Gedächtnis und Gehirn: Ein komplexes Zusammenspiel

Das menschliche Gedächtnis ist ein faszinierendes und komplexes System, das es uns ermöglicht, Erfahrungen zu speichern, Wissen zu erwerben und uns an Ereignisse aus unserer Vergangenheit zu erinnern. Diese Fähigkeit ist eng mit der Funktionsweise unseres Gehirns verbunden, einem hochkomplexen Organ, das aus Milliarden von Nervenzellen besteht, die miteinander kommunizieren. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Aspekte des Gedächtnisses und seine Verbindung zum Gehirn, von den grundlegenden Prozessen der Gedächtnisbildung bis hin zu den Faktoren, die unsere Erinnerungsfähigkeit beeinflussen können.

Die neuronalen Grundlagen des Gedächtnisses

Unser Gehirn besteht aus etwa 86 Milliarden Nervenzellen (Neuronen), die über Synapsen miteinander verbunden sind. Diese Synapsen sind spezialisierte Verbindungen, die Signale elektrochemisch umwandeln und weiterleiten. Das Lernen basiert auf der Verstärkung bestimmter Synapsen, an denen die Signalübertragung durch biochemische und strukturelle Modifikationen erleichtert wird. Dieser Prozess wird als Langzeitpotenzierung und synaptische Plastizität bezeichnet. Plastische Synapsen verändern ihre Struktur und ihre Übertragungseigenschaften, was die Grundlage für Lern- und Gedächtnisprozesse bildet. Beim Lernen können sich neue Synapsen bilden, während nicht mehr gebrauchte Synapsen abgebaut werden.

Die verschiedenen Arten des Gedächtnisses

Das Gedächtnis lässt sich nach der Dauer der Informationsspeicherung in drei Hauptbereiche einteilen:

Sensorisches Gedächtnis (Ultrakurzzeitgedächtnis)

Das sensorische Gedächtnis ist der erste Schritt bei der Verarbeitung von Informationen. Es speichert sensorische Informationen wie Gerüche, Töne oder Bilder für Millisekunden bis Sekunden. Dieser Prozess läuft unbewusst ab. Nicht jeden Reiz, den unsere Sinne aufnehmen, nehmen wir auch bewusst wahr. Die Reize werden kurz zwischengespeichert und, wenn sie wichtig sind, an das Kurzzeitgedächtnis weitergegeben. Die einfließende Information wird vor Bewusstwerden gefiltert, so dass wir nicht von Reizen überflutet werden.

Kurzzeitgedächtnis (Arbeitsgedächtnis)

Das Kurzzeitgedächtnis (KZG) ist der erste bewusste Teil des Gedächtnisses. Es erhält einkommende Informationen aus dem sensorischen Gedächtnis. Dieser Teil des Gedächtnisses ist ein Zwischenspeicher für Informationen, die nachfolgend aufrechterhalten, manipuliert, weiterverarbeitet werden oder auch verloren gehen. Das Kurzzeitgedächtnis hat eine eingeschränkte Kapazität; sie ist auf ca. 5 - 9 Informationseinheiten beschränkt, die gleichzeitig gehalten werden können. Diese können im zeitlichen Rahmen von wenigen Sekunden bis Minuten fortbestehen.

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Eine wichtige Rolle für die Aufrechterhaltung von Informationen im KZG spielt die Aufmerksamkeit. So reagiert es empfindlich auf Störungen wie Geräusche. Werden Erinnerungen im KZG aufrechterhalten oder manipuliert, so spricht man vom Arbeitsgedächtnis. Eine Manipulation kann z.B. Kopfrechnen sein, da man die einzelnen Komponenten der Rechenaufgabe verbinden muss (2 + 5 = 7).

Das Arbeitsgedächtnis ist untergliedert in verschiedene Untersysteme:

• Phonologische Schleife: Für die zeitlich begrenzte Speicherung von verbaler Erinnerung innerhalb des Arbeitsgedächtnisses zuständig.
• Räumlich-visueller Notizblock: Der geistige Zwischenspeicher im Arbeitsgedächtnis für visuelle und räumliche Informationen.
• Zentrale Exekutive: Eine Art Kontrollinstanz für die phonologische Schleife und den räumlich-visuellen Notizblock. Sie filtert die eingehenden Informationen aus dem sensorischen Gedächtnis nach ihrer Wichtigkeit.

Langzeitgedächtnis

Das Langzeitgedächtnis (LZG) ist unser Speicher für alles, was wir bisher erlebt haben und alles, was wir im bisherigen Leben gelernt haben. Das Langzeitgedächtnis bildet für jeden Mensch das Tor zu seinen Erlebnissen, dem Wissen, das man im Laufe des Lebens erwirbt und zu den Fähigkeiten und Fertigkeiten, die man lernt. Unterteilt wird das Langzeitgedächtnis in das deklarative und das non-deklarative Gedächtnis.

Deklaratives Gedächtnis (explizites Gedächtnis)

Im deklarativen Gedächtnis werden Erinnerungen gespeichert, die bewusst zugänglich sind und mit Worten beschrieben werden können; wie selbsterlebte Ereignisse und Faktenwissen. Es wird unterteilt in das episodische und das semantische Gedächtnis.

• Episodisches Gedächtnis: Speichert Erinnerungen an autobiographische Ereignisse. Dazu zählen Situationen, die man selbst erlebt hat, über die man dadurch ein hohes Detailwissen hat und meist Auskunft über Orte und Zeitangaben geben kann.
• Semantisches Gedächtnis: Hierzu gehört das Wissen über Begriffe, Objekte und Tatsachen. So wissen wir, dass Berlin die Hauptstadt von Deutschland ist und eine reife Banane gelb ist. Fakten sind meist ohne Rahmenbedingungen gespeichert; das heißt, wir wissen nicht mehr, wann und wo wir dies gelernt haben.

Non-deklaratives Gedächtnis (implizites Gedächtnis)

Das non-deklarative Gedächtnis umfasst:

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• Fertigkeiten (prozedurales Gedächtnis): Handlungskompetenzen, die durch Üben verbessert werden können. Sie werden erworben und abgerufen, ohne dass man sich dessen immer bewusst ist.
• Habituation: Ein Gewöhnungsprozess. Durch wiederholte Darbietung eines Reizes nimmt das Verhalten ab, das man ursprünglich auf den Reiz gezeigt hat.
• Priming: Eine vorangehende Reizdarbietung verbessert die Fähigkeit, diesen Reiz wiederzuerkennen.
• Klassische Konditionierung: Ein neutraler Reiz wird mit einem Reiz gekoppelt, der ein bestimmtes Verhalten auslöst. Das Verhalten soll nach der Konditionierung durch den neutralen Reiz ausgeführt werden.
• Operante Konditionierung: Organismen lernen, bestimmte Verhaltensweisen zu zeigen oder nicht mehr zu zeigen, um positive Konsequenzen zu erreichen oder negativen Konsequenzen zu entgehen.

Prozesse der Gedächtnisbildung

Enkodierung

Die Enkodierung ist die die Übersetzung der Informationen aus der Außenwelt (oder des Körpers) in einen neuronalen Code, so dass das Gehirn diese Informationen lesen kann. Informationen werden besser gespeichert, wenn sie bedeutungsvoll sind. Wenn wir ein Wort, welches gelernt werden soll, in eine Geschichte einbetten, so kann es später besser abgerufen werden. Außerdem hilft es, neue Informationen mit bereits gelerntem Wissen zu verknüpfen, um es leichter abrufen zu können. Vor allem wenn man es mit selbstbezogenem Wissen verknüpft oder über die Bedeutung der zu lernenden Information nachdenkt, ist dies effektiver, als stumpfes Wiederholen. Weiterhin verbessert sich der Abruf, wenn die Rahmenbedingungen beim Lernen dieselben sind wie beim Abruf.

Konsolidierung

Unter Konsolidierung versteht man Prozesse im Gehirn, die zu einer dauerhaften Speicherung von Informationen führen. Dabei werden die Verbindungen zwischen den Nervenzellen, die die zu einer Episode gehörenden Informationen verarbeiten, verstärkt. Dadurch bilden sich Netzwerke von Nervenzellen aus, welche die zu einer Erinnerung gehörenden Informationen gespeichert haben. Bei der Konsolidierungsphase handelt es sich um ein Zeitintervall, in dem neue Erinnerungen ungeschützt sind und leicht verloren gehen können. Weiter zurückliegende Erinnerungen sind relativ stabil und schwer zu beeinträchtigen, neuere Erinnerungen sind anfälliger für Störungen.

Abruf

Der Abruf von gespeicherten Informationen aus dem Gedächtnis kann bewusst oder unbewusst geschehen. Wird man nach der Hauptstadt von Frankreich gefragt und antwortet „Paris“, so ist das ein bewusster Abruf. Kommt man jedoch auf einen Hinweisreiz wie ein Bild des Eifelturms auf den Gedanken an Paris, so ist das ein unbewusster Abruf.

Gehirnregionen und ihre Rolle im Gedächtnis

Verschiedene Gehirnregionen spielen eine wichtige Rolle bei unterschiedlichen Aspekten des Gedächtnisses:

• Hippocampus: Eine zentrale Schaltstelle für viele Gedächtnisinhalte, insbesondere für die Bildung neuer episodischer Erinnerungen.
• Amygdala: Beteiligt an der Verarbeitung von Emotionen und der Speicherung emotionaler Erinnerungen.
• Großhirnrinde (Neokortex): Verantwortlich für die langfristige Speicherung von Informationen und die Verarbeitung komplexer kognitiver Funktionen.
• Ventrales Striatum: Die Hauptregion des Gehirns, die für die Vorhersage von Belohnungsfehlern zuständig ist.
• Dorsomedialer präfrontaler Kortex: Beteiligt an der Speicherung von Erinnerungen an einzelne Personen.

Faktoren, die das Gedächtnis beeinflussen

Viele Faktoren können unsere Gedächtnisleistung beeinflussen, darunter:

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• Alter: Mit zunehmendem Alter lassen Gedächtnis und Konzentration häufig nach.
• Stress und Angst: Können das Kurzzeitgedächtnis beeinträchtigen.
• Schlaf: Spielt eine wichtige Rolle bei der Konsolidierung von Erinnerungen.
• Ernährung: Eine ausgewogene Ernährung mit ausreichend Nährstoffen ist wichtig für die Gesundheit des Gehirns und die Gedächtnisleistung.
• Soziale Interaktionen: Soziale Interaktionen verstärken die Gedächtnisbildung, insbesondere wenn sie dem Lernen vorausgehen.
• Vorstellungskraft: Allein die Vorstellung einer positiven Begegnung mit jemandem kann dazu führen, dass man diese Person mehr mag und wie Informationen über diese Person im Gehirn gespeichert werden.
• Körperliche Aktivität: Bereits leichte körperliche Aktivität kann sich positiv auf das Gehirn auswirken und die Gedächtnisleistung verbessern.

Soziale Interaktion und Gedächtnis

Soziale Interaktionen stärken nicht nur das Wohlbefinden, sondern auch unser Gedächtnis. Die Idee, dass wir Ereignisse langfristiger abspeichern, wenn sie mit sozialen Begegnungen verknüpft sind, ist nicht neu. Soziale Reize aktivieren ein kleines, oft übersehenes Areal in unserem Gehirn, genannt CA2. Diese Region steht in direktem Kontakt zu anderen Bereichen des Hippocampus, unserer Gedächtnis-Schaltzentrale.

Eine Studie an Mäusen zeigte, dass Mäuse, die zuvor eine neue Maus kennengelernt hatten, sich deutlich besser an eine Aufgabe erinnerten als Mäuse, die eine Bekannte getroffen hatten. Um zu untersuchen, welche Rolle das Hirnareal CA2 dabei spielt, schaltete das Team vorübergehend die Neuronen dieser Region chemisch ab. Ergebnis: Mäuse mit blockierten CA2-Neuronen profitierten nicht vom gedächtnisstärkenden Effekt sozialer Interaktion.

Die Ergebnisse weisen dennoch darauf hin, dass sozialer Austausch unsere Gedächtnisbildung verstärken kann, vor allem, wenn er dem Lernen vorausgeht. Das unterstreicht, wie sinnvoll Lerngruppen oder Diskussionen für die Festigung von Wissen sein können.

Vorstellungskraft und Gedächtnis

Eine neue Studie der Universität von Colorado Boulder (CU Boulder) und des MPI CBS zeigt, dass allein die Vorstellung einer positiven Begegnung mit jemandem dazu führen kann, dass man diese Person mehr mag. Dieses wird durch die Aktivierung von Gehirnregionen ermöglicht, die für das Lernen und die Präferenzbildung zuständig sind.

Die Studie liefert einige der bislang überzeugendsten Belege dafür, dass lebhafte Vorstellungen konkrete Auswirkungen auf das Nervensystem und das Verhalten haben können. Die Ergebnisse könnten potentiell neue Wege zur Behandlung psychischer Probleme, zur Verbesserung von Beziehungen und sogar zur Steigerung der sportlichen und musikalischen Leistungsfähigkeit aufzeigen.

Um zu testen, ob eine imaginäre Begegnung denselben Mechanismus im Gehirn in Gang setzen würde, baten die Forschenden die Studienteilnehmer, 30 ihnen bekannte Personen aufzulisten und sie nach ihrer Beliebtheit zu ordnen.

In einem funktionellen Magnetresonanztomographen (fMRT) wurden den Teilnehmern die Namen derjenigen Personen gezeigt, die sie als neutral eingestuft hatten. Sie wurden angewiesen, sich 8 Sekunden lang entweder eine positive Erfahrung mit dieser Person (z. B. ein Eis mit ihr an einem heißen Tag) oder eine negative Erfahrung (z. B. dass sie sich ihr Fahrrad ausgeliehen und es kaputt zurückgebracht haben) lebhaft vorzustellen.

Die Teilnehmer entwickelten eine Vorliebe für die Personen, mit denen sie mehr positive imaginäre Erlebnisse hatten, und gaben in einem anschließenden Test an, dass sie diese Personen mehr mochten. Bemerkenswert ist, dass sich die Art und Weise, wie sie zu dieser Präferenz gelangten, deutlich in ihren Gehirnscans zeigte: Das ventrale Striatum (die Hauptregion des Gehirns, die für die Vorhersage von Belohnungsfehlern zuständig ist) leuchtete während der Vorstellung stärker auf, wenn die Teilnehmer eine unerwartet positive Erfahrung machten und somit einen stärkeren Vorhersagefehler erlebten. Diese Region arbeitete mit dem dorsomedialen präfrontalen Kortex zusammen, der an der Speicherung von Erinnerungen an einzelne Personen beteiligt ist.

Gedächtnistraining und Prävention

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das Gedächtnis zu trainieren und seine Leistungsfähigkeit zu erhalten oder zu verbessern:

• Gedächtnisübungen: Regelmäßiges Training mit Gedächtnisübungen kann die kognitiven Fähigkeiten verbessern.
• Mnemotechniken: Die Anwendung von Mnemotechniken wie Eselsbrücken kann das Einprägen von Informationen erleichtern.
• Körperliche Aktivität: Regelmäßige Bewegung fördert die Durchblutung des Gehirns und kann die Gedächtnisleistung verbessern.
• Soziale Interaktion: Der Austausch mit anderen Menschen kann das Gedächtnis stimulieren und die geistige Fitness erhalten.
• Gesunde Ernährung: Eine ausgewogene Ernährung mit ausreichend Vitaminen und Mineralstoffen ist wichtig für die Gesundheit des Gehirns.
• Ausreichend Schlaf: Schlaf spielt eine wichtige Rolle bei der Konsolidierung von Erinnerungen.

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