Die Gedächtniskapazität des Gehirns erforschen

Das Gehirn, unser komplexestes und grösstenteils noch unverstandenes Organ, birgt das Geheimnis des Gedächtnisses. Seit Jahrhunderten versuchen Forscherteams, die genauen Speicherorte von Informationen im Gedächtnis zu lokalisieren. Schon im 15. Jahrhundert beschäftigte sich das italienische Universalgenie mit der Erforschung des Gedächtnisses. Dieser Artikel beleuchtet die Entwicklung der Hirnforschung im Laufe der Zeit, die beteiligten Personen, die Frage, ob das Gedächtnis im Alter schlechter wird, und die Wirkung von Ginkgo biloba bei Gedächtnisproblemen.

Entwicklung der Hirnforschung

Die Geschichte der Gedächtnisforschung ist reichhaltig und erstreckt sich über Jahrhunderte, in denen Wissenschaftler versucht haben, die komplexen Mechanismen des Gedächtnisses zu verstehen. Von den frühen philosophischen Überlegungen bis zur modernen Neurowissenschaft hat die Forschung einen weiten Weg zurückgelegt. Ursprünglich bildeten die Griechen, wie Platon und Aristoteles, erste Theorien über das Gedächtnis. Sie philosophierten darüber, wie Wissen im Geist gespeichert wird.

Im 19. Jahrhundert kam es dank Wissenschaftlern wie Hermann Ebbinghaus zu bahnbrechenden Entdeckungen. Er war einer der Ersten, der Gedächtnisexperimente mit wissenschaftlichen Methoden durchführte und die Vergessenskurve entwickelte. Mit dem Aufkommen der kognitiven Psychologie in der Mitte des 20. Jahrhunderts wurde das Gedächtnis als aktiver, strukturierter Prozess betrachtet, der über das einfache Speichern und Abrufen hinausgeht. Diese Ära brachte Konzepte wie das Kurz- und Langzeitgedächtnis hervor.

Der Übergang von der Philosophie zur experimentellen Wissenschaft markiert einen wichtigen Wendepunkt in der Geschichte der Gedächtnisforschung. Die Entwicklung von Technologie und bildgebenden Verfahren wie der fMRT hat unser Verständnis erweitert, indem sie Einblicke in die Gehirnaktivität während des Erinnerns und Lernens ermöglichten. Diese technologischen Fortschritte haben auch zur Entwicklung von kognitiven Therapien beigetragen, um Gedächtnisprobleme zu diagnostizieren und zu behandeln.

Aktuelle Forschungsschwerpunkte

Die Neuropsychologin Dr. Monika Schönauer forscht mit ihrer Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe an der Frage, wie und wo Erinnerungen und Lerninhalte im Gehirn gespeichert werden. Ihre Forschung konzentriert sich auf Gedächtnisengramme, neuronale Spuren im Gehirn, die durch Erfahrungen entstehen. Mit bildgebenden Verfahren können diese Engramme bei Menschen und Tieren lokalisiert und ihre Entwicklung verfolgt werden.

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Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der systemischen Gedächtniskonsolidierung, dem Prozess, bei dem neu gebildete Erinnerungen im Langzeitgedächtnis verfestigt und dauerhaft gespeichert werden. Dabei werden die Gedächtnisinhalte im Neokortex verfestigt und unabhängig vom Hippokampus. Schönauer vermutet, dass eine sich wiederholende Aktivierung neuronaler Netzwerke im Neokortex eine entscheidende Rolle spielt, beispielsweise durch wiederholtes Lernen im Wachzustand oder durch Reaktivierung im Schlaf. Sie untersucht, wie Gedächtnisabruf, Lernen mit zeitlichen Abständen und Schlaf diesen Prozess beeinflussen.

Die Grundlagen des Gedächtnisses

Das Gedächtnis wird als die Fähigkeit definiert, Informationen zu speichern und abzurufen, sei es aus der Vergangenheit oder über neu erworbene Kenntnisse. Es kann in verschiedene Kategorien unterteilt werden, darunter das sensorische Gedächtnis, das kurzzeitige Gedächtnis und das langfristige Gedächtnis.

• Sensorisches Gedächtnis: Sehr kurzfristige Speicherung von Sinnesinformationen, oft nur für Hundertstelsekunden, um eine kontinuierliche Wahrnehmung zu gewährleisten.
• Kurzzeitgedächtnis: Halten von Informationen für eine begrenzte Zeit, oft nur wenige Sekunden bis Minuten, um aktive Nutzung und Bearbeitung zu ermöglichen.
• Langzeitgedächtnis: Speicherung von Informationen über längere Zeiträume, oft jahrelang, durch Prozesse wie Konsolidierung und Wiederholung.

Das Langzeitgedächtnis umfasst zwei Haupttypen: das deklarative (explizite) Gedächtnis, das für Fakten und Ereignisse verantwortlich ist, und das prozedurale (implizite) Gedächtnis, das für Fähigkeiten und Gewohnheiten steht.

Modelle des Gedächtnisses

Im Laufe der Zeit haben sich verschiedene Modelle entwickelt, um die Funktionsweise des Gedächtnisses zu erklären. Diese Modelle dienen als Rahmen, um komplexe Gedächtnisprozesse zu entschlüsseln.

• Mehrspeichermodell: Dieses Modell teilt das Gedächtnis in drei Hauptspeicher: sensorisches, Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis. Es bietet einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Phasen der Informationsspeicherung.
• Arbeitsgedächtnismodell: Konzipiert von Baddeley und Hitch, beschreibt es ein dynamisches System zur kurzfristigen Informationsverarbeitung, das für kognitive Aufgaben wie Problemlösen entscheidend ist.

Methoden der Gedächtnisforschung

In der Gedächtnisforschung werden verschiedene Methoden eingesetzt, um die Struktur und Funktion des Gedächtnisses zu untersuchen.

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• Experimentelle Methoden: Strenge wissenschaftliche Experimente, die oft unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt werden, um Hypothesen über Gedächtnisprozesse zu testen.
• Neuropsychologische Ansätze: Untersuchung von Gedächtnisverlust und -veränderungen bei Patienten mit Hirnschädigungen zur Gewinnung von Erkenntnissen über die Funktionalität des Gehirns.
• Bildgebende Verfahren: Nutzung von Technologien wie MRT und EEG, um die Gehirnaktivität während Gedächtnisprozessen sichtbar zu machen.

Der Einfluss von Emotionen auf das Gedächtnis

Emotionale Ereignisse werden oft besser erinnert. Studien zeigen, dass der amygdala-gesteuerte emotionale Einfluss die Konsolidierungsprozesse im Gedächtnis verstärken kann, was zu stärkeren und langlebigeren Erinnerungen führt. Diese Erkenntnisse werden genutzt, um psychologische Therapien zu entwickeln, die sich mit traumatischen Erinnerungen beschäftigen.

Trauma und Gedächtnis

Besonders belastende Ereignisse werden in unserem Gehirn anders gespeichert. 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. 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.

Beispiele aus der Gedächtnisforschung

Es gibt zahlreiche berühmte Experimente und Studien, die zum Verständnis des Gedächtnisses beigetragen haben:

• Pavlovs Hunde: Obwohl es sich nicht direkt um ein Gedächtnisexperiment handelt, veranschaulicht es, wie assoziatives Lernen im Gedächtnis verankert wird.
• Ebbinghaus' Vergessenskurve: Demonstriert, wie sich die Rate des Vergessens von neuen Informationen über die Zeit verändert.
• Loftus and Palmer's Studie zu Verkehrsunfällen: Zeigt, wie formulierte Fragen die gespeicherten Erinnerungen an ein Ereignis beeinflussen können.

Ein klassisches Beispiel ist das Experiment des 'Gedächtnisspannels' von George A. Miller, das zeigte, dass Menschen im Durchschnitt 7 ± 2 Informationseinheiten im Kurzzeitgedächtnis halten können.

Schlaf und Gedächtnis

Schlaf spielt eine entscheidende Rolle bei der Gedächtnisbildung, indem er ermöglicht, Informationen vom Kurz- ins Langzeitgedächtnis zu konsolidieren. Besonders der Tiefschlaf trägt dazu bei, dass wir Erinnerungen und erlernte Fähigkeiten besser abrufen können.

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Tipps und Tricks zur Verbesserung des Gedächtnisses

Jeder vergisst mal etwas. Der Grund: Ohne einen Mechanismus zum Vergessen könnten wir unnötige Informationen nicht ausfiltern. Um das Gedächtnis zu verbessern, raten die meisten Ärzte zu ein paar grundlegenden Änderungen im Lebensstil. Vor allem genügend Schlaf sei entscheidend. Im Schlaf festige das Gehirn neu Gelerntes und speichere es als Langzeiterinnerung, so Michael Hasselmo, Neurowissenschaftler an der Boston University. Wer trotzdem Schwierigkeiten hat, kann selbst etwas tun.

Bedeutung und Kontext schaffen

„Wenn man etwas neu lernt, verknüpft das Gehirn diese Informationen mit bereits vorhandenem Wissen“, sagt Charan Ranganath. Darum sei es am einfachsten, sich etwas zu merken, indem man ihm eine Bedeutung zumisst. Bedeutung heißt in diesem Fall: Die Informationen passen zu vorhandenem Vorwissen, sie ergeben in einem bestimmten Kontext Sinn oder sie haben eine persönliche Verbindung zur betroffenen Person. Studien zeigen zum Beispiel, dass Menschen neue Vokabeln leichter lernen, wenn sie sie in ihren eigenen Worten ausdrücken.

Wenn etwas keine direkte Bedeutung hat - etwa eine Liste mit Zahlen oder Daten - kann es helfen, eine künstliche Bedeutung zu schaffen. Darum geht es bei Mnemotechniken: Das Verwenden von Abkürzungen, Reimen, Alliterationen oder Liedern. „Wenn Sie zum Beispiel jemanden namens Neil treffen, der eine große Nase oder ein anderes auffälliges Merkmal hat“, sagt Ranganath. Bilder oder interessante Geschichten können ebenfalls dabei helfen, Informationen bedeutungsvoller erscheinen zu lassen. Möchte man sich beispielsweise die Reihenfolge der Planeten im Sonnensystem merken, kann folgender Satz mit den passenden Anfangsbuchstaben helfen: „Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.“ (Merkur-Venus-Erde-Mars-Jupiter-Saturn-Uranus-Neptun).

Spaced Repetition

Beim Büffeln für eine Prüfung hilft Studien zufolge eine Verteilung des Stoffs auf mehrere Sitzungen in zeitlichem Abstand. Die Technik heißt Spaced Repetition („verteilte Wiederholung“). Viele Eltern und Kinder werden sie vom Lernen mit Karteikarten aus der Schule kennen. Dabei wiederholt man Vokabeln oder andere Inhalte in strategischen Intervallen. Die Wiederholungen werden in immer größeren Zeitabständen durchgeführt. Spaced Repetition funktioniere, weil man neue Informationen zuerst im Kurzzeitgedächtnis speichert, erklärt Ranganath. Ein weiterer Vorteil von Spaced Repetition: Es erleichtert später das Abrufen der Informationen. Denn Menschen erinnern sich besser an Dinge im ursprünglichen Kontext. Wenn dieser Kontext fehlt (zum Beispiel der Schreibtisch zuhause), kann das Abrufen schwerfallen. „Indem man das Lernen verteilt, löst man die Erinnerung von einem bestimmten Ort und einer bestimmten Zeit.

Retrieval Practice

Ein anderer Weg, sich etwas richtig einzuprägen, ist die Selbstabfrage: „Strengen Sie sich dabei richtig an!“, empfiehlt Ranganath. Statt den Lernstoff einfach zu wiederholen, sollte man sich selbst Fragen zum Stoff stellen und diese ohne Hilfsmittel beantworten. Dieser Prozess heißt Retrieval Practice. Er hilft, das Gelernte zu festigen, wie Studien zeigen. Wer Probleme hat, sich Namen zu merken, könnte sogar einfach mal Namen raten, bevor er den richtigen Namen einer Person überhaupt erfährt.

Produktionseffekt

Studien zeigen, dass lautes Lesen oder sogar das Singen von Wörtern dabei hilft, das Erinnern zu verbessern. Dieses Phänomen nennt man „Produktionseffekt“. Der Vorteil könnte in diesem Fall daran liegen, dass das laute Sprechen mehr Sinneskanäle aktiviert als das stille Lesen. „Wenn man etwas laut ausspricht, werden Neuronen in den motorischen und auditiven Bereichen des Gehirns aktiv“, sagt Neurowissenschaftler Hasselmo. Allerdings, warnt der Wissenschaftler, sei der „Produktionseffekt“ für langfristige Erinnerungen möglicherweise nicht so wirksam. Hier seien andere Methoden besser geeignet, etwa Mnemotechniken oder das aktive Abrufen von Wissen. Außerdem zeigt eine Studie aus dem Januar 2024, dass lautes Lesen zwar das Gedächtnis verbessert, nicht aber das Verständnis.

Einbeziehung der Sinne

Zusätzlich zum lauten Lesen kann es hilfreich sein, auch die anderen Sinne einzubeziehen. So bleiben lebendige Erinnerungen an ein Erlebnis erhalten. „Ein Beispiel ist das Verlegen von Schlüsseln“, sagt Ranganath. „Um sie wiederzufinden, muss sich das Erinnerungsvermögen mit allen anderen Momenten auseinandersetzen, in denen Sie ihre Schlüssel irgendwo abgelegt haben.“ Doch es gibt Abhilfe. Beim nächsten Ablegen des Schlüssels sollte man bewusst auf besondere Eindrücke wie Bilder, Geräusche oder Gerüche achten. Michael Hasselmo erklärt, dass Erinnerungen stärker werden, wenn sie in verschiedenen Bereichen des Gehirns verankert sind. Wer sich beim Lernen auf Sinneseindrücke konzentriert, aktiviert mehr Gehirnareale und verteilt die Erinnerungen weiter.

Der Gedächtnispalast (Loci-Methode)

Der Gedächtnispalast, auch Loci-Routen-Methode genannt, ist eine alte Mnemotechnik. Studien zeigen, dass sie das Behalten und Abrufen von Informationen verbessern kann. Gedächtnissportler nutzen sie, um sich zum Beispiel Zehntausende Nachkommastellen der Kreiszahl Pi zu merken. So funktioniert sie: Zunächst stellt man sich einen vertrauten Ort vor, zum Beispiel das eigene Zuhause. Während man in Gedanken durch die Räume geht, verknüpft man jede Information mit einem bestimmten Ort. Ein Beispiel: Um sich eine Einkaufsliste mit Bananen, Spargel und Eiswürfeln zu merken, stellt man sich bildhaft vor, eine Banane an den Türrahmen zu werfen, Spargel auf die Treppe zu legen und einen Haufen Eiswürfel ins Bett zu schütten. Der Gedächtnispalast funktioniert, weil er neue Informationen mit bereits fest verankerten Bildern verknüpft, erläutert Hasselmo. Forscher vermuten, dass dieselben Gehirnbereiche, vor allem der Hippocampus, sowohl für Erinnerungen als auch für die Orientierung zuständig sind. Wissenschaftlich eindeutig belegt ist die Wirksamkeit der Loci-Methode jedoch nicht. Einige Wissenschaftler halten sie für nicht effizienter als andere Gedächtnistechniken. „Es ist nur eine Möglichkeit, etwas mit Bedeutung zu versehen. Es ordnet die nötigen Informationen“, sagt Ranganath.

Bewusste Erinnerung an wichtige Ereignisse

Viele Menschen wollen sich weniger an Fakten und Details erinnern, sondern an wichtige Ereignisse in ihrem Leben. In solchen Fällen empfiehlt Ranganath daher, sich vorab zu überlegen, was von einem wichtigen Erlebnis in Erinnerung bleiben soll. „Oft gehen Menschen auf eine Party und glauben, dass sie die Erinnerungen daran einfach so abspeichern. Aber so funktioniert das nicht“, sagt Ranganath.

Weitere Tipps für ein gesundes Gedächtnis

• Ausgewogene Ernährung: Eine ausgewogene Ernährung, reich an Omega-3-Fettsäuren, Antioxidantien und Vitaminen, kann die Gehirnfunktion unterstützen und das Gedächtnis verbessern. Lebensmittel wie Fisch, Nüsse, Beeren und grünes Blattgemüse fördern die kognitive Gesundheit. Zucker- und fettreiche Ernährung hingegen kann das Gedächtnis beeinträchtigen.
• Regelmäßige Bewegung: Viel Bewegung, ausreichend Schlaf und eine gesunde Ernährung schützen vor Demenzerkrankungen und vor Vergessen, da sie für eine bessere Durchblutung des Gehirns sorgen.
• Geistige Anregung: Eine Umgebung mit viel Anregung hält das Gedächtnis jung. Neurowissenschaftler vermuten, dass es ähnlich wirkt, wenn wir immer wieder Neues lernen.

Gedächtnis und Technologie

Die Entwicklung von Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) bietet neue Möglichkeiten zur Unterstützung von Menschen mit körperlichen Einschränkungen. Gelähmte Menschen können mit BCIs Roboterarme steuern oder Computer bedienen. Elon Musk arbeitet intensiv an der Entwicklung von BCIs, die eines Tages möglicherweise auch zur Verbesserung des Gedächtnisses eingesetzt werden könnten. Allerdings sind diese Entwicklungen noch nicht alltagstauglich und mit Risiken verbunden.

Es gibt auch nicht-medizinische BCIs zur Fitnesssteigerung, zum Abbau von Stress oder als Hilfe gegen Konzentrationsprobleme. Diese BCIs arbeiten mit Gehirnströmen oder senden elektrische Impulse. Die Neurofeedback-Methode kann beispielsweise bei ADHS eine bessere Konzentration fördern.

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