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Superlernen, die Rattenfänger der Neuroökonomie und warum Gehirnjogging Unfug ist: Wenn die Birne leuchtet, lernen wir nicht besser - Ein Profihirn zeigt wenig Aktivität

Von Gunnar Sohn veröffentlicht am 04/07/2009 - Keine Kommentare

Magdeburg - Vertrauen ist ein Hirnzustand. Das ist die Grundthese von Professor Henning Scheich, Direktor des Leibniz-Instituts für Neurobiologie in Magdeburg. „Vertrauen hat etwas mit Lernprozessen zu tun. Es geht dabei nicht nur um positive Einstellungen zu Dingen oder Personen, sondern es ist ein Verlass-Aspekt auf Personen oder Dinge und Verlass impliziert bereits, dass man multiple Erfahrungen machen muss, um sich auf etwas zu verlassen", erläutert Scheich. Lernprozesse, die dabei eine Rolle spielen, seien im Wesentlichen alte Bekannte. Es gibt die Pawlowsche und die instrumentelle Konditionierung. Das sind Lernprozesse, wo man in der Auseinandersetzung mit Reizen zu neuen Verhaltensweisen kommt. Bei der Pawlowschen Konditionierung kommt es eigentlich nur darauf an, dass man irgendeine positive Überzeugung hat von irgendetwas, klassisch gesehen. Futter ist immer gut. Es können aber auch andere Dinge sein. Man lernt, mit einem solchen positiven Objekt oder einer positiven Person irgendetwas zu assoziieren, was die Sache ankündigt oder umreißt. Diese Art von Lernprozess ist überhaupt nicht geeignet, Vertrauen zu schaffen", weiß der Wissenschaftler. Dabei könne sich nichts als Erfahrung bewähren im Sinne einer Rückkoppelung, also einer positiven Erfahrung. Das könne man in der Werbung beobachten: „Vieles wird hochkarätig angekündigt und verpufft dann als Luftblase", sagt Scheich.

Anders sehe es mit der instrumentellen Konditionierung aus. Hier würde man Verhaltensweisen und Erfahrungen auf nachhaltige Vorteile überprüfen. Es handele sich um Rückkopplungs-Lernprozesse. „Man kann mit einem Bestrafungsparadigma sehr schnell einen Lernprozess in Gang bringen und auch zu einem asymptotischen Niveau bringen, also einem hohen Niveau, wo diese Aufgabe gelöst wird. Das ist jedem geläufig: Gebranntes Kind scheut das Feuer. Das geht wahnsinnig schnell. Nur will man mit dieser Erkenntnis nichts mehr zu tun haben, weil man unangenehme Erfahrung damit verbindet. Macht man das Ganze aber mit Belohnungslernen, geht die Sache zwar viel langsamer und führt aber auch zu demselben Niveau", führt Scheich aus.

Mit einseitiger Belohnung oder Bestrafung könnten die Ergebnisse nie hundertprozentig werden. „Das heißt also, Sie können noch so sehr belohnen, es bleibt immer eine Differenz zu einer optimalen Performanz übrig. Eine Restdifferenz von Nichtvertrauen, die das Ganze immer gefährdet. Sie können diese Belohnungen weglassen, und das Hirn merkt sich wahnsinnig schnell, dass kein Vorteil mehr bei der Sache besteht, das könnte beispielsweise passieren, wenn irgendwas mit mehr Vorteilen kommt oder wenn Zweifel daran aufkommen lässt, dass die Belohnung überhaupt eine Belohnung war. Dann gibt es eine Extinktion, das heißt also das Verhalten fällt sofort wieder in kurzer Zeit auf Null zurück. Interessant ist bei der ganzen Betrachtungsweise, dass die Mischung von Belohnung und Bestrafung, das heißt Vorteile und Nachteile nicht etwa dazu führt, dass die Sache auf Null fällt, sondern zu einem Superlernen führt. Wenn Sie jeden positiven Umgang belohnen und jeden negativen Umgang bestrafen, dann gibt es hundert Prozent Performanz in ganz kurzer Zeit. Man vergisst das praktisch nie mehr. Das ist das perfekte System, um irgendetwas anzutrainieren", empfiehlt der Neurobiologe. Allerdings müsse es eine positive Bilanz von Belohnungen geben. Wenn diese Art von Dynamik auftritt, dann könne man das Superlernen erreichen.

Wichtig sei auch das interne Belohnungssystem des Gehirns. Es werde der Neurotransmitter Dopamin ausgeschüttet. „Das Dopamin hat eine zweifache Wirkung: Es gibt ein gutes Gefühl, wenn Sie Erfolge haben. Der zweite Effekt ist noch viel wichtiger: die Erinnerung. Wir erleben enorm viele Dinge, die wir in unseren Kopf schnüren und nicht alles bleibt im Langzeitgedächtnis haften. Die Umsetzung vom Kurzzeitgedächtnis ins Langzeitgedächtnis wird über das Dopamin gesteuert", so Scheich. Erfolg mache Spaß, da unterscheiden sich Menschen und Mäuse nicht. Dabei könne sich ein Überflieger, der beim ersten Versuch auf die Lösung kommt, genauso freuen wie ein minder Begabter, der mehr Anläufe benötigt. Es komme darauf an, sich die richtigen Ziele zu setzen. „Die Stimmungsaufheller wirken direkt auf die Gedächtnisbildung. Das hilft uns, eine Erfolgsstrategie automatisch abzuspeichern. Der Zusammenhang gilt auch umgekehrt: Wir behalten emotional gefärbte Erlebnisse besser als neutrale. Der erste Schultag, die große Liebe oder der Tod eines Freundes prägen sich uns tiefer ein als jede Mathe-Formel. Wem es auf der anderen Seite gelingt, trockenen Lernstoff mit Emotionen oder Sinn zu verknüpfen, wird ihn besser memorieren. Die Telefonnummer 14921960 etwa setzt sich aus dem Jahr der Entdeckung Amerikas und der Olympischen Spiele in Rom zusammen", berichtet die Zeitschrift Focus.

Auch ausreichende Ruhepausen zwischen den Lektionen seien für das Funktionieren des Langzeitgedächtnisses unerlässlich. „Inhalte, die dauerhaft in unserem Gehirn verankert werden sollen, erfordern einen grundlegenden Umbauprozess an den Nervenzellen, der mindestens 24 Stunden in Anspruch nimmt. Kommen neue Informationen zu schnell hintereinander, konkurrieren ihre Inhalte und löschen sich aus", so Focus. „Ohne Pausen", erklärt Scheich, „wissen die Neuronen nicht mehr, was sie speichern sollen." Visueller Müll aus Fernseher und Computerspiel oder aufwühlende Erlebnisse würden das Langzeitgedächtnis blockieren. Was als Ablenkung gedacht sei, kommt im Speicher als Störsignal an.

Warnungen spricht Professor Scheich beim Modethema Neuroökonomie aus: „Man sollte sehr misstrauisch sein gegenüber den Weisheiten, die aus diesem Bereich kommen und zwar insbesondere wenn sie über die Macht der Bilder erzielt werden. Fast alle Medien würden zur Zeit Bilder der Kernspintomographie veröffentlichen. Da taucht ein Fleck im Gehirn auf, also muss das irgendwas bedeuten", so Scheich. Da gebe es sehr viel Rattenfängerei. Es sei einfach nicht richtig zu glauben, wenn die Birne aufleuchtet und die Aktivierung im Gehirn größer wird, ein besserer Zustand des Gehirns erreicht werde. Im Gegenteil: „Große Aktivierung im Gehirn bedeutet Unsicherheit des Gehirns. Wenn Sie Aufgaben untersuchen, wie sie gelöst werden, von unsicherem Status bis zum Profi, dann finden Sie eine negative Korrelation mit der Größe der Hirnaktivierung. Der Profi setzt eigentlich nur noch seine spezifischen Mechanismen für etwas ein", so der Hinweis von Scheich. Gehirnjogging mit riesiger Hinaktivierung nachzuweisen, sei Unfug. Die kleine Aktivierung, die beim scharfen Nachdenken von einem Profi produziert werde, das ist die eigentliche Aktivierung, die richtig ist.

Professor Henning Scheich, Direktor des Leibniz-Instituts für Neurobiologie in Magdeburg

 

Hintergrundinfo: Thesen von Professor Henning Scheich zu den hirnbiologischen Grundlagen optimalen Lernens

Lernen und Gedächtnis sind an die Kontaktstrukturen zwischen Nervenzellen im Gehirn gebunden, also an Synapsen. Sie ermöglichen eine Kontrolle des elektrischen Informationsaustauschs zwischen Nervenzellen und Lernen ist nach heutigem Verständnis eine erfahrungsabhängige Veränderung dieser Kommunikation. Die Speicherung von Information (Gedächtnis) ist demnach eine jeweils neue und dauerhafte Festlegung, mit welchen ihrer vielen Partner Nervenzellen verstärkt oder vermindert kommunizieren können. Jede gespeicherte Information betrifft immer sehr viele Nervenzellen und Synapsen in Nervenzellnetzen. Da synaptische Kommunikation ein allgemeines Prinzip ist, können alle Hirnteile zu einem gewissen Grad lernen. Aber bevorzugte Strukturen für Informationsspeicherung sind Cortex und Hippocampus.

Entsprechend allen Prozessen in biologischen Systemen besitzt Lernen eine Regelhaftigkeit mit bestimmten Bedingungen, die eine optimale Leistung ermöglichen, und anderen, die Lernergebnisse besonders empfindlich stören. Diese grundsätzlichen Zusammenhänge haben sich im Tierexperiment weitgehend klären lassen, weil sie unter Einsatz moderner Methoden der Hirnforschung eine Kontrolle der meisten Einflussfaktoren erlauben. Eine vorsichtige Übertragung auf den Menschen ist möglich, weil sich im Verlauf der Säugetierevolution Gehirne weder in der anatomischen Organisation, noch in den Prinzipien elektrischer Informationsverarbeitung oder den molekularen Mechanismen prinzipiell verändert haben. Wir können zwar mit unserer Hirngröße offenkundig mehr Informationen speichern und mit dieser Informationsmenge höhere kognitive Leistungen erzielen, aber die Mechanismen, nach denen die Informationsspeicherung abläuft, sind erstaunlich konstant geblieben. Dies wird durch eine Reihe von Störungen von Lernen und Gedächtnis beim Menschen klar, für die es inzwischen Tiermodelle und damit mechanistische Erklärungsmöglichkeiten gibt. Im Verlauf des Vortrags werde ich mehrere Ergebnisse der Hirnforschung beleuchten, die für den Bereich Schule und Bildung allgemein eine praktische Relevanz besitzen. Diese lassen sich in fünf Thesen zusammenfassen.

1. Lernprozesse im anatomisch noch nicht voll differenzierten Gehirn (bis zum Ende der Pubertät) dienen nicht nur der Abspeicherung von Informationen, sondern gleichzeitig der optimalen Strukturierung von Nervenzellnetzen im Sinne von später ausbaubaren Fähigkeiten. Dabei werden im Cortex unter dem Einfluss erster Erfahrungen zunächst einmal viele der genetisch „auf Verdacht" angelegten synaptischen Verbindungen eliminiert, wenn sie bei neuronalen Kommunikationsprozessen keinen Sinn machen. Die verbleibenden Synapsen werden entsprechend der Erfahrung verstärkt oder abgeschwächt. Diese Prozesse ziehen in einer altersabhängigen Welle über den Cortex. Zuerst werden Sinnesareale „gejätet", dann kognitive Areale. Die Prozesse können als eine Optimierung für spätere höhere Funktionsanforderungen und Lernleistungen verstanden werden. Der wichtigste Zeitraum dieser Einflussnahme durch Informationsangebot liegt wahrscheinlich im Vorschul- und Grundschulbereich.

2. Lern- und Gedächtnisprozesse im Erwachsenen-Gehirn laufen vorwiegend an bereits vorhandenen Synapsen durch Modifikation ab. Neubildung ist sehr begrenzt. Kurzzeit- und Arbeitsgedächtnis können willentlich gefüllt werden und werden durch „Überschreiben" mit neuer Information gelöscht. Diese Kuzzeitgedächtnisformen entsprechen der elektrischen Aktivität und Kommunikation beim Informationsaustausch von Nervenzellen, die eine Weile aufrechterhalten werden können. Nur eine geringe Teilmenge dieser im Tagesverlauf ständig wechselnden Informationen wird im synaptischen Langzeit-gedächtnis verankert. Dazu müssen die entsprechenden Synapsen durch Genaktivierung und Proteinsynthese und -transport umgebaut werden. Die Auswahl dieser Informationen unterliegt nicht einer bewussten Kontrolle, sondern hängt von der individuellen Sinnhaftigkeit ab (emotionale oder kognitive Bewertung).

3. Die Verankerung im Langzeitgedächtnis benötigt ein zeitliches Fenster von mindestens 24 Stunden für den Umbau. In diesem Zeitraum spielen Wiederholung oder Vertiefung der gewünschten Information eine fördernde und konkurrierende Informationen eine störende Rolle.

4. Die Bewertung von neuer Information und damit die Speicherung ist besonders wirkungsvoll, wenn sie für praktische oder kognitive Problemlösungen eingesetzt wird. Die dabei auftretenden Konsequenzen (Erfolg - Misserfolg) wirken auch als Motivations-faktoren für weiteres Lernen. Grundlage ist ein hirninternes Belohnungssystem, das mit dem Neurotransmitter Dopamin arbeitet und bei Erfolgen für angenehme Stimmung und damit für Motivationssteigerung sorgt. Dopamin hat eine interessante Doppelrolle. Es sorgt gleichzeitig in den neuronalen Systemen, die den relevanten Kurzzeitgedächtnisinhalt aufrechterhalten, für Genaktivierung und damit Synapsenumbau für das Langzeitgedächtnis.

5. Der geordnete Aufbau des Gedächtnisspeichers und damit der spätere Zugriff zu Wissen hängt von einer Konzeptualisierung von Informationen ab. Dabei spielt Kategorienbildung eine fundamentale Rolle, d. h. die Einordnung von Informationen in Bedeutungsklassen, die mit Alter und Erfahrung zunehmend differenzierter werden. Völlig neue Kategorien sind im Alter wahrscheinlich schwer zu bilden, es sei denn Neues wird durch praktische Problemlösungsstrategien erarbeitet, die echte Erfolge (und Misserfolge) nach sich ziehen.

Literatur:

Frey U. and Morris R.G.M. Synaptic tagging: Implications for late-maintenance of hippocampal longterm potentiation. TINS 21, 181-188 (1998)
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Scheich H. Was Gehirne zum Lernen brauchen. ndl-extra, Jahrgang 51, Heft 550, Aufbau-Verlag Berlin, S. 172-176 (2003)
Stark H., Rothe T., Wagner T. and Scheich H. Learning a new behavioral strategy in the shuttle-box increases prefrontal dopamine. Neuroscience 126, 21-29 (2004)
Scheich H. Lernen und Gedächtnis. Vom Lernen zum Lehren, DIE spezial, W. Bertelsmann Verlag, S.75-92 (2006)
Tischmeyer W., Schicknick H., Kraus M., Seidenbecher C.I., Staak S., Scheich H., Gundelfinger E.D. Rapamycin-sensitive signalling in long-term consolidation of auditory cortex-dependent memory. Eur. J. Neurosci. 18, 942-950 (2003)