"Wenn das Gehirn des Menschen so einfach wäre, dass wir es verstehen könnten, dann wären wir so dumm, dass wir es doch nicht verstehen würden." - Jostein Gaarder. Dieses Zitat unterstreicht die immense Komplexität des menschlichen Gehirns, einer Meisterleistung der Natur, die trotz intensiver Forschung noch immer viele Geheimnisse birgt. Moderne Techniken ermöglichen es zwar, die Vorgänge im Gehirn zu beobachten und aufzuzeichnen, doch die komplexen Prozesse, die beim Denken ablaufen, sind noch nicht vollständig entschlüsselt.
Das neuronale Netzwerk: Informationsaustausch im Gehirn
Das menschliche Gehirn ist ein riesiges Netzwerk aus Nervenzellen, den Neuronen, in dem große Mengen an Informationen verarbeitet und ausgetauscht werden. Die heutige Forschung geht von etwa 85 Milliarden Nervenzellen im menschlichen Gehirn aus. Diese Neuronen sind auf die Erregungsübertragung spezialisiert. Äußere Reize werden über verästelte Fortsätze, die Dendriten, empfangen und in das Innere der Zelle weitergeleitet. Dort wird die Information verarbeitet und, wenn der Reiz stark genug war, zur nächsten Zelle geschickt. Dafür läuft sie durch das Axon, eine Art Ausgangskabel, und kommt schließlich bei den Synapsen an.
Innerhalb des Neurons findet die Weiterleitung durch elektrische Signale statt. An der Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Die Zelle schüttet nun einen Botenstoff aus, der an einer anderen Synapse andockt. Dort wird sie wieder in ein elektrisches Signal zurückgewandelt und durch die Dendriten in die anliegende Nervenzelle weitergeleitet. Die Synapsen sind also die Verbindungsstellen, die den Neuronen erlauben, Informationen miteinander auszutauschen.
Synaptische Verbindungen: Die Grundlage des Lernens
Nach heutigen Erkenntnissen können sich im Laufe des Lebens immer neue Synapsen bilden, die stärker werden können. Gleichzeitig können sie aber auch schwächer werden oder sogar ganz wieder verschwinden. Je nach Zelltyp können Nervenzellen eine bis 100.000 Synapsen ausbilden. Der Durchschnitt liegt bei etwa 1.000 bis 10.000 Synapsen pro Zelle. Dieser Prozess der Veränderung und Anpassung der synaptischen Verbindungen wird als synaptische Plastizität bezeichnet und ist die Grundlage für Lernen und Gedächtnis.
Je öfter zwischen den Neuronen Informationen ausgetauscht werden, umso schneller und zuverlässiger funktioniert die Übertragung. Durch regelmäßige Wiederholung können wir also die Verbindungen stärken und das erlangte Wissen langfristig abspeichern. Der Informationsaustausch findet nicht nur zwischen zwei einzelnen Nervenzellen statt. Durch die Vielzahl an Synapsen können die Signale gleichzeitig an verschiedene Neuronen geschickt werden. Je mehr Synapsen und Nervenzellen gleichzeitig aktiv sind und die Information verarbeiten, umso effizienter kann sie gespeichert werden.
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Das Gedächtnis: Vom Kurzzeit- zum Langzeitgedächtnis
In jedem Moment verarbeitet unser Gehirn Unmengen an Informationen. Dazu gehören nicht nur unsere Gedanken, sondern auch alle Sinneseindrücke, derer wir uns oft gar nicht bewusst sind. Das liegt daran, dass unser Hirn eben sehr schnell und effizient arbeitet. Innerhalb von Millisekunden wird beurteilt, ob eine eingehende Information wichtig ist oder nicht. Ist sie unwichtig, wie beispielsweise ein leises Rauschen in den Bäumen, wird sie sofort wieder gelöscht. So kann vermieden werden, dass zu viele Prozesse gleichzeitig in Gang sind und wir uns auf die konzentrieren können, die auch wirklich von Bedeutung sind.
Informationen, die als wichtig eingestuft werden, gelangen vom Ultrakurzzeitgedächtnis (Speicherung für bis zu zwei Sekunden) ins Kurzzeitgedächtnis, wo sie zunächst ungefähr 30 Sekunden lang gespeichert werden. Wird sie in dieser Zeit weiterverarbeitet und wiederholt, bleibt sie für bis zu 20 Minuten lang abrufbar und verblasst danach wieder. Die Kapazitäten des Kurzzeitgedächtnisses sind beschränkt. Deshalb muss als unwichtig Eingestuftes schnell wieder überschieben werden. Mit gezielten Übungen lässt sich aber die Aufnahmefähigkeit trainieren und vergrößern.
Inhalte, die ins Langzeitgedächtnis gelangen sollen, müssen also wiederholt und gestärkt werden, damit sie sich nicht langsam verblassen und schließlich vollständig verschwinden. Die zentrale Schnittstelle für den Übergang vom Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis ist der Hippocampus. Hier wird entschieden, wie wichtig eine Information ist und ob sie langfristig abrufbar sein soll. Der Hippocampus ist sozusagen der Richter, der eingehende Inhalte ablehnt oder zulässt. Diese Funktion führt er bereits bei dem Übergang vom Ultrakurzzeitgedächtnis zum Kurzzeitgedächtnis aus. Alles, was mindestens eine Stunde lang gespeichert wird, ist bereits ins Langzeitgedächtnis gelangt, wo es auch bleiben wird. Jedoch sind nicht alle Informationen sofort und für immer abrufbar. Dazu müssen die Verbindungen zwischen den Neuronen weiterhin gestärkt und erhalten werden. Ein wichtiger Teil der Übertragung vom Kurz- ins Langzeitgedächtnis findet im Schlaf statt. Wenn wir schlafen sind wir deutlich weniger Sinneseindrücken ausgesetzt als im Wachzustand. Der Hippocampus kann sich dadurch ganz auf die Verarbeitung von Erinnerungen konzentrieren.
Emotionen und Lernen: Eine enge Verbindung
Der Hippocampus arbeitet bei der Bewertung von Eindrücken eng mit der Amygdala zusammen. Die Amygdala, auf Grund ihres Aussehens auch Mandelkern genannt, spielt besonders in der Entstehung von Angst eine große Rolle. Sie gleicht jeden eingehenden Eindruck mit gespeicherten Erfahrungen ab und beurteilt, ob eine Gefahrensituation vorliegen könnte. Entscheidet die Amygdala, dass wir in Gefahr sind, reagiert unser Körper mit einem Angstreaktionen wie Herzklopfen oder schwitzenden Händen. In tatsächlichen Gefahrensituationen kann uns diese schnelle Reaktion das Leben retten. Leider tritt sie manchmal auch auf, wenn wir an ein sehr negatives Erlebnis erinnert werden, dass nicht zwingendermaßen wieder eintreffen muss.
Beim Lernen kann das einen verheerenden Effekt haben: haben wir einmal unter größtem psychischem Stress gelernt, ist diese Erinnerung an diese Emotion gemeinsam mit dem dazugehörigen Inhalt abgespeichert und wird automatisch auch mit ihm zusammenabgerufen. Glücklicherweise verhält es sich auch mit positiven Gefühlen so, dass sie mit dem Lerninhalt verknüpft werden. Zudem besteht durch den Botenstoff Dopamin ein enger Zusammenhang zwischen Lernerfolg und Glücksgefühlen. Ohne Botenstoffe wie Dopamin kann unser Gehirn keine Informationen verarbeiten und je mehr davon vorhanden ist, umso leichter geht es. Gleichzeitig ist Dopamin für den Belohnungseffekt bei Erfolgserlebnissen zuständig. So kann eine positive Lernumgebung die Ausschüttung von Dopamin und damit auch den Lerneffekt steigern.
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Neuroplastizität: Die lebenslange Anpassungsfähigkeit des Gehirns
Die Vorstellung, dass das Gehirn ein Leben lang lernfähig bleibt, ist aus wissenschaftlicher Sicht unbestritten. Anders hätte der Mensch die vielfältigen Herausforderungen, denen er im Laufe eines Lebens begegnet, auch gar nicht bewältigen können. So können wir bis ins hohe Alter eine Fremdsprache und Yoga lernen, uns Gesicht und Stimme eines neuen Arbeitskollegen merken oder den Weg zu einer neuen Pizzeria.
Neuroplastizität umschreibt die Fähigkeit unseres Gehirns, lebenslang veränderungs- und lernfähig zu sein. Die Wissenschaft war über 100 Jahre davon überzeugt, dass wir nur als Kinder lernen und uns anpassen können, als Erwachsene jedoch nicht mehr. Unser Gehirn besitzt nach neuesten Forschungen circa 86 Milliarden Nervenzellen, auch als Neuronen bezeichnet. Jede Nervenzelle besteht aus drei Teilen:
- Dendriten, das sind die Teile, die Signale empfangen,
- dem Zellkörper, der die Signale verarbeitet und
- dem Axon, der Teil, der die Signale zur nächsten Nervenzelle weiterleitet.
Wie werden jetzt aber die Signale im Gehirn von einer Nervenzelle zur nächsten übertragen? Wir nehmen unsere Umwelt über unsere fünf Sinne wahr: Sehen, Hören, Fühlen, Riechen und Schmecken. Diese Sinneswahrnehmungen werden in elektrische Impulse umgewandelt. Die Nervenzellen stehen nicht in direkter Verbindung zueinander, sondern zwischen den Zellen ist ein kleiner Zwischenraum, der sogenannte synaptische Spalt. Trifft ein elektrisches Signal am Ende des Axons ein, werden dort chemische Botenstoffe freigesetzt, die über den synaptischen Spalt den Dendriten erreichen und dort wieder einen elektrischen Impuls auslösen. Die Plastizität ist immer gegeben, in unserem Gehirn finden ständig Aufbau- und Abbauprozesse statt. Bei Veränderungen werden neue Schaltkreise werden gebildet, d. h. wenn wir Neues lernen, eine neue berufliche Herausforderung haben, uns sportlich betätigen oder meditieren. Alte Schaltkreise werden abgebaut, wenn wir sie nicht mehr nutzen, z. B. wenn wir einen alten Glaubenssatz, der uns blockiert hat, durch eine neue Überzeugung ersetzen.
"What fires together wires together": Die Hebbsche Regel
Der Wissenschafter Donald Ording HEBB hat 1970 folgende Aussage formuliert: „What fires together wires together.“ Das bedeutet, jene Nervenzellen im Gehirn, die gleichzeitig aktiviert werden, verbinden sich zu einem Neuronen-Netzwerk. Wissenschafter haben untersucht, wie das Gehirn sich beim Lernen verändert. PASCUAL-LEONE et al. haben in einer oft zitierten Untersuchung gezeigt, dass alleine die Gedanken in der Lage sind, die physische Struktur des Gehirns zu verändern. In seinem Experiment bildete er zwei Testgruppen, die noch nie in ihrem Leben Klavier gespielt haben. Mittels fMRT-Untersuchungen (funktionelle Magnetresonanztomographie) wurde vor dem Experiment die Struktur des Gehirns aufgezeichnet. Dann brachte man den Teilnehmern eine bestimmte Tonfolge bei, indem ihnen gezeigt wurde, welche Tasten auf dem Klavier sie zu spielen hatten. Das Experiment ging über fünf Tage mit täglich 2 Stunden Übungszeit.
Die erste Gruppe hatte im Training die Aufgabe, sich nur vorzustellen, die Tasten der Tonfolge zu drücken. Die zweite Gruppe spielte die Tonfolge im Training real am Klavier. Um Veränderungen sichtbar machen zu können, wurden am Ende der fünf Tage wieder Gehirnscans mittels fMRT aufgenommen. Pascual-Leone stellte dabei fest, dass sich die Gehirne beider Gruppen auf ähnliche Weise verändert haben. Sowohl die praktische Übung mit dem Klavier als auch die rein mentale Vorstellung schien eine Veränderung im Bewegungszentrum des Gehirns zu bewirken. Es wurden neue Synapsen gebildet und vorhandene Synapsen wurden verstärkt.
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Wenn wir wirklich fokussiert sind, aktiviert unser Gehirn dieselben Synapsen = Schaltkreise, egal, ob wir uns etwas nur mental vorstellen oder tatsächlich real erleben.
Neuroplastizität in verschiedenen Lebensbereichen
Vielfach untersucht wurde die neuroplastische Eigenschaft unseres Gehirns bei neurologischen Erkrankungen wie z. B. in der Rekonvaleszenz nach einem Schlaganfall, bei Multipler Sklerose, Epilepsie oder Parkinson. Aber auch bei psychiatrischen Erkrankungen wie Depressionen, posttraumatischen Belastungsstörungen (PTBS) oder Ängsten wird diese erstaunliche Fähigkeit des Gehirns mit Erfolg eingesetzt. Weitere Bereiche sind Lern- und Entwicklungsstörungen wie Autismus oder ADHS sowie altersbedingte Erkrankungen wie Alzheimer. Studien konnten auch Erfolge bei chronischen Schmerzen nachweisen sowie bei Suchtthemen oder bei Hör- bzw. Sehverlustproblemen.
Neuroplastizität nach einem Schlaganfall
Gerade für die motorische Erholung nach einem Schlaganfall ist die Neuroplastizität bereits ausgiebig untersucht worden. So zeigt eine Studie der beiden Forscher Michael A. Dimyan und Leonardo G. Cohen, dass es in den ersten 48 Stunden nach einem Schlaganfall eine Phase erhöhter synaptischer Plastizität im menschlichen Gehirn gibt. Das heißt, nach einem Schlaganfall treten neurobiologische Veränderungen auf, die das Gehirn vorübergehend empfänglicher für plastische Veränderungen machen. Daher werden Verhaltenstraining und andere Interventionen, die während dieses Zeitraums durchgeführt werden, als besonders effektiv zur Erholung nach einem Schlaganfall angesehen.
Neuroplastizität bei Depressionen und Angststörungen
Depressive Zustände sind oft mit einer verminderten Neuroplastizität verbunden, was die Anpassungsfähigkeit des Gehirns an neue Erfahrungen reduziert. Hier wird ebenso wie bei Angststörungen die Neuroplastizität genutzt, um durch Therapien wie Kognitive Verhaltenstherapie (KVT) und Achtsamkeitsmeditation neuronale Muster zu verändern.
Neuroplastizität im Alter
Wenngleich das menschliche Gehirn sich mit dem Alter verändert, können Menschen jeden Alters von der Kraft der Neuroplastizität profitieren. Selbst bei über 70-Jährigen konnte nachgewiesen werden, dass sich noch neue Nervenzellen im Hippocampus entwickeln können! So zeigen die Wissenschaftler des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE) und aus Jena, dass Menschen Ü60, die 3 Monate lang Jonglieren trainierten, nachweislich einen vergrößerten Hippocampus entwickelten.
Den Lernprozess optimieren: Tipps und Techniken
Im Laufe unseres Lebens haben wir bereits ein stabiles Netzwerk in unserem Gehirn aufgebaut, auf das wir ständig zurückgreifen. Jeder neue Sinneseindruck wird mit bereits vorhandenem Wissen verglichen. Wird eine Ähnlichkeit erkannt, aktiviert unser Gehirn alle damit in Verbindung stehenden Informationsnetze. Der neue Inhalt wird dann in das bestehende Wissen eingebaut. Je mehr wir bereits gelernt haben, umso schneller läuft dieser Vorgang ab, da es ja bereits mehr Vorwissen gibt, mit dem die neue Information verknüpft werden kann. Diese Tatsache können wir uns beim Lernen zu Nutze machen.
Verschiedene Lerntechniken, wie beispielsweise die Loci-Methode, arbeiten damit, dass man neue Lerninhalte mit sehr vertrauten Bildern und Assoziationen verbindet. So können wir sie uns leichter merken und sie werden langfristig abgespeichert.
Wiederholung, Vielfalt und ausreichend Schlaf
Damit Neugelerntes ins Langzeitgedächtnis gelangt und dort auch zuverlässig abrufbar ist, sind regelmäßige Wiederholungen unerlässlich. Wie wir gesehen haben, verblassen Informationen im Kurzzeitgedächtnis schon nach weniger als einer Stunde. Wenn Du also erst kurz vor einer Prüfung noch schnell das Wichtigste auswendig lernst, wird es wahrscheinlich im entscheidenden Moment schon nicht mehr abrufbar sein. Neue Lerninhalte sollten also öfter in kürzeren Einheiten wiederholt werden, damit sie sich mit der Zeit festigen. Die erste Wiederholung sollte bereits nach einer halben Stunde stattfinden, die zweite nach einigen Stunden, die dritte am nächsten Tag. Ab diesem Zeitpunkt können die Abstände zwischen den Wiederholungen größer werden: zwei Tage, eine Woche und schließlich ein Monat. Erstelle Dir am besten einen Plan für das optimale Zeitmanagement. Auch dafür gibt es verschiedene bewährte Techniken, wie die Pomodoro-Technik.
Für den optimalen Lernerfolg sollte die besondere Eigenheit des Hippocampus, bereits Bekanntes als unwichtig einzustufen, beachtet werden. Wird derselbe Inhalt immer auf dieselbe Art wiederholt, langweilt er sich ziemlich schnell und der ganze Aufwand ist umsonst. Wir müssen ihm also vorgaukeln, dass ein Inhalt vollkommen neu ist. Das kann gelingen, indem wir während des Lernens verschiedene Herangehensweisen wählen und, wenn möglich, auch unterschiedliche Sinne miteinbeziehen. Nutze Dein bildhaftes Vorstellungsvermögen. Lerne nicht nur stur auswendig, sondern versuche die Inhalte auch wirklich zu verstehen und in Zusammenhang zueinander zu setzen. Wenn Du vielfältige Zugänge zu den Lerninhalten findest, werden sie in beiden Gehirnhälften verarbeitet. Auch das führt dazu, dass sie nachhaltiger abgespeichert und abrufbar gemacht werden.
Zu guter Letzt ist es auch wichtig, sich Pausen zu gönnen und für ausreichend Schlaf zu sorgen. Der Hippocampus braucht die Ruhe von Sinneseindrücken, um alles, was Du tagsüber gelernt hast, in das Langzeitgedächtnis zu überführen.
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