Das Aussprechen eines schwierigen Problems kann manchen Menschen helfen, ihre Gedanken zu ordnen. Doch laut kognitiven Neurowissenschaftlern am McGovern Institute for Brain Research des MIT ist Sprache an sich für logisches Denken nicht erforderlich.

In einer kürzlich in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlichten Studie fand ein Team unter der Leitung von Evelina Fedorenko, außerordentliche Professorin für Gehirn- und Kognitionswissenschaften am MIT, heraus, dass Menschen Probleme, die logisches Denken erfordern, erfolgreich lösen können, selbst wenn ihre Sprachfähigkeiten stark beeinträchtigt sind. Bildgebende Verfahren des Gehirns zeigten zudem, dass die für die Sprachverarbeitung zuständigen Regionen beim logischen Denken nicht aktiviert werden.

Sind Sprache und Denken wirklich miteinander verbunden?

Seit Jahrtausenden diskutieren Philosophen, Linguisten und Kognitionswissenschaftler darüber, ob Sprache für das Denken unverzichtbar ist. Viele vertreten die Ansicht, dass Menschen Sprache als Werkzeug zum Denken nutzen. Hope Kean, Postdoktorandin und ehemalige Stipendiatin des K. Lisa Yang Integrative Computational Neuroscience (ICoN) Center im Labor von Fedorenko, sagt, es gebe nachvollziehbare Gründe für die Annahme, dass Sprache und Logik eng miteinander verbunden sein könnten. „Abstraktes Denken weist Eigenschaften auf, die der Sprache sehr ähnlich sind“, sagt Kean und verweist auf strukturelle Ähnlichkeiten. „Man kann einen Gedanken in Teilkomponenten zerlegen, wie kleine Atome logischer Aussagen, und diese hierarchisch kombinieren, um komplexer strukturierte Regeln zu bilden – ganz ähnlich wie bei der Sprache.“

Dennoch vermuteten Kean und Fedorenko, der auch als Forscher am McGovern Institute tätig ist, dass das Gehirn die Kommunikation des logischen Denkens vom logischen Denken selbst trennen könnte. Menschen stützen sich stark auf Sprache, wenn sie ein Problem darlegen, mögliche Lösungen diskutieren oder erklären, wie sie zu einer Schlussfolgerung gelangt sind. Der zugrunde liegende Prozess des logischen Denkens könnte jedoch von einem anderen Gehirnsystem abhängen. „Es gibt Aspekte des Denkens, die über einige der Grenzen der Sprache hinauszugehen scheinen“, erklärte Kean. Logisches Denken erfordert oft ein Maß an Präzision, das die Alltagssprache nicht bietet. Sprache entfaltet sich zudem in einer linearen Abfolge, ein Wort nach dem anderen, während das Erreichen einer logischen Schlussfolgerung die Berücksichtigung mehrerer Informationen auf eine Weise erfordern kann, die weniger linear ist.

Logisches Denken ohne Sprache testen

Diese Fragen veranlassten Kean zu untersuchen, wie das Gehirn logisches Denken tatsächlich durchführt. Die Erforschung dieses Themas ist eine Herausforderung, da Forscher, die mit menschlichen Probanden arbeiten, normalerweise auf Sprache angewiesen sind, um Aufgaben zu erklären und Antworten zu erhalten. Fedorenkos Gruppe fand einen Weg, dieses Hindernis zu umgehen, indem sie mit Rosemary Varley, einer Neurowissenschaftlerin am University College London, die erworbene Sprachstörungen erforscht, und ihrem Team zusammenarbeitete.

Die Forscher untersuchten zwei Personen, die einen Schlaganfall erlitten hatten, der die für die Sprachverarbeitung zuständigen Bereiche des Gehirns geschädigt hatte. Beide hatten erhebliche Schwierigkeiten beim Verstehen und Produzieren von Sprache. Um das logische Denken unabhängig von der Sprache zu testen, entwickelten die Forscher Logikspiele, die sich auf Zahlen und visuelle Muster konzentrierten. Bei einer Aufgabe sahen die Teilnehmer zwei Zahlenlisten und mussten die verborgene Regel ermitteln, durch die sich die eine Liste in die andere verwandelte. Eine solche Regel konnte beispielsweise darin bestehen, die Ziffern umzukehren oder Zahlen oberhalb eines bestimmten Wertes zu entfernen. Nachdem sie die Regel identifiziert hatten, mussten die Teilnehmer sie auf neue Beispiele anwenden. Bei einer anderen Aufgabe wurde den Teilnehmern eine Sammlung geometrischer Muster vorgelegt. Sie mussten dann das Muster auswählen, das die Matrix korrekt vervollständigte.

Je schwieriger die Rätsel wurden, desto deutlicher zeigten die Ergebnisse, dass Sprache für diese Form des logischen Denkens nicht notwendig war. Die Teilnehmer mit schweren Sprachbeeinträchtigungen schnitten genauso gut ab wie eine Kontrollgruppe. Sie konnten die von ihnen entdeckten Regeln sogar durch Gesten oder Skizzen vermitteln. „Das stellt eine Theorie wirklich auf den Kopf, die besagt, dass symbolische Regelinduktion ohne sprachliche Fähigkeiten nicht möglich ist“, sagt Kean.

Gehirnscans zeigen eine Trennung zwischen Logik und Sprache

Die Forscher untersuchten außerdem, was im Gehirn gesunder Erwachsener vor sich geht, während diese logische Probleme lösen. Die Teilnehmer kamen für eine Reihe von MRT-Untersuchungen ans MIT, bei denen die Muster der Gehirnaktivität aufgezeichnet wurden, während sie verschiedene Aufgaben erledigten. Einige Aufgaben bestanden aus Logikspielen. Andere waren speziell darauf ausgelegt, die Sprachverarbeitungsregionen jedes Teilnehmers zu identifizieren. Eine separate Gruppe von Aufgaben kartierte das sogenannte „Multiple-Demand-Netzwerk“ – ein verteiltes Hirnsystem, das die Lösung komplexer Probleme unterstützt.

Die neurotypischen Teilnehmer lösten Logikrätsel, die denen ähnelten, die den Teilnehmern mit Sprachbeeinträchtigungen vorgelegt wurden. Sie arbeiteten sich zudem durch Probleme, die syllogistisches Denken erforderten. Diese Aufgaben verwendeten „Wenn-dann“-Aussagen wie „Wenn der Ball rot ist, dann ist er groß. Der Ball ist rot. Ist der Ball groß?“ Die Forscher passten den Schwierigkeitsgrad der Rätsel an, um festzustellen, welche Bereiche des Gehirns bei steigendem Denkaufwand aktiver wurden. Außerdem verglichen sie die Gehirnaktivität, wenn die Teilnehmer eine verborgene Regel entdecken mussten, mit der Aktivität, wenn sie lediglich eine bereits vorgegebene Regel anwendeten.

Die Scans zeigten eine klare Unterscheidung zwischen Sprache und Logik. Das Sprachsystem des Gehirns wurde weder beim induktiven Denken (wenn die Teilnehmer verborgene Regeln identifizierten) noch beim deduktiven Denken (wenn sie die Gültigkeit syllogistischer Schlussfolgerungen bewerteten) aktiviert. Die Ergebnisse bezüglich des „Multiple-Demand-Netzwerks“ waren unerwarteter. Wissenschaftler hatten vermutet, dass dieses Netzwerk eine wichtige Rolle beim logischen Denken spielen würde. Es wurde zwar beim induktiven Denken aktiv, schien jedoch am deduktiven Denken nicht beteiligt zu sein. Kean untersucht diesen Befund in ihrer laufenden Forschung weiter. Für Fedorenko und Kean liefern die Ergebnisse starke Belege dafür, dass Sprache und Logik auf unterschiedlichen Systemen im Gehirn beruhen. Die Ergebnisse bauen zudem auf früheren Arbeiten aus Fedorenkos Labor auf, die zeigten, dass andere Formen des Denkens, darunter die Objektkategorisierung und das soziale Denken, nicht von der Sprache abhängen.

Welche Rolle spielt die innere Uhr beim Denken?

Die Ergebnisse werfen zugleich eine interessante Frage für die Chronobiologie auf: Wenn logisches Denken unabhängig von der Sprache in eigenen Netzwerken des Gehirns stattfindet, könnte auch deren Leistungsfähigkeit durch die biologische Uhr beeinflusst werden. Aufmerksamkeit, Konzentrationsfähigkeit und kognitive Leistungsfähigkeit unterliegen natürlichen Schwankungen im Tagesverlauf und werden unter anderem durch den Schlaf-Wach-Rhythmus, Hormone wie Melatonin und Cortisol sowie den individuellen Chronotyp beeinflusst. Menschen können deshalb je nach Tageszeit unterschiedlich leistungsfähig sein, obwohl ihre grundlegenden Fähigkeiten unverändert bleiben. Die vorliegende Studie hat diesen zeitlichen Einfluss nicht untersucht. Künftige Forschung könnte jedoch klären, ob auch die für logisches Denken verantwortlichen Hirnnetzwerke bestimmten tageszeitlichen Schwankungen unterliegen und ob komplexe Denkaufgaben zu bestimmten Zeiten leichter oder effizienter bewältigt werden können.

Was die Ergebnisse für Aphasie bedeuten

Die Forschung könnte wichtige Auswirkungen darauf haben, wie Menschen erworbene Sprachstörungen, also Aphasie, verstehen. Fachleute, die mit Menschen mit Aphasie arbeiten, wissen seit langem, dass der Verlust von Sprachfähigkeiten nicht gleichbedeutend mit einem Verlust der Intelligenz ist. Jemand mit Aphasie kann immer noch gerne Schach spielen, Sudoku-Rätsel lösen oder die Familienfinanzen verwalten. Dennoch interpretieren manche Menschen Kommunikationsschwierigkeiten fälschlicherweise als Anzeichen für Denkprobleme.

„Diese Forschung ergänzt eine wachsende Zahl von Arbeiten, die belegen, dass selbst Menschen mit schwerer Aphasie ihre Fähigkeit zum abstrakten logischen Denken – ein charakteristisches Merkmal unserer Spezies – bewahren können“, sagte Fedorenko. „Wir sollten die Öffentlichkeit weiterhin darüber aufklären, dass sprachliche Schwierigkeiten – bei Aphasie, aber auch bei Menschen mit Sprachentwicklungsstörungen wie Stottern oder bei denen, deren Muttersprache nicht Englisch ist – kein Hinweis darauf sind, wie intelligent oder fähig jemand ist.“

Eine mögliche Erkenntnis für die künstliche Intelligenz

Die Ergebnisse könnten auch Auswirkungen auf die künstliche Intelligenz haben. Große Sprachmodelle wie ChatGPT und Claude werden ausschließlich anhand von Text trainiert und geben selbst Text als Ergebnis aus, dennoch können sie bestimmte Formen menschlichen Denkens überzeugend simulieren.

Das menschliche Gehirn scheint anders zu funktionieren. Beim Menschen sind Sprache und abstraktes logisches Denken voneinander getrennt. Laut Kean könnte die Untersuchung der Unterschiede zwischen menschlichem Denken und der Funktionsweise großer Sprachmodelle nützliche Anregungen für die Entwicklung zukünftiger KI-Systeme liefern.

Das genaue Verständnis davon, wie das menschliche Gehirn Schlussfolgerungen zieht, ist nach wie vor ein offenes Forschungsgebiet. Kean beschreibt es als eine neue Grenze in der Geografie des Denkens – und eine, die sie unbedingt erkunden möchte.