In welcher Beziehung stehen Updating mentaler Modelle und Theory of Mind

Wir nehmen an, dass die Fähigkeit, Mentale Repräsentationen unsere Umwelt zu revidieren (updating) wichtig ist für viele kognitive Prozesse. Viele der Beeinträchtigungen nach einer Schädigung der rechten Hemisphäre (darunter auch Theory of Mind) können auf eine Unfähigkeit, mentale Modelle zu revidieren, zurückgeführt werden. Daher ist es wichtig, diese Fähigkeit zu messen um zu verstehen, wie Updating und ToM zusammen hängen; v.a. in Hinblick auf bessere Behandlungs-und Rehabilitationsstrategien. Hintergrund: Um in einer sich ständig verändernden Umwelt zu überleben, ist es wichtig unsere Umwelt zu kategorisieren (z.B.: ist ein Tier gefährlich oder nicht) und diese Kategorien zu revidieren, wenn sich die Gegebenheiten in der Umwelt ändern. Wir haben eine einfache und effektive Methode entwickelt, um diesen Updating Prozess zu messen: In verschiedenen Bildersets verändern sich Bilder schrittweise von einem Objekt (z.B einem Hasen) in ein völlig anders (z.B. eine Ente). Wir konnten zeigen, dass Personen mit einer Schädigung der rechten Hemisphäre (RBD) deutlich mehr Bilder benötigen, um ihre Kategorisierungen zu revidieren als Personen mit einer Schädigung in der linken Hemisphäre (LBD) oder gesunde Kontrollpersonen (HC). In verschiedenen Studien (Lesionanalysen und fMRI) haben wir gezeigt, dass die anteriore Insula in Updating involviert ist. Andere Studien finden, dass eine Schädigung der anterioren Insula zu ToM Beeinträchtigungen führt und dass dieses Areal hypoaktiv ist bei Patienten mit Autismus Spectrum Disorder. Diese Daten weisen darauf hin, dass die anteriore Insula eine wichtige Rolle in beiden Funktionen spielt ToM und Updating. Darüber hinaus konnten wir in einer Pilotstudie einen Zusammenhang zwischen ToM und Updating bei 5 jährigen Kindern zeigen. Ziel 1: Besseres Verständnis der unterschiedlichen Updating Komponenten: Ziel 1a untersucht die unterschiedlichen neuronalen Netzwerke die in den verschiedenen Subkomponenten von Updating involviert sind (change detection, decision under uncertainity, exploration). Ziel 1b untersucht, ob das Updating Defizit in RBD Patienten durch eine Beeinträchtigung, die Umwelt effizient zu explorieren, verursacht wird. Ziel 1c untersucht, ob sich diese Fähigkeit mit dem Alter verändert. Ziel 2: Warum hängen ToM und Updating zusammen: Ziel 2a untersucht, ob die gemeinsame Komponente zwischen ToM und Updating in der Notwendigkeit besteht, den eigenen falschen Glauben zu verstehen, oder in der Notwendigkeit, die Aufmerksamkeit zu re-orientieren. Ziel 2b untersucht, warum selbst 5 Jährige Kinder genauso wenig in der Lage sind, ihre mentalen Repräsentationen upzudaten wie RBD Patienten. Dieses Ziel untersucht, ob das Defizit aufgrund eines unausgereiften Wahrnehmungssystems auftritt, oder aufgrund ineffizienter Explorationsstrategien. Ziel 2c extrahiert die neuronalen Korrelate der einzelnen Updating Komponenten und vergleicht sie mit den neuronalen Korrelaten in einer ToM Aufgabe: welche neuralen Netzwerke sind in beiden kognitiven Funktionen involviert? Die Ergebnisse dieser Studie werden zu einem besseren Verständnis beitragen, welche kognitiven Komponenten in beiden Fähigkeiten beteiligt sind.

Tag täglich sind wir mit einer Unmenge an Informationen konfrontiert. Aus einer reinen Notwendigkeit heraus schon müssen wir die Welt einteilen und mentale Kategorien oder mentale Modelle bilden (z.B., Ist ein Tier gefährlich oder nicht? Ist ein Essen genießbar oder nicht?). Da sich die Welt aber ständig ändert müssen auch wir unserer Annahmen über die Umwelt laufend revidieren bzw. updaten. Um zu messen, wie Menschen auf schleichende Veränderungen in ihrer Umwelt reagieren wurde eine Bild-Morphing-Aufgabe verwendet (https://osf.io/qi2vg/), bei der sich Objekte (z.B. ein Hase) allmählich in ein anderes Objekt (z.B. eine Ente) verwandelten. Die Idee dahinter war: je länger Personen brauchen, um das zweite Objekt zu erkennen, umso schwerer tut sie sich mit diesem Updating-Prozess. Mit Hilfe dieser Aufgabe haben wir gezeigt, dass gesunde Erwachsene das zweite Objekt früher erkennen, wenn sich Bilder graduell verändern, als wenn die gleichen Bilder allein präsentiert werden. Zum Beispiel erkennen bereits 87% die "Birne" beim mittleren Bild eines Geige-Birnen-Bilderset, während nur 56% dies taten, wenn das gleiche Bild alleine präsentiert wurde. Wir vermuten, dass es daran liegt, dass diese Personen aktiv nach dem zweiten Objekt suchen (z.B.: "Ich weiß, dass es eine Geige war, aber was könnte es sonst sein?). Indem wir diese Aufgabe in fMRI Studien verwendet haben, konnten wir zeigen, dass ein weit verzweigtes Netzwerk während des Momentes des Updatings aktiviert ist. Interessanterweise waren bestimmte Areale - darunter auch die anteriore Insula - bereits 5 Sekunden vor dem Update aktiviert. Dies deutet darauf hin, dass dieses Areal wichtig für die Generierung von alternative Hypothesen wichtig ist. Bei Schlaganfallpatienten konnten wir zeigten, dass eine Schädigung der rechten Hemisphäre (RBD) - vor allem der rechten anterioren Insula - den Prozess des Updatings selektiv beeinträchtigt. Diese Patienten benötigten signifikant mehr Bilder im Vergleich zu Patienten nach einer Schädigung der linken Hemisphäre (LBD) und gesunden Senioren (HCO), um das zweite Objekt zu erkennen. RBD-Patienten profitierten dabei nicht von der graduellen Präsentation. Interessanterweise finden wir bei Kinder bis zu einem Alter von acht Jahren sehr ähnliche Ergebnisse wie bei RBD Patienten. Das heißt, während gesunde Erwachsene von einer schrittweisen, graduellen Darstellung profitieren, werden Kinder und RBD-Patienten dadurch behindert. Vorläufige Daten bei Kindern deuten darauf hin, dass Kinder einen völlig anderen Explorationsstil als gesunde Erwachsene verwenden. Wir vermuten, dass sie sich viel zu sehr auf kleine Details konzentrieren (z.B., darauf, dass die Ohren des Hasen kleiner werden) und dabei das größere ganze übersehen (z.B., dass sich der Hase in eine Ente verwandelt).