Das menschliche Gehirn, ein faszinierendes Organ mit seinen scheinbar unendlichen Geheimnissen, steht im Mittelpunkt der Sendereihe "Geist und Gehirn" von ARD alpha, dem Bildungskanal des Bayerischen Rundfunks. Diese Sendereihe bietet Einblicke in die Funktionsweise unseres Gehirns, die Wirkung von Gefühlen, die Mechanismen von Wahrnehmung und Denken, das Lernen im Schlaf und die Möglichkeit, auch im Alter noch Weisheit zu erlangen. Die moderne Gehirnforschung liefert zu diesen Themen immer wieder überraschende Erkenntnisse.
Die Konstruktion des Gehirns und seine Funktionsweise
Der Ulmer Hirnforscher Prof. Dr. Dr. Manfred Spitzer erklärt in der Sendereihe "Geist und Gehirn", wie unser Gehirn aufgebaut ist. Er erläutert, wie Gefühle wirken, Wahrnehmung und Denken funktionieren, wie man im Schlaf lernt und dass man selbst im Alter noch weise werden kann. Die aktuelle Gehirnforschung kann zu diesem Themen zum Teil verblüffende Antworten geben.
Unser Gehirn ist ein gigantischer Arbeitsspeicher. Es ist immer aktiv und arbeitet auf Hochtouren. Alles, was wir täglich erleben oder lernen, wird in den mehr als 85 Milliarden Nervenzellen im Gehirn verteilt und gespeichert. Mit einem Reiz aktivieren wir das ganze Netz an Nervenzellen im Gehirn. Diese elektrischen Impulse kann man sogar in bildgebenden Verfahren messen.
Die Schaltzentrale für unser Gedächtnis ist der Hippocampus. Dort werden alle Sinnesreize und Erlebnisse gefiltert und an die verschiedenen Hirnregionen geschickt. Informationen, die unser Gedächtnis möglichst lange behalten möchte, werden im Langzeitgedächtnis abgelegt. Sind vor allem Emotionen beteiligt, dann besteht die Chance, dass wir diese Sinneseindrücke besonders lange im Gedächtnis behalten: Emotionale Momente werden über das limbische System gefiltert, das aus Hippocampus und Amygdala besteht. Deshalb können wir uns so gut an die erste große Liebe erinnern. Unser Gehirn wählt gezielt aus, was es wirklich behalten möchte.
Erinnern und Vergessen: Zwei Seiten einer Medaille
Auf Erinnerungen ist kein Verlass. Täglich nehmen wir jede Menge an Infos über unsere Sinne auf, die die Nervenzellen im Gehirn dann verarbeiten, aussortieren oder speichern. Dabei passieren jedoch Fehler. Können wir sie vermeiden und unser Gedächtnis verbessern?
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Wenn wir uns erinnern, dann aktivieren wir gespeicherte Informationen aus unserem Gedächtnis . Erinnerungen werden in den verschiedenen Regionen des Gedächtnisses abgelegt. Im prozedualen Gedächtnis ist der Platz für Fähigkeiten, wie Fahrrad- oder Autofahren - motorisches Verhalten, das wir einmal gelernt haben und dann automatisch ausführen können. Andere Erinnerungen, wie Faktenwissen und persönliche Erlebnisse, nehmen wir viel bewusster war. Sie werden im episodischen Gedächtnis gespeichert.
Vergessen gehört zu den essentiellen Abläufen in unserem Gehirn. Es ist also kein Aussetzer vom Gedächtnis sondern ein aktiver Prozess. Es funktioniert wie ein gut programmierter Spam-Filter. Nur wer vergisst, kann Wichtiges von Unwichtigem trennen, den Überblick behalten, abstrakt denken und Probleme lösen.
Der Umgang mit negativen und traumatischen Erinnerungen
An schöne Erlebnisse erinnern wir uns gerne und am liebsten würden wir sie nicht vergessen. Doch was geschieht mit negativen und traumatischen Erinnerungen? Warum können wir sie so schlecht vergessen, auch wenn wir das gerne möchten?
Besonders traumatische Erlebnisse tauchen plötzlich auf, ohne einen bestimmten Zusammenhang mit dem Erlebten. Prof. Dr. Nikolai Axmacher von der Ruhr-Universität Bochum forscht zu posttraumatischen Belastungsstörungen und erklärt, dass besonders belastende Ereignisse in unserem Gehirn anders gespeichert werden. Die Schaltzentrale des Gedächtnisses, der Hippocampus, wird durch den Stress außer Gefecht gesetzt. Die Amygdala übernimmt die Verarbeitung, denn sie reagiert auf Angst und Furcht, sagt Nikolai Axmacher.
Negative Erinnerungen können wir analysieren, das Erlebte hinterfragen und von verschiedenen Perspektiven betrachten. Das hilft, um damit leichter umzugehen. Traumatische Erlebnisse verschwinden nicht, sie treten durch sogenannte Flashbacks unwillkürlich immer wieder auf. Nur eine Therapie kann hier helfen, das Erlebte in den richtigen biografischen Kontext einzuordnen. Mit dem Ziel, sich dann mit weniger Angst daran zu erinnern.
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Tatort Gehirn: Wie realistisch sind Ermittlungsmethoden bei Demenz?
Im Tatort-Krimi "Flash" werden diese Erinnerungen zum Thema der Geschichte. Die Münchner Kommissare Franz Leitmayr (Udo Wachtveitl) und Ivo Batic (Miroslav Nemec) müssen einen Demenzerkrankten befragen, um einen Mordfall zu lösen. Die begleitende Gut zu wissen-Doku "Tatort Gehirn" hinterfragt, wie realistisch diese Ermittlungsmethoden sind.
Wenn wir verstehen, wie Erinnern und Vergessen funktionieren, dann können zum Beispiel auch Therapien gegen das Vergessen bei Demenzerkrankungen viel erfolgreicher eingesetzt werden.
Emotionen und Gedächtnis: Eine starke Verbindung
Was ihr täglich erlebt und lernt, prägt eure Persönlichkeit. Die Basis dafür ist unser Gedächtnis. Bisherige Erfahrungen helfen uns, auf zukünftige Situationen besser zu reagieren. So können wir uns schnell entscheiden und handeln.
Forschende der Ruhr-Universität Bochum konnten mit dem sogenannten Trier-Social-Stress-Test herausfinden, wie unser Gehirn emotionale Ereignisse speichert und wann wir uns besonders gut daran erinnern. Sie beobachteten die Signalverarbeitung im Gehirn, während den Studienteilnehmern im Magnetresonanztomographen (MRT) einzelne Bilder aus der Situation gezeigt wurden. Die Kontrollgruppe hatte ein freundliches Setting, aber mit denselben Objekten im Raum. Botenstoffe übertragen die Informationen von einer Nervenzelle zur anderen.
Tatsächlich konnten die Wissenschaftler in den Hirnregionen der Kontrollgruppe erkennen, dass ihre Erinnerung an einzelne Objekte geringer war. Hingegen zeigten sich bei Probanden aus dem belastenden Setting bereits beim Betrachten einer Kaffeetasse erste Reaktionen. An emotionale Erlebnisse erinnern wir uns wesentlich besser, betont Oliver T. Wolf, Leiter des Instituts für Neurowissenschaften an der Ruhr-Universität Bochum. Mit seinem Team analysierte er vor allem die Gehirnaktivität in der Amygdala, der Region, die unter anderem für das emotionale Lernen wichtig ist. Bilder der unfreundlichen Prüfer und allein der Kaffeetasse auf dem Tisch lösten Reaktionen in verschiedenen Hirnregionen aus. Die gesamte Situation wurde detaillierter wahrgenommen und selbst die Kaffeetasse allein rief negative Erinnerungen hervor. Denn das Gehirn schüttet die Botenstoffen Noradrenalin und Cortisol aus. Durch diesen Stresszustand wird die Wahrnehmung schärfer und wir erinnern uns viel besser. Wird der Stress jedoch zu groß, dann blockieren die Botenstoffe, Informationen werden nicht mehr weitergeleitet und nicht miteinander verknüpft - wir erinnern uns noch weniger. Fakt ist: Ein wenig Stress lässt uns besser lernen, doch lernen unter Druck führt eher zum Gegenteil.
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Emotionale Momente werden über das limbische System gefiltert, das aus Hippocampus und Amygdala besteht. Deshalb können wir uns so gut an die erste große Liebe erinnern. Unser Gehirn wählt gezielt aus, was es wirklich behalten möchte.
Hyperthymestisches Syndrom: Wenn Vergessen unmöglich ist
Es gibt Menschen, die können sich an jeden Tag ihres Lebens erinnern: Wo sie waren, was sich ereignet hat - sie vergessen nichts. Das muss enorm anstrengend und belastend sein. Sie erinnern sich nicht an Fakten, aber detailgenau an autobiografische Erlebnisse. Vermutlich gibt es weltweit rund 60 Personen mit diesem sogenannten hyperthymestischen Syndrom (HSAM).
Andreas Papassotiropoulos und sein Team von der Uni Basel vermuten schon lange, dass die Ursache dieses Nicht-Vergessens auf molekularer Ebene zu finden ist. Die Sequenzierung der DNA von Menschen mit hyperthymestischen Syndrom lieferte den Beweis: Ein Gen ist dafür verantwortlich, dass Vergessen an den Schnittstellen der Nervenzellen blockiert wird. Mit ihrer Grundlagenforschung liefern die Molekularwissenschaftler wichtige Erkenntnisse, die auch für die Entwicklung von Mediakamenten gegen Demenzerkrankungen hilfreich sind.
Gehirn-Computer-Schnittstellen: Eine Zukunftsvision?
Der Blick ins Gehirn in Verbindung mit maschinellem Lernen gilt als medizinischer und technischer Fortschritt. Besonders Menschen mit körperlichen Einschränkungen hoffen, dass ihnen Gehirnimplantate helfen können. Allerdings sind es weltweit nur wenige Personen, die an den Studien teilnehmen und davon profitieren.
Mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle, einem sogenannten Brain Computer Interface (BCI) schaffen es gelähmte Menschen, nur mit Gedankenkraft einen Roboterarm zu steuern, einen Cursor auf einem Computerbildschirm zu bewegen, oder ein Auto durch eine virtuelle Umgebung zu lenken. Nur mit einer Kopplung von Gehirn und Computer ist das möglich.
Im Jahr 2004 wurde erstmals einem Mann, der nach einem Messerstich vollkommen gelähmt war, eine Elektrode ins Gehirn implantiert. Die erste Studie leitete Leigh Hochberg, Neurowissenschaftler an der Brown University Rhode Island und Intensivmediziner am Massachusetts General Hospital in Boston. Jahrzehntelange Beobachtungen von Hirnaktivitäten bei Affen schufen die Grundlage, um zu verstehen, wie die Signale von Bewegungen im Gehirn übertragen werden. Inzwischen lassen sich neuronale Aktivitäten viel leichter über Algorithmen entschlüsseln, betont der Neurowissenschaftler Leigh Hochberg.
Die BCIs von heute bieten ein viel breiteres Spektrum an Fähigkeiten, da die Elektroden in verschiedene Hirnregionen implantiert werden. Die Entwicklung von Funkchips als Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer ist der nächste Schritt der medizin-technischen Entwicklungen von BCIs.
Ethische Fragen und Bedenken
Doch die Entwicklung ist nicht wirklich ausgereift und lange nicht alltagstauglich. Zudem ist der invasive Eingriff, bei dem Elektroden ins Gehirn gepflanzt werden, nicht ungefährlich.
Die Hirnsignale für BCIs müssen jedoch mit Referenzmustern verglichen werden. Dafür sind Daten notwendig. Aber unser Gehirn mit all seinen Schaltkreisen und Verknüpfungen ist sehr komplex. Das Gedächtnis herunterzuladen, Erinnerungen aufzuzeichnen, womöglich noch zu verändern, klingt nach Science-Fiction. Für weitere Entwicklungen sind die Wissenschaftler und Ingenieure aber auf Daten angewiesen. Doch wer möchte sich wirklich so genau in seine Gedanken blicken lassen?
Elon Musk, dem nicht nur Tesla, sondern auch die Firma Neurolink gehört, arbeitet zum Beispiel intensiv an der Entwicklung von BCIs. "Nerven sind wie elektronische Schaltungen. Man braucht viel Elektronik, um ein elektronisches Problem zu lösen", sagt Musk.
Wollen wir unsere Gedanken veröffentlichen? Noch sind die Implantate und die Anwendung mit hohem technischen und personellen Aufwand verbunden und nicht alltagstauglich.
Gedächtnisleistung ohne Hirnchips verbessern
Der Versuch, das Gehirn mit Chips zu tunen, steht vermutlich erst am Anfang. Gleichwohl gibt es bereits nicht-medizinische BCIs zur Fitnesssteigerung, zum Abbau von Stress, oder als Hilfe gegen Konzentrationsprobleme. Diese BCIs steuern kein Computersystem, aber sie arbeiten mit Gehirnströmen oder senden elektrische Impulse.
Wir können die elektrische Aktivität unserer Nervenzellen messen und therapeutisch nutzen. Zum Beispiel mit der Neurofeedback-Methode. Mithilfe von Tönen oder Bildern kann diese Methode bei ADHS, einer Aufmerksamkeits-Defizit-Störung, eine bessere Konzentration fördern. Immer mehr Studien belegen den erfolgreichen Einsatz von Neurofeedback. Die Psychologin Dr. Susanne Karch forscht am Klinikum der Universität München zu Neurofeedback. Doch sie warnt vor Gadgets für den Heimgebrauch, die mit elektrischen Impulsen arbeiten, denn die Nebenwirkungen für ein gesundes Gehirn seien nicht unerheblich.
Wir können unser Gehirn täglich trainieren und fit halten. Lernprogramme dazu findet ihr reichlich. Doch euer Gedächtnis mit Gehirnjogging auf Trab halten, das klappt doch nicht so gut, wie bislang vermutet, betonen der Magdeburger Wissenschaftler Emrah Düzel und seine Kollegin Anne Maass. Bei ihren Forschungen mit sogenannten Super-Agern konnten sie feststellen, dass viel Bewegung, ausreichend Schlaf und eine gesunde Ernährung vor Demenzerkrankungen und vor Vergessen schützen können. Diese einfachen Mitteln sorgen für eine bessere Durchblutung des Gehirns und für ein besseres Gedächtnis.
Wissenschafter der TU Dresden konnten in Tierexperimenten mit Mäusen nachweisen, dass eine Umgebung mit viel Anregung das Gedächtnis jung hält. Prof. Gerd Kempermann und sein Team erklären diesen Zusammenhang mit aktiven Genen, die Nervenzellen im Gedächtnis erneuern und Verbindungen knüpfen. Ihre Beobachtungen auf Menschen zu übertragen gelingt nicht ganz, aber die Neurowissenschaftler vermuten, dass es ähnlich wirkt, wenn wir immer wieder Neues lernen. Damit können wir unser Gedächtnis fit halten.
Intelligenz fördern
Intelligente Menschen verfügen über eine höhere Bildung und ein höheres Einkommen, sind seltener arbeitslos, leben gesünder und sterben später. Deshalb wäre es gut, Intelligenz zu fördern. Denn das ist möglich, in begrenztem Umfang.
Die Veränderbarkeit des Gehirns im Alter
Unser Gehirn verändert sich ständig. Sonst wäre es nicht möglich, dass wir uns in neuen Situationen zurechtfinden. Im Alter nimmt die Formbarkeit unseres Gehirns allerdings ab. Wie können wir sie erhalten?
Schlaf und Gehirnfunktion
Wir schlafen nachts, um uns zu erholen und körperlich wieder fit zu sein. Auch unser Gehirn leistet gute Arbeit, damit wir am nächsten Tag wieder aufnahmefähig sind. Warum schlafen wir eigentlich? Wenn wir schlafen, verarbeitet unser Gehirn Erlebtes und sortiert Unwichtiges aus.
Resilienz: Die Fähigkeit, Schicksalsschläge zu überwinden
Niemand ist in Drachenblut gebadet. Trotzdem stehen manche Menschen Schicksalsschläge besser durch als andere: Sie sind resilient.
Künstliche Intelligenz und ihr Einfluss auf unser Leben
KI - und jetzt? Egal ob Unterricht, Studium oder Arbeitswelt: Künstliche Intelligenz beeinflusst unser Leben. Einige feiern die Technologie als Revolution. Andere begegnen ihr mit Sorge.