Welches ist nach heutigen Erkenntnissen das wahrscheinlichste Modell für die Struktur und Organisation von semantischem Gedächtnis? Welche empirischen Befunde stützen die Annahmen des Modells? Wo liegen die Grenzen dieses Modells?
Die zusätzlichen Quellen wurden mithilfe von ChatGPT ermitteln resp. gesucht.
Antwort
Die verschiedenen Modelle konzentrieren sich auf verschiedene Aspekte des semantischen Gedächtnisses. Die Wahl des „wahrscheinlichsten” Modells hängt folglich davon ab, welche Aspekte des semantischen Gedächtnisses man betrachtet. Das von Patterson et al. (2007) vorgeschlagene Hub-and-Spoke-Modell kombiniert nicht nur verschiedene dieser Aspekte, sondern wird durch neuropsychologische Studien gestützt und erklärt, wie abstrakte Konzepte mit sensorischen und motorischen Informationen im Gehirn kombiniert werden.
Das Hub-and Spoke-Modell geht davon aus, dass Konzepte nicht nur aus konzeptuell repräsentativen, abstrakten «Hubs» bestehen, sondern mit modalitätsspezifischen «Spokes», die aus sensorischen und motorischen Informationen bestehen, kombiniert werden. Nach Patterson et al. (2007) befinden sich diese Hubs in den anterioren Temporallappen. Binder et al. (2009) bestätigen diese Annahme (Baddeley et al., 2020).
Die empirischen Befunde, die dieses Modell stützen, stammen vor allem aus neuropsychologischen Studien, insbesondere durch Forschungen an Patienten und Patientinnen mit semantischer Demenz, wie beispielsweise Anna Woollams (2012) Studie zur Konzepttypizität. Semantische Demenz ist eine fortschreitende, degenerative Erkrankung, die unter anderen die anterioren Temporallappen betrifft und zu Defiziten im semantischen Gedächtnis führt. Patienten mit semantischer Demenz zeigten zwar deutliche Defizite im semantischen Gedächtnis, doch andere kognitive Funktionen bleiben mehrheitlich intakt waren. Eine Studie zur semantischen weissen Masse von (Chen et al., 2020) zeigt auf, dass der linke fusiforme Gyrus (FFG), der Teil des Temporallappens ist, eine zentrale Rolle als semantisches Zentrum im Gehirn spielt. Ishibashi et al. (2018) und (Saucedo Marquez et al., 2013) bestätigen die Rolle der anterioren Temporallappen weiter, in ihrer Studie zur Verbesserung der semantischen Informationsverarbeitung durch transkranielle Gleichstromstimulation. Eine Meta-Analyse von Binder et al. (2009) zeigt ausserdem konsistent die Aktivierung der anterioren Temporallappen bei Aufgaben, die das semantische Gedächtnis betreffen. Diese Beispiele untermauern allesamt die Bedeutung der Hubs (Baddeley et al., 2020; Saucedo Marquez et al., 2013).
Zwar liefert das Hub-and-Spoke-Modell umfassendere Erklärungen zum semantischen Gedächtnis als frühere Ansätze, nichtsdestotrotz hat es auch seine Limitationen. Diverse Unklarheiten herrschen vor allem in Bezug auf die genaue Verortung der zuständigen Gehirnstrukturen und deren Funktion am Prozess vor.
Dem Modell nach hätte eine Schädigung des Gehirns die Beeinträchtigung von einem oder wenigen kategorienspezifischen Hubs zur Folge. Folglich hätten Patientinnen und Patienten mit solchen Schäden kategorienspezifische Defizite. Einerseits bestätigt die Studie von Mayberry et al. (2011), dass semantische Demenz den fortschreitenden Verlust von Kerninformationen im Hub zur Folge hat, was wiederum die Abgrenzung der Kategorien erschwerte. Andererseits zeigen Cree und McRae (2003) Beobachtungen, dass Konzepte hinsichtlich ihrer wichtigsten Eigenschaften stark variieren.
Dies erschwert eine eindeutige Interpretation von kategorienspezifischen Defiziten (Baddeley et al., 2020). Murphy et al. (2017) zeigten auf, dass die Rolle der anterioren Temporallappen komplexer ist, als bisher angenommen. Im Unterschied zu den ventralen Bereichen der anterioren Temporallappen, die auf Bedeutung reagieren, scheinen die anterioren Regionen nicht als Hub zu funktionieren, da sie auf Unterschiede in der Eingabemodalität reagierten (Baddeley et al., 2020). Wie erwähnt bestärken Studien zur semantischen Demenz die Rolle der anterioren Temporallappen. Allerdings breitet sich die Degeneration bei fortschreitender semantischer Demenz über diese Hirnregion hinaus. Darüber hinaus liefern funktionelle Bildgebungen, sowie Studien mit repetitiver transkranieller Magnetstimulation (rTMS), Hinweise darauf, dass die semantische Repräsentation in den anterioren Temporallappen amodal ist (Woollams, 2012).
Des Weiteren liefert das Modell keine zufriedenstellende Erklärung in Bezug auf das Volumen an Informationen, welches in den Hubs gespeichert wird und inwieweit sich dieses bei vertrauten und nicht vertrauten Konzepten unterscheidet. Auch die Spokes an sich bleiben vorerst ein Rätsel, da unklar ist wie viele und von welcher Art diese Verbindungen zu verschiedenen Konzepten ist. In Verbindung damit steht der Kritikpunkt in Bezug auf die Integration der modalitätsspezifischen (z.B. visuelle, auditive) Informationen in den Spokes mit den abstrahierten, modalitäts-unabhängigen Informationen im Hub, die bis heute noch nicht abschliessend geklärt wurde. Die Flexibilität der Konzeptaspekten, die je nach Kontext variieren, wurde bei der Erweiterung des Modells durch Hoffmann et al. (2018) schliesslich berücksichtigt und integriert (Baddeley et al., 2020).
Das Hub-Spoke-Modell bietet zwar eine umfassende und empirisch gut fundierte Grundlage zur Interaktion der Spokes und Hubs, doch die Limitation zeigen auch, dass es weiterer Forschung bedarf. Insbesondere in Bezug auf die Funktion der beteiligten Gehirnregionen und dem Interaktionsmechanismus zwischen den Hubs und Spokes.
Literaturverzeichnis
Baddeley, A. D., Eysenck, M. W. & Anderson, M. C. (2020). Memory (3. edition). Routledge Taylor & Francis. https://ebookcentral.proquest.com/lib/kxp/detail.action?docID=6132278
Chen, Y., Huang, L., Chen, K., Ding, J., Zhang, Y., Yang, Q., Lv, Y., Han, Z. & Guo, Q. (2020). White matter basis for the hub-and-spoke semantic representation: evidence from semantic dementia. Brain : a journal of neurology, 143(4), 1206–1219. https://doi.org/10.1093/brain/awaa057
Saucedo Marquez, C. M., Zhang, X., Swinnen, S. P., Meesen, R. & Wenderoth, N. (2013). Task-specific effect of transcranial direct current stimulation on motor learning. Frontiers in human neuroscience, 7, 333. https://doi.org/10.3389/fnhum.2013.00333
Woollams, A. M. (2012). Apples are not the only fruit: the effects of concept typicality on semantic representation in the anterior temporal lobe. Frontiers in human neuroscience, 6, 85. https://doi.org/10.3389/fnhum.2012.00085
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Note: 5.25