Einführung
Die Beziehung zwischen Bildung und Gehirn ist ein vielschichtiges Thema, das in den letzten Jahren verstärkt in den Fokus der Forschung gerückt ist. Es besteht ein breites Interesse daran, wie sich lebenslanges Lernen auf die Struktur und Funktion des Gehirns auswirkt und welche neuronalen Mechanismen diesen Prozessen zugrunde liegen. Dieser Artikel beleuchtet verschiedene Aspekte dieser Thematik, von der Neuroplastizität im Alter bis hin zu den Auswirkungen von Bildung auf die Gehirnalterung.
Neuroplastizität: Die anhaltende Lernfähigkeit des Gehirns
Entgegen der Vorstellung, dass das Gehirn im Alter an Flexibilität verliert, belegen wissenschaftliche Erkenntnisse die bemerkenswerte Fähigkeit des Gehirns, sich ein Leben lang anzupassen und neu zu verdrahten. Diese Eigenschaft wird als Neuroplastizität bezeichnet.
Eine Studie von Pinter et al. zum Thema Neuroplastizität und Lernen im Alter hebt hervor, dass geistige Herausforderungen und kontinuierliches Lernen dazu beitragen können, den Alterungsprozess des Gehirns zu verlangsamen. Berufliche Bildung ist somit nicht nur für junge Menschen von Vorteil, sondern auch für ältere Arbeitnehmer, da sie die geistige Flexibilität erhält und dem Gehirn neue Reize bietet, um das neuronale Netzwerk weiter auszubauen.
Unternehmen können das Gehirnaltern ihrer älteren Mitarbeitenden unterstützen, indem sie flexible Bildungsressourcen anbieten, die auf die individuellen Bedürfnisse zugeschnitten sind und ein Workplace Learning ermöglichen. Der Zugang zu modernen Technologien und Schulungsmaterialien ermöglicht es älteren Mitarbeitenden, sich mit neuen Tools vertraut zu machen und ihre digitalen Fähigkeiten zu verbessern. Mentoring-Programme, die ältere und jüngere Mitarbeitende zusammenbringen, fördern den Wissensaustausch und stärken das Selbstvertrauen der Älteren.
Bildung und Gehirnalterung: Neue Erkenntnisse
Eine aktuelle Studie des EU-Konsortiums „Lifebrain“ hat die Frage untersucht, ob mehr Bildung die Alterung des Gehirns verlangsamt. Entgegen der landläufigen Meinung zeigen die Ergebnisse, dass dies nicht der Fall ist.
Lesen Sie auch: Neue Erkenntnisse zu Alzheimer-Plaques
Die Forschenden maßen die Hirnalterung, indem sie das Volumen der Großhirnrinde und des Hippocampus bei mehr als 2.000 Studienteilnehmenden mithilfe struktureller Magnetresonanztomographie (MRT) vermaßen. Das Schrumpfen dieser beiden Bereiche des Gehirns ist Teil der normalen Alterung. Um die Veränderungen zu erfassen, wurden die Gehirne der Teilnehmenden über einen Zeitraum von bis zu elf Jahren bis zu dreimal hintereinander untersucht. Das Alter der Teilnehmenden reichte von 29 bis 91 Jahren.
Die Ergebnisse zeigten zwar einen positiven Zusammenhang zwischen dem Volumen einiger Bereiche des Gehirns und dem Ausmaß an Bildung. Jedoch nahm bei Erwachsenen, die höhere Bildungsabschlüsse erreicht hatten, das Hirnvolumen genau so sehr mit dem Alter ab wie bei Personen mit niedrigeren Bildungsabschlüssen. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass höhere Bildung die Gehirnalterung nicht verlangsamt“, sagt Lars Nyberg von der Universität Umeå in Schweden, Erstautor der Studie und Mitglied des Lifebrain-Konsortiums.
Ulman Lindenberger, Direktor des Forschungsbereichs Entwicklungspsychologie am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung, betont jedoch, dass diese Ergebnisse nicht bedeuten, dass Bildung unwichtig ist. Bildung ist weiterhin mit vielen Vorteilen im Leben verbunden.
Die Kapazität des Gehirns: Grenzen und Möglichkeiten
Im Laufe des Lebens kann ein Gehirn immer weiter neue Eindrücke und neues Wissen aufnehmen, solange diese Fähigkeit nicht zum Beispiel durch eine Erkrankung zerstört wird. Wenn ein alter Mensch nur noch schwer eine neue Fähigkeit - etwa das Klavierspielen oder eine Fremdsprache - erlernen kann, liegt das nicht daran, dass sein Gehirn voll ist, sondern daran, dass das Gehirn mit Neuem nicht mehr so schnell zurechtkommt.
Allerdings kann ein Mensch nicht beliebig viel Wissen speichern. Das Gehirn hat sich nicht entwickelt, um viel Wissen über die Welt objektiv zu verwahren, sondern hält das bereit, was für einen Menschen in seinem individuellen Leben wichtig ist. Und so tritt, wenn der Mensch neues Wissen erwirbt, älteres, das nicht mehr aktiviert wird, in den Hintergrund, verblasst immer mehr und verschwindet schließlich.
Lesen Sie auch: Liquor-Zirkulation verstehen
Wie viel Wissen ein Gehirn aufnehmen kann, kann man nicht konkret sagen. Zum einen, weil ganz unklar ist, wie man Wissen messen oder zählen könnte. Hat zum Beispiel eine Wissenschaftlerin mit einem Doktor in Physik und einem in Philosophie mehr Wissen als eine, die nur einen Doktor in Physik hat? Hat ein Mensch ohne eine formale Schulbildung weniger Wissen oder anderes Wissen? Und was ist überhaupt die Grundeinheit des Wissens: ein Satz, eine Theorie?
Zum anderen werden beim Erwerb von Wissen nicht einfach Fakten angehäuft. Vielmehr bildet das Gehirn im Laufe des Lebens und Lernens Strukturen und Strategien aus, die beim Weiterlernen helfen. So fällt Menschen, die schon eine Fremdsprache gelernt haben, der Erwerb der nächsten meist leichter. Eine umfassende Bildung verstopft das Gehirn also nicht, sondern hilft, neues Wissen einzuordnen und zu bewerten. Auch deshalb kann ein älteres Gehirn bei komplexen Aufgaben sehr gut abschneiden: Es hatte viel Zeit, Erfahrungen zu speichern und differenzierte Gedächtnis- und Bewertungsstrukturen auszubilden.
Auch die „Speicherkapazität“ des Gehirns ist nicht leicht zu bestimmen, denn Wissen wird nicht in einzelnen Synapsen oder Neuronen gespeichert, sondern in Mustern, die sich über weitere Bereiche des Gehirns erstrecken können und synchron aktiv sind. Die Anzahl der theoretisch möglichen Muster ist bei etwa 80 Milliarden Nervenzellen und im Mittel 1000 Synapsen pro Nervenzelle gigantisch.
Werden solche Muster aktiviert, geschieht dies zudem nicht völlig unverändert, wie bei einem Text auf einem Blatt Papier, das man abheftet und später wieder hervorholt. Vielmehr werden Erinnerungen immer wieder im Lichte neuer Erfahrungen und neuen Wissens modifiziert.
Einer deutlich messbaren Beschränkung unterliegt das sogenannte Arbeitsgedächtnis. Wir können uns nicht mehr als etwa vier bis sieben Elemente zugleich merken und mit ihnen im Kopf jonglieren.
Lesen Sie auch: Neubildung von Nervenzellen
Zudem ist der Mensch nicht in der Lage, beliebig viel Wissen in beliebig kurzer Zeit aufzunehmen. Wenn man die Vorbereitung auf eine Prüfung auf den letzten Tag verschoben hat und dann versucht, das Pensum einer ganzen Woche aufzuarbeiten, kann es sein, dass das Gehirn nach einiger Zeit nicht mehr mitmacht. Nicht, weil es voll wäre, sondern, weil es Zeit braucht, Neues aufzunehmen und zu verarbeiten. Stürzt immer mehr auf einen Menschen ein, kommt es zu einer Informationsüberflutung.
Lernen und die Veränderungen im Gehirn
Unser Gehirn verändert sich ständig. Die Fähigkeit, sich immer wieder neu zu strukturieren, begleitet uns ein Leben lang. Was passiert aber im Gehirn, wenn wir lernen? Das Gehirn ist ein komplexes Organ und die Schaltzentrale für unser Gedächtnis. 100 Milliarden Nervenzellen kommunizieren miteinander.
Beim Lernen setzt man neue Reize. Das neuronale Netz verändert sich, es bilden sich neue Verbindungen unter den Nervenzellen, es wird dichter und größer. Bestimmte Verbindungen zwischen den Nervenzellen und Hirnarealen werden aktiver, besonders diejenigen, die für das Geigespielen notwendig sind. Diese Prozesse werden als Neuroplastizität bezeichnet.
Die Fähigkeit des Gehirns, sich immer wieder neu zu strukturieren, hilft aber auch, dass wir uns in unbekannten Umgebungen orientieren können und mit neuen Situationen zurechtkommen. Diese Anpassungsleistung hilft uns Menschen bei komplexen Zusammenhängen den Durchblick zu bewahren. Wir können schnell reagieren, abwägen, was neu und wichtig ist und mit bereits gespeicherten Informationen verbinden.
Wenn Nervenzellen sich neu bilden, dann sprechen Forscher von einer Neurogenese. Diese Neubildung der Nervenzellen findet hauptsächlich im Hippocampus statt. Dieser Bereich im Gehirn ist für das Gedächtnis und Lernen zuständig. Ein Hirnareal, das aber auch zur räumlichen Orientierung notwendig ist. Bis ins hohe Alter können sich im Hippocampus Nervenzellen erneuern. Das ist für Menschen von Bedeutung, die aufgrund eines Schlaganfalls viele Dinge neu lernen müssen.
Routinen und das Gehirn
Das Gehirn spielt auch bei Routinen eine Rolle. "Sind wir einmal an eine Verhaltensweise gewöhnt, schalten wir gewissermaßen auf Autopilot", sagt Lars Schwabe, Professor für Psychologie an der Universität Hamburg. Das menschliche Gehirn spare damit Arbeit. Das zeigt sich auch bei der Ernährung: Essen wir Lebensmittel mit sehr viel Zucker und Fett, gewöhnt sich unser Gehirn daran und verlangt nach mehr. Wissenschaftler fanden heraus, dass Bereiche im Gehirn an Signale des Magens gekoppelt sind, die vermutlich das menschliche Hunger- und Sättigungsgefühl beeinflussen. Die Effekte von Zucker und Fett auf das Gehirn sind sogar auf MRT-Bildern zu sehen.
Die Werkzeuge der Neurowissenschaften
Mit Hilfe der Neurowissenschaften können die Fähigkeiten unseres Gehirns immer genauer erklärt werden. Ein Blick ins Gehirn ist mit bildgebenden Verfahren, wie der Magnetresonanztomographie (MRT) möglich. Damit kann man Veränderungen von Hirnarealen untersuchen und das neuronale Netz in seiner Dichte erfassen. Es bietet Möglichkeiten immer besser zu verstehen, wie unser Gehirn tatsächlich lernt. Aber die neuronalen Aktivitäten im Detail zu erkennen, dafür reicht das MRT-Verfahren nicht aus.
Die Struktur des Gehirns
In den letzten Jahren hat die Hirnforschung große Fortschritte gemacht und eine Unmenge neuer Erkenntnisse über das Gehirn, seine Struktur und die in ihm ablaufenden Prozesse gesammelt. Diese Forschungsergebnisse sind auch für Erzieher/innen von großer Bedeutung, da sie ihnen helfen, Lern- und Bildungsprozesse besser zu verstehen und effektiver zu gestalten.
Das Gehirn hat ein mittleres Gewicht von 1.245 g bei Frauen und von 1.375 g bei Männern. Den meisten Platz nimmt das Großhirn ein, das aus zwei Hälften (Hemisphären) besteht, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. In der linken Hirnhälfte sind z.B. Sprache, Denkprozesse, Mathematik und Logik verankert, in der rechten Hemisphäre visuell-räumliche Wahrnehmung, Gefühle, Kreativität, Fantasie, Kunst und Musik.
Der Stirnlappen umfasst etwa 25% der Gehirnmasse. Er ist zuständig für die Kontrolle der Motorik inklusive des Sprechens. Auch findet hier die grammatikalische Verarbeitung der Sprache statt (Broca Areal). Der Stirnlappen "enthält" das Bewusstsein; in ihm werden Gedanken, Gefühle und Stimmungen wahrgenommen. Ferner laufen im Stirnlappen kognitive Prozesse wie Konzentrieren, Denken, Planen, Urteilen und Entscheiden ab; hier befindet sich das Kurzzeit- bzw. Arbeitsgedächtnis. Außerdem ist der Stirnlappen Sitz des Willens und der Persönlichkeit.
Der Scheitellappen ist zuständig für selektive Aufmerksamkeit, die Integration sensorischer Informationen, die räumliche Orientierung und die visuelle Steuerung von Bewegungen. Hier haben räumliches Denken, Geometrie, Rechnen und Lesen ihren Platz.
Der Schläfenlappen ist verantwortlich für das Hören und das Wortverständnis, aber auch für Musik und andere auditive Informationen. Hier ist das Sprach- bzw. lexikalische Wissen zu finden (Wernicke-Zentrum).
Der Insellappen, der kleinste Abschnitt des Großhirns, ist für das Riechen und Schmecken zuständig. Hier werden Körperempfindungen wie Hunger, Durst, Schmerz oder Blasendruck wahrgenommen, aber auch andere Gefühle.
Prinzipiell werden in den Hirnlappen primäre und sekundäre Assoziationsareale unterschieden. Von den primären Arealen gehen direkte Nervenverbindungen zu den Sinnesorganen. Die sekundären Assoziationsareale sind über Parallelfasern untereinander verknüpft und speichern das unbewusst oder bewusst erlernte Wissen.
Der nach dem Großhirn zweitgrößte Bereich des Gehirns ist das Kleinhirn, das ebenfalls aus zwei Hemisphären besteht. Es steuert unbewusst die Muskulatur und hält den Körper im Gleichgewicht. Ferner bekommt es über die Brücke willkürliche Bewegungsimpulse aus dem Großhirn und koordiniert die jeweiligen Bewegungen. Außerdem hat das Kleinhirn die Aufgabe, automatisierte Bewegungsabläufe wie z.B.
Das Zwischenhirn umfasst unter anderem den Thalamus und den Hypothalamus. Der Thalamus empfängt zunächst die Wahrnehmungen der Sinnesorgane sowie Empfindungen aus dem Körper. Es erfolgt dann eine primitive Informationsverarbeitung, wobei der Thalamus als Filter fungiert und z.B. anhand von Situationen wie Schlaf oder Nahrungszunahme entscheidet, welche Informationen an das Großhirn weitergeleitet werden sollen. Deshalb wird er oft als "Tor zum Bewusstsein" bezeichnet. Zugleich wird das Großhirn vor Überlastung geschützt. Der Hypothalamus ist das wichtigste Steuerzentrum des vegetativen Nervensystems. Er kontrolliert lebenswichtige Funktionen wie Körpertemperatur, Blutdruck, Nahrungs- und Wasseraufnahme, Schlaf und Geschlechtstrieb.
Der Hirnstamm bzw. das Stammhirn ist der entwicklungsgeschichtlich älteste Bereich unseres Gehirns. Der Hirnstamm umfasst das Mittelhirn, die bereits erwähnte Brücke und das verlängerte Rückenmark (Nachhirn). Das Mittelhirn ist eine Umschaltstelle, die Nervenerregungen über das Zwischenhirn an das Großhirn weiterleitet oder auf motorische Nervenzellen umlenkt. Ferner steuert es die meisten Gesichts- und Augenmuskeln. Die Brücke ist ebenfalls eine Umschaltstation, insbesondere für Erregungen, die zwischen den beiden Hälften des Großhirns bzw. des Kleinhirns verlaufen. Das verlängerte Mark steuert grundlegende und überlebenswichtige Funktionen wie Herzfrequenz, Atmung und Blutkreislauf.
Das Gehirn besteht aus rund 100 Milliarden Nervenzellen (Neuronen), die über 100 Billionen Synapsen (Kontaktstellen) mit anderen Neuronen kommunizieren. Somit ist eine Nervenzelle im Durchschnitt mit 1.000 anderen Neuronen verbunden. Dazu hat jede Nervenzelle ein Axon, das zwischen Bruchteilen eines Millimeters und mehr als einem Meter lang sein kann, und Dendriten, die sie mit vielen anderen Neuronen verbinden. Während ein Neuron seinen Input über die Dendriten erhält, leitet es nach Verarbeitung desselben seinen Output über das Axon weiter. Innerhalb der Nervenzelle geschieht dies durch elektrische Signale. Zwischen den Neuronen erfolgt die Kommunikation hingegen durch den Austausch von Neurotransmittern, d.h. von komplexen Aminosäuren wie Serotonin, Endorphin, Dopamin, Adrenalin usw. Diese werden am Ende eines Axons - also an einer seiner vielen Synapsen - freigesetzt, überqueren den synaptischen Spalt und werden dann von den Rezeptoren der Synapse eines Dendrits aufgenommen und wieder in einen elektrischen Impuls umgewandelt. Sobald der Neurotransmitter seine Aufgabe erledigt hat, sorgen Enzyme im synaptischen Spalt für die Trennung von Transmitter und Rezeptor. Eher selten werden zwischen den Synapsen auch Ionen ausgetauscht, also elektrisch positiv bzw. negativ geladene Atome oder Moleküle. Die meisten elektrischen Signale laufen somit innerhalb der Neuronen ab.
Neuronen machen aber nur die Hälfte der Masse des Gehirns aus. Die andere Hälfte umfasst die sehr viel kleineren Gliazellen - ihre Zahl ist etwa 10-mal höher als die der Nervenzellen. Gliazellen bilden ein Stützgerüst für die Neuronen und sind am Stoff- und Flüssigkeitstransport im Gehirn beteiligt. Sie umhüllen die Axone segmentweise mit einer Myelinschicht, wobei kleine Bereiche, sogenannte Ranviersche Schnürringe, zwischen jeweils zwei Segmenten unbedeckt bleiben. Diese Myelinschicht sorgt für die elektrische Isolation der Nervenzellen. Nach neuesten Erkenntnissen sind Gliazellen auch an der Informationsverarbeitung, am Lernen und an höheren Denkprozessen beteiligt. Sie kommunizieren mit den Nervenzellen, reagieren aber genauso auf deren elektrische Aktivität.
Informationsverarbeitung im Gehirn
In jedem Augenblick strömt eine Unmenge an Eindrücken und Wahrnehmungen aus dem Körper und über die Sinne zum Gehirn. Die Impulse werden in viele kleine Einzelteile zerlegt, die in spezialisierten Teilregionen des Gehirns verarbeitet werden - den bereits erwähnten primären Assoziationsarealen. Die von dort ausgehenden "Botschaften" werden in größeren Bereichen des Gehirns interpretiert und miteinander verknüpft, also in den sekundären Assoziationsarealen. An dieser Weiterverarbeitung sind vielfach auch Gedächtnisprozesse beteiligt: Erkennen ist vor allem Wiedererkennen von Gleichem und Ähnlichem. Ferner werden mit Hilfe des Gedächtnisses unvollständige Eindrücke ergänzt. Insbesondere an hoch komplexen Abläufen sind somit viele Bereiche des Gehirns beteiligt.
Natürlich können nicht alle Eindrücke und Wahrnehmungen, Lernerfahrungen und Informationen im Gehirn gespeichert werden. Vielmehr wird ausgewählt: Das Gehirn ignoriert bereits Bekanntes, unterscheidet Wichtiges von Unwichtigem, bildet Kategorien, Muster und Hierarchien, ordnet Ereignisse in sinnvollen Sequenzen, stellt Beziehungen zu anderen Daten her, fügt neu Gelerntes in bereits abgespeichertes Wissen ein.
Eindrücke und Informationen werden leichter behalten, wenn sie mit Emotionen verknüpft sind, wenn sie neuartig, ungewöhnlich und besonders interessant wirken, wenn sie leicht in die vorhandenen Gedächtnisinhalte integriert werden können und wenn ein Lebens- bzw. Alltagsbezug gegeben ist. Sind Informationen, Lernprozesse, Erinnerungen emotional bedeutsam, reizvoll und spannend, werden Botenstoffe wie Dopamin und Acetylcholin ausgeschüttet, verstärken die Aufmerksamkeit und intensivieren die Gedächtnisleistung. Emotional bedeutsames Wissen wird (bei Rechtshändern) in der rechten Gehirnhälfte, neutrales Fakten- und Weltwissen in der linken Hemisphäre gespeichert. Schlafen und Träumen helfen, Gedächtnisinhalte zu festigen - so wiederholt und verarbeitet das Gehirn in den REM-Phasen äußerst aktiv Eindrücke des Tages.
Die Entwicklung des Gehirns
Im Gehirn schlagen sich Denken und Lernen auf verschiedene Weise nieder: Bei jeder Interaktion zwischen (Klein-) Kind und Umwelt reagieren zunächst Tausende von Gehirnzellen. Bestehende Verbindungen zwischen ihnen werden intensiviert, neue ausgebildet. Treten nun wiederholt ähnliche Eindrücke, Wahrnehmungen und Erfahrungen auf, schleifen sich bestimmte Bahnen ein. Das heißt, ähnliche Signale folgen immer häufiger demselben Weg, der durch bestimmte, bei wiederholter Stimulierung stärker werdende chemische Signale in den Synapsen zwischen den Neuronen markiert wird. Die zuvor benutzten Verbindungen - und die an ihnen beteiligten Neuronen - verlieren an Bedeutung; viele der kaum oder überhaupt nicht benutzten Nervenzellen werden abgebaut (neuraler Darwinismus). Die entlang der sich einschleifenden Bahnen liegenden Neuronen werden hingegen immer größer, d.h., sie bilden weitere Dendriten aus, die zudem länger werden und zu mehr Nervenzellen führen. Zugleich wird das Gehirn auf eine bestimmte Weise organisiert - je nachdem, für welche Arten von Lernprozessen Neuronen und Nervenbahnen besonders oft aktiviert werden. Die Veränderungen in seiner Struktur können sogar stark ausgeprägt sein, wenn bestimmte Lernerfahrungen sehr häufig gemacht werden: Beispielsweise ist bei Taxifahrern die Gehirnregion für das Ortsgedächtnis größer, wird bei tauben Menschen ein Bereich im Gehirn für die Gebärdensprache abgegrenzt.
In der dritten Woche nach der Empfängnis faltet sich die dünne Zellschicht des Ektoderms einwärts zu einem flüssigkeitsgefüllten Zylinder, dem so genannten Neuralrohr, und verschließt diesen etwas später. Aus dem Neuralrohr entstehen das Gehirn und das Rückenmark. In ihm wandern die in einem rasanten Tempo entstehenden Nervenzellen zu ihrem jeweiligen Bestimmungsort, wobei sie sich an radial ausgerichteten Gliazellen orientieren. An ihrem Bestimmungsort stellen sie sich dann in Reihen und Schichten auf. So entstehen in der 4. bis 6. Lebenswoche Verdickungen, die drei Hirnbläschen, aus denen sich die Gehirnabschnitte entwickeln. Zugleich verteilen sich Neuronen längs des Neuralrohrs, verästeln sich im übrigen Embryo und bilden so langsam das zentrale Nervensystem aus. In der 10. In den kommenden Lebenswochen werden weiterhin neue Neuronen - etwa 250.000 pro Minute - in der Mitte des Gehirns produziert und wandern von dort zu ihrem Bestimmungsort. Eine Unmenge von Nervenzellen wird aber auch wieder abgebaut. Bis zur 15. Lebenswoche bilden sich Klein- und Mittelhirn sowie der Balken aus. Die beiden Großhirnhälften wachsen rasant (vor allem nach hinten), verdicken sich nach außen und bilden die ersten Furchen aus. Haben die meisten Nervenzellen ihre endgültige Position erreicht, sind alle wichtigen Gehirnstrukturen ausgebildet. Erst dann bilden die Neuronen Axone und Dendriten aus, wobei an der Entstehung der Synapsen Gliazellen beteiligt sind. Eine weitere wichtige Entwicklung im frühkindlichen Gehirnwachstum ist die Ausbildung der Myelinscheide, welche die Axone isoliert.
Schon im Mutterleib nimmt das Gehirn Informationen auf und verarbeitet diese. Beispielsweise reagiert der Fötus ab der 19. Woche auf Schmerz; ein Schmerzbewusstsein tritt rudimentär aber erst nach der 28. Woche auf. Der Fötus kann ab der 26. Woche hören, ab der 29. Woche schmecken und ab der 32. Woche sehen; dann können auch Schlafphasen inklusive REM-Schlaf beobachtet werden. Um diese Zeit herum bildet sich eine Art Kurzzeitgedächtnis aus, in dem z.B. wiederkehrende, zunächst erschreckende Töne abgespeichert werden. Dann scheint es auch schon ein rudimentäres Bewusstsein zu geben. Ab der 35.
Bei der Geburt enthält das Gehirn eines Säuglings rund 100 Milliarden Neuronen, die gleiche Anzahl wie beim Erwachsenen. Die Nervenzellen des Neugeborenen sind aber noch nicht voll ausgebildet und wenig vernetzt. Ein Neuron hat durchschnittlich nur 2.500 Synapsen; bei Kleinkindern sind es hingegen bis zu 15.000 Synapsen. Auch bewegen sich Nervenimpulse viel langsamer: Die neurale Geschwindigkeit nimmt zwischen Geburt und Adoleszenz um das 16fache zu - (Klein-) Kinder verfügen noch über zu viele mögliche Leitungsbahnen, was Erregungen länger "fließen" lässt. Somit ist das Gehirn zum Zeitpunkt der Geburt immer noch recht unreif; lediglich ein Grundgerüst wurde angelegt. In der Regel ist die rechte Hemisphäre etwas weiter entwickelt als die linke.
Kommt ein Baby zur Welt, kann es sehen, hören und auf Berührungen reagieren. Zunächst überwiegen Reflexe wie z.B. das Saugen und Schlucken. Auch wird der ganze Körper genutzt, um Bedürfnisse wie Hunger oder Gefühle wie Angst zum Ausdruck zu bringen. Bedingt durch die Unmenge der Wahrnehmungen und Erfahrungen nimmt die Zahl der Synapsen in den ersten drei Lebensjahren rasant zu. Mit zwei Jahren entspricht die Menge der Synapsen derjenigen von Erwachsenen; mit drei Jahren hat ein Kind mit 200 Billionen Synapsen bereits doppelt so viele. Das Gehirn eines Dreijährigen ist mehr als doppelt so aktiv wie das eines Erwachsenen und hat somit auch einen fast doppelt so hohen Glukoseverbrauch. Bis zu 50% des täglichen Kalorienbedarfs wird für das Gehirn benötigt; bei Erwachsenen sind es nur rund 18%. Verbunden mit dem rasanten Wachstum von Synapsen ist eine rasche Gewichtszunahme des Gehirns: von 300 g bei der Geburt über 750 g am Ende des 1. Lebensjahrs bis 1.300 g im 5. Lebensjahr. In der Pubertät wird schließlich das Endgewicht erreicht.
Die im dritten Lebensjahr erreichte Anzahl von Synapsen bleibt bis zum Ende des ersten Lebensjahrzehnts relativ konstant. Die Ausbildung von doppelt so vielen Synapsen wie letztlich benötigt ist ein Zeichen für die große Plastizität des Gehirns - und die enorme Lern- und Anpassungsfähigkeit des Säuglings bzw. Kleinkinds. Das Neugeborene fängt geistig praktisch bei null an: Abgesehen von ein paar angeborenen Verhaltensweisen ist es weitgehend auf Wahrnehmung und Reaktion beschränkt. Die Regionen des Gehirns, die später für komplexe Funktionen wie Sprechen oder Denken zuständig sind, liegen weitgehend brach. Aber das ist genau die große Chance des Menschen: Der Neugeborene ist praktisch für ganz unterschiedliche Kulturen und Milieus offen - für einen Indianerstamm bestehend aus Jäge…
Wie Lernprozesse die Wahrnehmung formen
Eine neue Studie Tübinger Forschender zeigt, wie Lernprozesse im Gehirn unsere Wahrnehmung formen. Ein Forschungsteam um Professor Dr. Markus Siegel vom Hertie-Institut für klinische Hirnforschung an der Universität Tübingen hat herausgefunden, dass unser Gehirn ständig die eigene Wahrnehmung der Welt optimiert, indem es aus den Erfahrungen der Vergangenheit lernt und Vorhersagen über die Zukunft trifft. Die in dem Fachjournal Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt, dass das Gehirn seine neuronalen Strukturen so anpasst, dass es besser auf die Muster und Regelmäßigkeiten in unserer Umwelt reagieren kann. Dieses Vorhersagelernen könnte uns helfen, Informationen schneller zu verarbeiten und uns im Alltag leichter zurechtzufinden.
Die Forschenden nutzen in der Studie die Magnetenzephalographie (MEG). MEG ermöglicht es, die Gehirnaktivität des Menschen nicht-invasiv zu messen, indem die durch die Gehirnaktivität generierten Magnetfelder außerhalb des Kopfes aufgezeichnet werden. Während der MEG-Messung hörten die Teilnehmenden eine Serie von Tönen, die unterschiedlich strukturiert waren. Die Forschenden untersuchten darauf-hin, wie das Gehirn diese akustischen Informationen verarbeitet und repräsentiert. Sie fanden heraus, dass das Gehirn durch das Erlernen der Tonmuster seine „innere Karte“ der Klänge veränderte: Ähnliche oder vorhersehbare Töne wurden im Gehirn gruppiert und zusammengefasst, was die Verarbeitung effizienter macht.
Besonders überraschend war, dass dabei ein Netzwerk aus sensorischen und höheren assoziativen Gehirnregionen zusammenarbeitet, um Vorhersagefehler zu erkennen und zu korrigieren. Das bedeutet, dass verschiedene Bereiche des Gehirns gemeinsam daran arbeiten, die Umwelt aktiv zu „verstehen“ und zu lernen, was als Nächstes passieren könnte.