Ob wir eine neue Software ausprobieren, ein ungewohntes Küchengerät bedienen oder zum ersten Mal ein Gesellschaftsspiel lernen – das menschliche Gehirn kommt damit erstaunlich gut zurecht. Es kann bekannte Fähigkeiten neu kombinieren, ohne jedes Mal bei Null zu starten. Diese Flexibilität unterscheidet biologische Gehirne deutlich von vielen Systemen der künstlichen Intelligenz, die neue Aufgaben oft nur lernen, indem sie alte Fähigkeiten überschreiben.

Eine aktuelle Studie zeigt nun, wie Gehirne von Primaten – in diesem Fall die von Rhesusaffen – genau das schaffen, nämlich nach einer Art Baukasten-Prinzip. "Wir fanden heraus, dass das Gehirn flexibel ist, weil es Komponenten der Kognition in vielen verschiedenen Aufgaben wiederverwenden kann", sagt Timothy Buschman, Seniorautor der Studie. "Indem es diese 'kognitiven Legosteine' zusammensteckt, ist das Gehirn in der Lage, neue Aufgaben zu bauen."

Der Versuchsaufbau

Zwei Rhesusaffen lernten drei Aufgaben, die sich aus denselben Grundelementen zusammensetzten. Auf einem Bildschirm erschienen "Farbkleckse", deren Farbe sich zwischen Rot und Grün (inklusive deren Mischungen) veränderte und deren Form manchmal eher wie ein Hasenkopf und manchmal eher wie ein T aussah.

Die Tiere mussten entscheiden, welche Farbe oder Form sie "mehr" in dem Klecks sahen, und dies durch eine Augenbewegung anzeigen. Rund um den Klecks waren dafür vier neutrale Blickziele angeordnet – oben links, oben rechts, unten links und unten rechts. Welche dieser Richtungen welche Antwort bedeutete (rot, grün, Hase, T), hatten die Affen bereits im Training zuvor gelernt. Je nach Aufgabe entsprach eine dieser vier Blickrichtungen der richtigen Wahl. Traf das Tier die richtige Entscheidung, erhielt es eine kleine Portion Saft als Belohnung.

Die Aufgaben überlappten sich teilweise, unterschieden sich aber in jeweils genau einem Aspekt. Dadurch konnten die Forscher prüfen, ob das Gehirn bestimmte Denkmuster wiedernutzte oder für jede Aufgabe komplett neue neuronale Muster erzeugte. Konkret bedeutete das: In zwei Aufgaben mussten die Tiere die Farbe beurteilen – aber in jeder Aufgabe führte die richtige Antwort in eine andere Blickrichtung. In einer anderen Aufgabe mussten sie die Form beurteilen – und dabei dieselben Bewegungsrichtungen nutzen wie in einer der Farbaufgaben.

So konnte die Forschungsgruppe exakt testen, ob das Gehirn Farbe immer im selben neuronalen Muster verarbeitet, egal welche Blickrichtung gemeint ist, ob es Bewegungsrichtungen im selben Muster plant, selbst wenn eine andere Sinnesaufgabe davor steht und ob es Aufgaben tatsächlich aus Grundbausteinen zusammensetzt, statt für jede Kombination eine völlig neue neuronale Lösung zu bauen.

Was im Gehirn der Affen geschah

Während die Tiere die Aufgaben ausführten, analysierte das Team die Aktivität in mehreren Hirnregionen – besonders im präfrontalen Cortex, der für flexible Entscheidungen und Planung wichtig ist. Dort fanden sie tatsächlich wiederkehrende Aktivitätsmuster, die immer dann auftraten, wenn bestimmte Teilaufgaben gefordert waren: Muster für "Farbkategorisierung", Muster für "Formkategorisierung", Muster für bestimmte Augenbewegungen. Diese Muster traten aufgabenübergreifend auf und ließen sich wie Bausteine erkennen, die immer wieder aktiviert und unterschiedlich kombiniert wurden.

Es wurde also tatsächlich ein Baukasten-Prinzip nachgewiesen, das auch Menschen das Lernen erleichtert. "Wenn man schon weiß, wie man Brot bäckt, kann man diese Fähigkeit nutzen, um einen Kuchen zu backen, ohne das Backen von Grund auf neu zu lernen", bringt Studien-Erstautorin Sina Tafazoli das auf den Punkt.

Wie das Gehirn zwischen Aufgaben umschaltet

Die Analyse zeigte außerdem, wie das Gehirn unnötige Bausteine aktiv unterdrückt, um die Aufgabe effizient zu lösen. "Das Gehirn hat eine begrenzte Kapazität für kognitive Kontrolle. Man muss einige seiner Fähigkeiten komprimieren, damit man sich auf jene konzentrieren kann, die im Moment wichtig sind", sagt Sina Tafazoli.

Wenn die Aufgabe etwa verlangte, die Form zu erkennen, wurde das neuronale Muster für Farbe weniger stark. Das Gehirn blendet also aus, was gerade nicht gebraucht wird – ein Mechanismus, der Fehlentscheidungen verhindert.

Menschlicher Vorsprung vor künstlicher Intelligenz – jedenfalls noch

Viele KI-Systeme haben ein bekanntes Problem, das Tafazoli "katastrophale Interferenz" nennt: Beim Lernen einer neuen Aufgabe werden frühere Informationen oft überschrieben. Biologische Gehirne jedoch scheinen dieses Problem zu umgehen, weil sie Aufgaben in klar trennbare Bausteine zerlegen, die sich neu kombinieren lassen, ohne alte Muster zu zerstören.

Dieses Prinzip könnte helfen, KI-Systeme so zu bauen, dass sie mehrere Aufgaben lernen können, ohne bereits Gelerntes zu vergessen. Darüber hinaus liefert die Arbeit einen Ansatz, um Störungen besser zu verstehen, bei denen Menschen Schwierigkeiten haben, Routinen zu wechseln oder bekannte Fähigkeiten flexibel anzuwenden.

Links / Studien

S. Tafazoli et al. (2025): "Building compositional tasks with shared neural subspaces", Nature

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