welche Hauptachsen sie hat.

Ergebnisse: zwei Achsen und eine Landkarte der Zahlen

Verhaltensdaten und Hirnaktivität zeigten den Distanzeffekt: Die Teilnehmenden waren langsamer und ungenauer, wenn die Zahlen näher beieinander lagen. Das galt unabhängig davon, ob es Brüche oder ganze Zahlen waren. Nahe beieinanderliegende Zahlen riefen auch ähnlichere Aktivitätsmuster hervor.

Eine Hauptkomponentenanalyse über das gesamte Gehirn ergab zwei Hauptachsen. Die Analyse war rein datengetrieben. Die erste Achse trennte Brüche von ganzen Zahlen. Die zweite ordnete die Zahlen nahezu perfekt nach ihrer Größe. Zusammen erklärten beide Komponenten 36,23 Prozent der Varianz. Ein besonders deutlicher Verlauf von klein nach groß zeigte sich im vorderen IPS.

Die Hirnaktivitätsmuster aus Durchgängen innerhalb eines Bereichs und aus bereichsübergreifenden Durchgängen korrelierten hoch. Eine Suchkugelanalyse fand Regionen, die den Abstand zwischen Brüchen und ganzen Zahlen abbilden, darunter Hippocampus, parahippocampalen Kortex und Regionen des IPS.

Auch im Hippocampus und im parahippocampalen Kortex war die Ordnung nach Größe ausgeprägt. In diesen Regionen sortierte die erste Dimension der mehrdimensionalen Skalierung die Zahlen nach ungefährer Größe, egal ob Bruch oder ganze Zahl. Im Verhalten und in den rechenbezogenen Arealen bildete die Zahlenreihe keine gerade Linie, sondern knickte oberhalb der Drei ab. Die Autoren erklären das damit, dass die Brüche nur von 0,25 bis 2,5 reichten und Vergleiche zwischen 3 und 5 deshalb leichter fielen. Sie halten aber auch einen Effekt der Auswertungsmethode für möglich.

Mit Gauß-Kurven ermittelte das Team für einzelne Voxel, also Bildpunkte der Aufnahme, bevorzugte Zahlen. Im vorderen IPS erschien eine Karte: Voxel für kleine Zahlen lagen weiter vorn, jene für größere Zahlen weiter hinten und oben. Die Autoren sprechen von einer numerotopen Karte.

Nach Einschätzung der Autoren sind der vordere IPS und das angrenzende Scheitelläppchen offenbar zentral dafür, wie das Gehirn die Größe symbolischer Zahlen darstellt. Brüche und ganze Zahlen seien bei Erwachsenen in einen gemeinsamen semantischen Raum integriert, zumindest im getesteten Bereich von 0 bis 5.

Einordnung

Zwei Übersichtsarbeiten untersuchten zuvor, wo Zahlen im Gehirn verarbeitet werden. Eine Metaanalyse von 2017 im Fachblatt NeuroImage wertete 57 Bildgebungsstudien aus. Sie fand überlappende Aktivierung für symbolische und nichtsymbolische Zahlen in Stirn- und Scheitellappen und stellte infrage, dass der intraparietale Sulcus die zentrale Region sei.

Eine weitere Metaanalyse von 2019 in Neuroscience and biobehavioral reviews umfasste 83 Bildgebungsarbeiten. Alle drei untersuchten Prozesse, einfache symbolische Zahlverarbeitung, Rechnen und mentale Rotation, aktivierten Regionen um den IPS in beiden Hirnhälften.

Die Autoren der neuen Studie verweisen auf frühere Befunde, nach denen die Mengenbedeutung von Brüchen etwa ab der 5. Klasse zu erfassen und auf einem mentalen Zahlenstrahl einzuordnen beginnt. Sie nennen auch eine Studie, die nach Gewöhnung an einen Bruch bei später gezeigten Brüchen (als Zahl oder Wort) eine Erholung der Aktivität im vorderen IPS fand, die vom Zahlenabstand abhing.

Als Alternative zur Annahme eines gemeinsamen Größensystems nennt die Studie das Discrete Semantic System. Es erklärt Distanzeffekte mit der Stärke von Verknüpfungen im semantischen Gedächtnis.

Eine einzelne fMRT-Studie legt dagegen nahe, dass der neuronale Code für Brüche sich von dem für ganze Zahlen unterscheidet. Die Autoren halten das für einen oberflächlichen Widerspruch. Jene Studie habe feine Ähnlichkeiten der Größen über beide Bereiche nicht ausgewertet und ganze Zahlen, Dezimalzahlen und Brüche in getrennten Durchgängen gezeigt. Teilnehmende hätten so bereichsspezifische Strategien nutzen können.

Nach Angaben der Autoren ist dies die erste Studie, die die Geometrie neuronaler Repräsentationen bei ganzen Zahlen und Brüchen zusammen untersucht. Die höhere Auflösung von 7 Tesla habe wahrscheinlich feinere Aktivitätsmuster sichtbar gemacht.

Wie belastbar ist das?

• Es handelt sich um eine fMRT-Studie am Menschen mit einer Zahlenvergleichsaufgabe, nicht um einen Tierversuch.
• Die Arbeit erschien in der Fachzeitschrift PLOS Biology und ist damit begutachtet.
• Gefördert wurde sie vom H2020 European Research Council.
• Die Ergebnisse gelten für Erwachsene mit ausreichender Bildung, die ausdrücklich Größen verglichen.
• In die Hirnauswertung gingen 20 Personen ein. Einzeln zeigte sich die Karte bei 14 Teilnehmenden für ganze Zahlen und bei 15 für Brüche.
• Die Befunde zeigen eine gemeinsame Karte nur im getesteten kleinen Zahlenbereich von 0 bis 5.
• Ob die Karte auch ohne aktive Vergleichsaufgabe entsteht, zeigt die Studie nicht, denn sie bezieht sich auf eine explizite Vergleichsaufgabe.

Offene Fragen

Die Autoren schreiben, die gemeinsame Karte sei im getesteten Bereich von 0 bis 5 nachgewiesen. Ob sie auch für größere Zahlen gilt, hat das Team nicht untersucht.

Offen bleibt auch, wie weit die Befunde auf einfachere Aufgaben übertragbar sind. Die Autoren verweisen darauf, dass der Zusammenhang zwischen Zahlenformaten bei leichten Aufgaben ohne explizite Größenberechnung weniger deutlich erscheint.

Weitere Quellen

• Übersichtsarbeit: Common and distinct brain regions in both parietal and frontal cortex support symbolic and nonsymbolic number processing in humans: A functional neuroimaging meta-analysis, NeuroImage (2017). Quelle, abgerufen am 24.10.2026
• Übersichtsarbeit: Neural underpinnings of numerical and spatial cognition: An fMRI meta-analysis of brain regions associated with symbolic number, arithmetic, and mental rotation, Neuroscience and biobehavioral reviews (2019). Quelle, abgerufen am 24.10.2026
• A cortical semantic space integrating fractions and integers (biorxiv.org). Quelle, abgerufen am 24.10.2026

So entstand diese Meldung: Bei der Recherche und beim Schreiben hat eine KI mitgearbeitet. Grundlage sind die Originalstudie und die oben genannten Quellen. Die Redaktion prüft Zahlen, Zitate und Aussagen gegen diese Quellen, bevor die Meldung erscheint. Das Bild ist ebenfalls KI-generiert.