Das menschliche Gehirn ist ein bemerkenswertes Organ, das eine zentrale Rolle bei der Speicherung und dem Abruf von Informationen spielt. Das Gedächtnis ermöglicht es uns, uns an Dinge, Menschen und Ereignisse zu erinnern und ist die Voraussetzung für jedes Verhalten, das aufgrund von Erfahrung über vorausgegangene Eindrücke und Erlebnisse das gegenwärtige und zukünftige Verhalten steuert. Es speichert Tausende von Wörtern, behält zahllose Fakten, kann sich unzählige Geschichten und Erlebnisse merken. Außerdem wird es ständig von neuen Informationen überflutet, muss die wichtigen herausfiltern und so ablegen, dass wir uns bei Bedarf daran erinnern.
Die verschiedenen Arten des Gedächtnisses
Das Gedächtnis lässt sich in verschiedene Kategorien unterteilen, die sich auf die Zeitspanne beziehen, in der die Gedächtnis-Inhalte abgerufen werden können. Ein häufig verwendetes Modell ist das Mehrspeichermodell, das zwischen drei Haupttypen von Gedächtnis unterscheidet:
Sensorisches Gedächtnis (Ultrakurzzeitgedächtnis): Dieses Gedächtnis erfasst blitzschnell alle Sinneseindrücke wie Bilder, Töne, Gerüche und Tastreize. Es speichert Informationen nur für sehr kurze Zeit (Millisekunden bis maximal zwei Sekunden). Ein unbewusster Aufmerksamkeitsfilter konzentriert unsere Wahrnehmung auf die wichtigsten Reize. Nebensächliches wie etwa Hintergrundgeräusche verblassen dagegen und sind uns bald entfallen. Nur bedeutsame Informationen hält das sensorische Gedächtnis fest und überspielt sie ins Kurzzeitgedächtnis.
Kurzzeitgedächtnis (Arbeitsgedächtnis): Diese zentrale Instanz verarbeitet alle Eindrücke, denen wir momentan eine Bedeutung beimessen. Es ermöglicht das Abspeichern von Daten über einen Zeitraum von einigen Sekunden bis wenigen Minuten. Das Kurzzeitgedächtnis befindet sich direkt hinter der Stirn im sogenannten präfrontalen Cortex. Diese Region der Großhirnrinde speichert aktuelle Informationen nur solange, wie wir bewusst damit arbeiten. Sobald sich unser Kopf nicht mehr auf einen Gedanken konzentriert, verschwindet er wieder aus dem Kurzzeitgedächtnis. Vieles wird gleich vergessen, so manches aber bleibt haften. Am besten können wir Informationen und Eindrücke behalten, wenn sie uns sehr interessieren oder emotional bewegen.
Langzeitgedächtnis: In das Langzeitgedächtnis kommen alle wichtigen Informationen, die es wert sind, aufgehoben zu werden und die das Kurzzeitgedächtnis sonst zum „Überlaufen“ bringen würden. Diese Form von Gedächtnis ist im Allgemeinen gemeint, wenn wir von Gedächtnis sprechen. Der Umfang des Langzeitgedächtnisses ist von Mensch zu Mensch sehr verschieden - es umfasst nicht nur den aktiven und passiven Wortschatz unserer Muttersprache, sondern auch alle Erinnerungen, Daten, Fakten, gelerntes Wissen und den erworbenen Wortschatz fremder Sprachen. Im Langzeitgedächtnis wird alles gespeichert, das aufgrund vielfacher Wiederholungen oder mit einem starken emotionalen Gehalt auf lange Sicht behalten werden soll. Das Langzeitgedächtnis speichert wichtige Daten dauerhaft. Das ist die Form des Gedächtnisses, die allgemein als das Gedächtnis bekannt ist. Wenn du etwas gelernt und im Langzeitgedächtnis gespeichert hast, (Enkodierung) sind Üben und Wiederholen wichtig, um die Dinge zu festigen und das Gedächtnis zu trainieren. Je stärker du die Inhalte mit Emotionen oder anderem Wissen verknüpfst, desto eher bleiben sie dir im Gedächtnis. Oft hilft es auch, nach dem Lernen zu schlafen.
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Unterteilung des Langzeitgedächtnisses
Das Langzeitgedächtnis lässt sich weiter in verschiedene Subsysteme unterteilen:
Deklaratives Gedächtnis (Explizites Gedächtnis): Dieser Teil des Langzeitgedächtnisses speichert explizite, also bewusste, sprachlich abrufbare Inhalte. Es wird weiter unterteilt in:
- Episodisches Gedächtnis (autobiographisches Wissen, also Wissen über die eigene Person und die eigenen Erlebnisse)
- Semantisches Gedächtnis (Schul- oder Faktenwissen über die Welt, unabhängig von der eigenen Erfahrung)
Nicht-deklaratives Gedächtnis (Implizites Gedächtnis): Dieser Teil des Langzeitgedächtnisses speichert implizite Inhalte. Diese sind dem Bewusstsein nicht direkt zugänglich und deshalb auch nicht sprachlich abrufbar. Es gehören dazu beispielsweise hochgradig automatisierte Fertigkeiten wie Autofahren, Radfahren, Skifahren oder das Binden der Schnürsenkel (prozedurales Gedächtnis).
Wie funktioniert das Gedächtnis?
Ungefähr 86 Milliarden Nervenzellen vernetzen sich in einem menschlichen Gehirn. Die Neurone sind über Synapsen miteinander verbunden, die darauf spezialisiert sind, Signale elektrochemisch umzuwandeln und weiterzuleiten. Beim Lernen werden individuell und selektiv erworbene Informationen aus der Umwelt im Gedächtnis in abrufbarer Form gespeichert. Dies geschieht manchmal nur kurzfristig, manchmal auf Erfahrungen aufbauend, auch über längere Zeiträume hinweg, zum Teil sogar für das ganze weitere Leben. Lernen basiert dabei auf einer spezifischen Verstärkung von bestimmten Synapsen, an denen die Signalübertragung durch biochemische und strukturelle Modifikationen erleichtert wird (Stichworte sind hier Langzeitpotenzierung und synaptische Plastizität). Plastische Synapsen verändern hierbei ihre Struktur und ihre Übertragungseigenschaften, was die Grundlage für Lern- und Gedächtnisprozesse ist. Manchmal bilden sich beim Lernen neue Synapsen oder nicht mehr gebrauchte Synpasen werden abgebaut. Wie gut wir lernen und uns etwas merken können, ist dabei von Faktoren wie Aufmerksamkeit, Motivation und Belohnung abhängig. Dabei werden wichtige von unwichtigen Informationen getrennt.
Die im Gedächtnis gespeicherten Erinnerungen entstehen, indem sich Nervenzellen im Großhirn zu einem Netz verknüpfen. Die einzelnen grauen Zellen verbinden sich über sogenannte Synapsen. Ihr Kontakt erfolgt nicht durch Berührung, sondern durch die Übertragung elektrischer Impulse. Unser Gedächtnis speichert nicht alle Daten so objektiv wie ein Computer. Woran sich ein Mensch erinnert, hängt auch davon ab, wie er Nachrichten und Erlebnisse bewertet. Gefühle sind die Pförtner der Erinnerung: Emotionen entscheiden mit darüber, was wir dauerhaft behalten. Die im Langzeitgedächtnis abgelegten Informationen verteilen sich über die gesamte Großhirnrinde. Dabei handelt es sich um die äußere Schicht des Großhirns, die Gedächtnisforschung spricht vom Cortex.
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Im Gehirn gibt es keinen zentralen Ort, an dem Informationen gespeichert werden, aber der Hippocampus ist eine zentrale Schaltstelle für viele Gedächtnisinhalte. Für die Verarbeitung des episodischen Gedächtnisses sind frontale und temporale Regionen der rechten Gehirnhälfte, für die Verarbeitung von Inhalten im semantischen Gedächtnis sind die gleichen Regionen der linken Gehirnhälfte zuständig. In verstärkendem oder abschwächendem Maß ist auch das Kleinhirn daran beteiligt.
Der Hippocampus im vorderen medialen Temporallappen ist als Zwischenspeicher für Daten, die in das Langzeitgedächtnis übernommen werden sollen, unerlässlich, um neue Informationen abspeichern zu können. Um Gedächtnis-Inhalte abrufen zu können, ist die Funktionsfähigkeit der Corpora mammillaria (gehören zum Zwischenhirn) von Bedeutung.
Faktoren, die das Gedächtnis beeinflussen
Verschiedene Faktoren können die Gedächtnisleistung beeinflussen, darunter:
- Alter: Das Kurzzeitgedächtnis nimmt im Alter zunehmend ab.
- Emotionen: Gefühle sind die Pförtner der Erinnerung: Emotionen entscheiden mit darüber, was wir dauerhaft behalten.
- Aufmerksamkeit, Motivation und Belohnung: Wie gut wir lernen und uns etwas merken können, ist dabei von Faktoren wie Aufmerksamkeit, Motivation und Belohnung abhängig. Dabei werden wichtige von unwichtigen Informationen getrennt.
- Training: Das Gehirn braucht Training - wird es wenig genutzt, baut es allmählich ab. Auch unser Gedächtnis können wir durch gezieltes Training verbessern. Zu den wesentlichen Grundlagen für ein gutes Gedächtnis zählen Abwechslung, geistige Herausforderungen und soziale Aktivitäten. Gespräche und Geselligkeit trainieren die grauen Zellen. Auch Sport kann die Merkfähigkeit verbessern und wirkt vorbeugend gegen einen Gedächtnisverlust (Amnesie). Vor allem Walking, Wandern, Radfahren, Tanzen und Schwimmen gelten als förderlich. Ein wesentlicher Grund für den positiven Effekt der Bewegung ist die gesteigerte Durchblutung: Bei körperlichen Aktivitäten wird das Gehirn mit mehr Sauerstoff versorgt.
Gedächtnisstörungen
Bei Gedächtnisstörungen sind die Merk- oder Erinnerungsfähigkeit beeinträchtigt. Der Auslöser kann zum Beispiel ein Trauma, beispielsweise ein Unfall sein. Eine retrograde Amnesie bezeichnet dabei den Gedächtnisverlust für die Zeit vor einem bestimmten Ereignis (wie einem Unfall), eine anterograde Amnesie den Gedächtnisverlust für die Zeit nach diesem Ereignis. Wenn das Kurzzeitgedächtnis ausfällt, dann können sich Betroffene nicht an direkt vorausgegangene Gespräche oder Ereignisse erinnern, während ältere Ereignisse, die zum Teil Jahre zurückliegen, genau erinnert werden.
Gedächtnisstörungen sind aber nicht nur durch Verletzungen möglich, die von außen (Schädel-Hirn-Trauma) einwirken, sondern auch durch innere Verletzungen wie zum Beispiel Gefäßblutungen bei einem Schlaganfall. Degenerative Veränderungen wie die Alzheimer-Krankheit oder Demenz sind ebenfalls häufige Ursachen für ein gestörtes Gedächtnis. Und nicht zuletzt führen auch Medikamente (Neuroleptika) und Alkohol („Filmriss“ nach einer durchzechten Nacht, Korsakow-Syndrom) zu Gedächtnis-Störungen. Bei Schädigungen im Bereich der Amygdala sind mit Emotionen verbundene Gedächtnis-Inhalte gestört. Die Betroffenen können sich nur noch an reine Fakten ohne jeglichen emotionalen Inhalt erinnern.
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Die Plastizität des Gehirns
Hirnforscher wissen heute, dass sich unsere grauen Zellen bis ins hohe Alter vermehren und über neue Synapsen verschalten können. Wir sind daher lebenslang lernfähig. Das Gehirn eines Erwachsenen verändert sich nicht mehr. Heute weiß man jedoch, dass das Gehirn bis ins hohe Alter laufend umgebaut wird. Manche Neurobiologen vergleichen es sogar mit einem Muskel, der trainiert werden kann.
Synapsen übertragen nicht nur elektrische Signale von einer Nervenzelle zur nächsten, sie können die Intensität des Signals auch verstärken oder abschwächen. Neurowissenschaftler haben herausgefunden, dass Synapsen die Effektivität der Übertragung variieren können. Man bezeichnet dieses Phänomen auch als synaptische Plastizität. So kann eine Synapse durch einen Vorgang namens Langzeitpotenzierung (LTP) verstärkt werden, indem sie mehr Botenstoff ausschüttet oder mehr Botenstoffrezeptoren bildet. So wissen Neurowissenschaftler heute, dass Synapsen selbst im erwachsenen Gehirn noch komplett neu gebildet oder abgebaut werden können. An wenigen Stellen wie zum Beispiel im Riechsystem können sogar zeitlebens neue Nervenzellen gebildet werden. Es ist also nicht übertrieben, wenn man sagt: Unser Gehirn gleicht zeitlebens einer Baustelle. Stärkung und Schwächung, Auf- und Abbau - die Stärke, mit der Signale zwischen Nervenzellen übertragen werden, wird laufend angepasst. Etwas vereinfacht könnte man sich also vorstellen, dass die Signalübertragung verstärkt wird, wenn das Gehirn etwas speichert - und abgeschwächt wird, wenn es vergisst. Ohne die Plastizität würde dem Gehirn folglich etwas Fundamentales fehlen: seine Lernfähigkeit.
Seine Plastizität hilft dem Gehirn zudem, Schäden zumindest teilweise zu reparieren. Sterben beispielsweise bei einem Schlaganfall Nervenzellen ab, können benachbarte Hirnregionen die Aufgaben des betroffenen Gebiets zum Teil übernehmen.
Forschung und Zukunftsperspektiven
Die Erforschung des Gehirns und des Gedächtnisses ist ein dynamisches Feld. Wissenschaftler arbeiten daran, die komplexen Mechanismen des Lernens, der Speicherung und des Abrufs von Informationen besser zu verstehen. Sie suchen nach neuen Wegen, um Gedächtnisstörungen zu behandeln und die Gedächtnisleistung zu verbessern.
Ein vielversprechender Ansatz ist die Entwicklung von Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCIs). Mit BCIs 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. Die Entwicklung von Funkchips als Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer ist der nächste Schritt der medizin-technischen Entwicklungen von BCIs.