Das menschliche Gehirn ist ein komplexes Organ, das ständiger Stimulation bedarf, um optimal zu funktionieren. Aktuelle Studien liefern wichtige Erkenntnisse darüber, wie verschiedene Faktoren wie Nervenbotenstoffe, Lärm, Stille und digitale Medien die Gehirnaktivität und die kognitiven Fähigkeiten beeinflussen.
Die Rolle von Noradrenalin und Dopamin bei altersbedingtem Gedächtnisverlust
Forschende des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung und der University of Southern California haben herausgefunden, dass die Nervenbotenstoffe Noradrenalin und Dopamin unterschiedlich an altersbedingten Gedächtniseinschränkungen beteiligt sind. Eines der ersten Anzeichen für das mögliche spätere Auftreten einer Alzheimer-Demenz ist die Ansammlung abnormer Tau-Proteine im Gehirn, die sich bereits ab einem Alter von etwa 30 Jahren feststellen lassen. Abnormes Tau bildet sich zunächst in kleinen Kernen (Zellansammlungen) im Hirnstamm, die Nervenbotenstoffe produzieren, unter anderem die Botenstoffe Dopamin und Noradrenalin. Solche Nervenbotenstoffe sorgen für die Stabilisierung synaptischer Veränderungen in gedächtnisrelevanten Hirnarealen und tragen so dazu bei, dass wir Erinnerungen dauerhaft behalten können. Mit zunehmendem Alter breiten sich Tau-Proteine von diesen Hirnkernen auf gedächtnisrelevante Hirnareale aus und die Dopamin- und Noradrenalin-produzierenden Zellen sterben ab. Das führt wiederum zu altersbedingten kognitiven Beeinträchtigungen. Die Ergebnisse dieser Studie wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Aging veröffentlicht.
Mithilfe der Magnetresonanztomografie (MRT) konnten die Forschenden zeigen, dass Veränderungen in Hirnregionen, die primär Noradrenalin produzieren, mit dem episodischen Gedächtnis zusammenhingen. Das bedeutet, dass sie Einfluss auf die Fähigkeit haben, sich Ereignisse zu merken und sich über längere Zeiträume an sie zu erinnern. Hingegen waren Veränderungen in Regionen, in denen vor allem der Botenstoff Dopamin gebildet wird, mit dem Arbeitsgedächtnis verknüpft, das heißt, mit der Fähigkeit, Informationen über kürzere Zeit zu bearbeiten und zu behalten.
„Das Ziel unserer Studie bestand darin, das Wissen über die jeweilige Rolle der dopaminergen und noradrenergen Hirnkerne bei Gedächtnisverlusten im höheren Lebensalter zu erweitern, da diese Regionen entscheidend an der Entwicklung der Alzheimer-Demenz beteiligt sind“, sagt Studienleiter Martin Dahl. Die Forschenden griffen auf Daten der Berliner Altersstudie II (BASE-II) zurück - einer laufenden Längsschnittstudie, die die neuronalen, kognitiven, physischen und sozialen Bedingungen des erfolgreichen Alterns untersucht. Sie werteten die MRT-Bilder von 69 jüngeren Teilnehmenden im Alter von 25 bis 40 Jahren und 251 älteren Teilnehmenden im Alter von 62 bis 83 Jahren aus. Zusätzlich nutzten die Forschenden die Ergebnisse von Kognitionstests, die zu mehreren Zeitpunkten erhoben wurden und Aussagen über die Entwicklung des Arbeits- und episodischen Gedächtnisses sowie der Intelligenz im Zeitverlauf zulassen. „In der vorliegenden Studie nutzten wir neue bildgebende Verfahren, um die Rolle der abnehmender dopaminerger und noradrenerger Botenstoffe zur alternden Kognition zu entschlüsseln.
Die Auswirkungen von Lärm und Stille auf das Gehirn
Im Alltag sind wir häufig einer Dauerbeschallung ausgesetzt. Ob Musik beim Einkaufen, brummende Elektrogeräte oder Autolärm - unser Gehirn reagiert prompt auf Geräusche, und das sogar im Schlaf, wenn das Bewusstsein pausiert. Ungewohnter oder potenziell belastender Lärm aktiviert die Amygdala - ein Kerngebiet tief im Schläfenlappen, das bei Angst und anderen negativen Emotionen »anspringt«. Über die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse wird schließlich das Stresssystem des Körpers eingeschaltet, das große Mengen Kortisol ins Blut schwemmt. Das Hormon signalisiert dem Körper: Achtung, Gefahr droht! Kurzfristig steigert das unsere Leistungsfähigkeit; der Blutdruck steigt, das Herz schlägt schneller, und unsere Muskeln spannen sich an. Doch auf Dauer kann dieser Zustand den Organismus schädigen. In einem Bericht von 2001 bezeichnete die WHO die zunehmende Lärmverschmutzung gar als »moderne Plage«.
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Hirnforscher haben jedoch auch den Nutzen akustischer Auszeiten entdeckt. Luciano Bernardi und sein Team von der Universität Pavia in Italien wollten herausfinden, welche Arten von Musik unserem Herz-Kreislauf-System guttun. Sie spielten ihren Versuchspersonen Musikstücke in sechs verschiedenen Stilen vor, von Beethoven über Techno bis hin zu den Red Hot Chili Peppers, während sie unter anderem Atmung, Blutdruck und Herzschlag maßen. Mitten in jedem Stück wurde - als Kontrollbedingung - eine zweiminütige Pause eingelegt, während der die Teilnehmer nichts hörten. Alle Musikstücke ließen die drei genannten Messgrößen über die vor Beginn des Experiments erhobenen Werte (Baseline) ansteigen, wobei die schnelle Musik sie besonders in die Höhe trieb. Das Überraschende: Während der kurzen Pausen fielen die Werte oft sogar noch unter die Baseline. Die Musikstücke hatten offenbar die Wirkung der darauf folgenden Stille verstärkt. Die Versuchspersonen wurden quasi vom aufmerksamen Zuhören erlöst und konnten nun umso mehr entspannen.
Zeiten ohne akustischen Input sind zu einer wertvollen Ressource geworden, für die immer mehr Menschen bereit sind zu zahlen. Sei es für Meditations-Camps im Wald, Stille-Retreats oder für geräuschreduzierende Kopfhörer, auch als Noise-Cancelling Headphones bekannt. Manche Klöster laden regelmäßig zu einem »stillen Wochenende« ein, an dem drei Tage lang geschwiegen wird.
Gerd Kempermann vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen in Dresden fand bei Experimenten an Mäusen erste Hinweise darauf, was im Gehirn passiert, wenn wir längere Zeit abgeschirmt sind vom Tumult des Alltags. Die Forscherinnen und Forscher wollten wissen, ob bestimmte Geräusche das Nervenzellwachstum im Hippocampus erwachsener Labormäuse anregen. Deshalb teilten sie die Nager in Zehnergruppen auf und setzten sie für jeweils zwei Stunden pro Tag unterschiedlichen Geräuschkulissen aus. Die eine Gruppe hörte konstantes Rauschen, die andere Mozart-Musik und eine dritte die Rufe von Jungtieren. Eine weitere Fraktion lauschte dem üblichen Geraschel des Laborstalls, und eine letzte befand sich in absoluter Stille. Zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmten die Wissenschaftler die Anzahl neuer Nervenzellen. Verglichen mit der gewohnten Geräuschkulisse stimulierten fast alle Bedingungen bereits nach einem Tag die Neurogenese im Hippocampus. Nur das Rauschen zeigte keinerlei Effekt. Nach sieben Tagen wiesen jedoch nur noch diejenigen Mäuse mehr neue Nervenzellen auf, die zwei Stunden pro Tag von jeglichen Geräuschen abgeschirmt waren. Die entstandenen Vorläuferzellen konnten sich also nur zu funktionsfähigen Neuronen ausdifferenzieren, wenn die Tiere regelmäßig längerer Stille ausgesetzt waren.
Sobald ein neues Geräusch ertönt - etwa das Rauschen der Dunstabzugshaube -, beginnt ein neuronales Netzwerk in der Hörrinde des Gehirns zu feuern. Bleibt der akustische Input eine Weile konstant, verstummen die Zellen allmählich, denn es gibt nichts Neues zu vermelden. Der Neurowissenschaftler Michael Wehr und sein Team von der University of Oregon in Eugene testeten an Laborratten, was passiert, wenn das Geräusch abklingt. Die Forscher spielten den Tieren Töne vor und maßen währenddessen die Aktivität einzelner Nervenzellen in der Hörrinde. Dabei stellten sie fest, dass beim Verstummen eines Tons eine andere Gruppe von Synapsen aktiv wird als zu dessen Beginn. Offenbar beherbergt das Gehirn ein auf Stille spezialisiertes neuronales Netzwerk, das immer dann feuert, wenn plötzlich Ruhe einkehrt. Es vermittelt womöglich den besonders intensiven Eindruck, der uns ereilt, wenn die Dauerbeschallung pausiert.
Das Ruhezustandsnetzwerk und die Bedeutung des Tagträumens
Auch ohne akustischen Input herrscht allerdings selten Ruhe unter der Schädeldecke. Hören wir nichts, generiert das Gehirn oft selbst Gedanken an Töne oder gesprochene Sätze. Das Gedächtnis erzeugt imaginäre Klänge, die als Ohrwurm bisweilen sogar ähnlich nerven wie eine Single-CD in Endlosschleife. Der Neurologe Marcus Raichle von der Washington University in St. Louis entdeckte mit seinem Team den Ursprung unseres Kopfkinos: das so genannte Default Mode Network oder Ruhezustandsnetzwerk. Diese Gruppe von Hirnregionen wird immer dann aktiv, wenn wir nichts tun und unsere Gedanken schweifen lassen. Sobald wir uns wieder einer Aufgabe zuwenden, verstummen die beteiligten Nervenzellen. Sie befinden sich in Bereichen des präfrontalen Kortex, im posterioren zingulären Kortex, im mittleren Schläfenlappen sowie im oberen Teil des Scheitellappens.
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Seinen Gedanken hin und wieder freien Lauf zu lassen, fördert beispielsweise den Einfallsreichtum. Wer regelmäßig tagträumt, soll zudem kognitiv flexibler sein und Probleme leichter lösen können. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig entdeckten 2016, dass diese Art des mentalen Treibenlassens mit bestimmten Hirnveränderungen einhergeht. »Bei Menschen, die häufig gewollt ihren Gedanken nachhängen, ist der Kortex in Bereichen des Stirnhirns dicker ausgebildet«, erklärt Johannes Golchert, Doktorand am Leipziger Institut und Erstautor der Studie. Diese Region ist besonders wichtig für die Kontrolle des eigenen Handelns.
Die Auswirkungen digitaler Medien auf das Gehirn
Der Einfluss digitaler Medien auf unser Gehirn ist ein viel diskutiertes Thema. Einerseits bieten sie uns unzählige Möglichkeiten, Informationen zu sammeln, zu kommunizieren und uns zu unterhalten. Andererseits können sie auch negative Auswirkungen auf unsere kognitiven Fähigkeiten, unsere Aufmerksamkeit und unser emotionales Wohlbefinden haben.
Multitasking und Stress
Das menschliche Gehirn kann sich nur auf eine Aufgabe wirklich gut konzentrieren. Das belegen eine schwedische Studie, die 2016 im Fachmagazin "Frontiers in Human Neuroscience" erschienen ist und viele weitere Studien zum Thema Multitasking. Bei der schwedischen Studie mussten die Teilnehmer visuelle Aufgaben wie eine schriftliche Prüfung in ruhiger und in unruhiger Umgebung absolvieren. In dieser Zeit machten die Forscher Aufnahmen der Gehirne. Dabei stellten sie fest: Je komplexer die Aufgabe, desto schwächer fiel die Reaktion des Gehirns auf die Umgebungsgeräusche aus. Versuchen wir also ein Problem zu lösen, drücken wir die zwei anderen Aufgaben, die parallel anstehen, automatisch weg. Das kostet nicht nur Kraft.
Wer ständig zwischen mehreren Aufgaben hin und her jonglieren muss, leistet weniger und ist meistens unzufriedener mit der eigenen Arbeit. Das macht sich auch in der Wirtschaftsbilanz der Unternehmen bemerkbar. Trotzdem hat das Multitasking in vielen Bereichen vor allem durch die Pandemie stark zugenommen. Allein das ständige Hin- und Herswitchen zwischen den digitalen Kommunikationskanälen ermüden das Gehirn. Denn es muss sich jedes Mal auf einen anderen Inhalt konzentrieren und das kostet Zeit und Energie.
Eine Studie, die Microsoft 2021 unter seinen Mitarbeitern durchführte, zeigte, wie sehr sich das Problem durch die Digitalisierung der Arbeitswelt verschärft hat. Um einen Einblick zu bekommen, wie oft die Angestellten während der Videokonferenzen in den Multitasking-Modus fielen, untersuchte der Konzern die Protokolle der Aktivitäten von etwa 100.000 Mitarbeitern in den USA. Die Daten stammten aus dem Zeitraum zwischen Februar und Mai 2020, als Microsoft seine Belegschaft komplett auf Homeoffice umstellte.
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Laut dem 2019 erschienenen Stressreport der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAUA) fühlte sich jeder Dritte der knapp 18.000 Befragten durch Termin- und Leistungsdruck und ständige Unterbrechungen belastet. Jeder Fünfte gab an, unter Multitasking zu leiden, und jeder Siebte sah sich an der Grenze seiner Leistungsfähigkeit. Während der Pandemie dürften die Werte weiter gestiegen sein.
Digitale Medien und die Entwicklung von Kindern
Seit Kurzem kommen die ersten deutlichen Warnungen von Kinderärzten im Hinblick darauf, wie der Smartphone-Gebrauch von Eltern das Bindungs- und Spielverhalten kleiner Kinder beeinflusst. Beides ist die Grundlage für psychische Gesundheit und emotionale, soziale und kognitive Bildung und jede einschneidende Störung hat Folgen für die weitere Entwicklung. Das Jugendamt Frankfurt hat im Rahmen der Frühen Hilfen eine deutschlandweite Kampagne gestartet, mit der Eltern auf diese Gefahren hingewiesen werden. Experten raten dringend, die Gewohnheiten im Umgang mit digitalen Medien im Sinne eines guten Aufwachsens der Kinder so weit wie möglich umzustellen.
Damit Kinder in den ersten zwei Jahren eine sichere Bindung zur primären Bezugsperson aufbauen können, benötigen sie die ungestörte Aufmerksamkeit, den feinfühligen Umgang und die weitgehende Anwesenheit dieser Person. Ist die Aufmerksamkeit der Bezugsperson immer wieder abgezogen durch die vollkommene Konzentration auf ein digitales Medium, reagieren die meisten Kinder verstört darauf. Passiert das häufig und langzeitig, wird das Kind in seiner Entwicklung in mehrfacher Hinsicht beeinträchtigt. Die biologisch angelegten Lernprozesse werden gestört, die kognitive und soziale Entwicklung ist eingeschränkt. Des weiteren besteht die Gefahr, später Suchtverhalten zu entwickeln.
Bei kleinen Kindern wird Lernen ausschließlich über die Bewegung und das sensorische Empfinden in Gang gesetzt. Die ersten zwei Jahre werden deshalb auch als senso-motorische Phase bezeichnet (Piaget 1992). Darüber werden die Milliarden Gehirnzellen und die einzelnen Bereiche im Gehirn nach und nach miteinander verknüpft, so dass in der Folge gegen Ende des zweiten Lebensjahres Denken möglich ist. Wird die Bewegungslust durch ein solch faszinierendes Spielzeug nicht mehr empfunden, kommen die biologisch verankerten Antriebe des Erkundens, der Wissbegierde, der Nachahmung, des Spielens und des schöpferischen Erfindens nicht oder zu wenig zum Einsatz. Das Kind erlebt nur eine Abstraktion der dinglichen Welt, die es bis ins Grundschulalter hinein nicht verarbeiten kann. Denn was es sieht, ist flächig; man kann es nicht anfassen, nicht schmecken, nicht riechen, nicht ertasten.
Besonders in den ersten Jahren entwickelt das Kind über die Erfahrung, die es mit seinem Körper macht, ein Bild von seinen eigenen Fähigkeiten, d.h. was es kann oder was nicht gelingt, also von seiner Leistungsfähigkeit insgesamt. Auch die Feinmotorik bewirkt die Ausbildung von speziellen Strukturen im Stirnhirn; deshalb ist zuerst das feinmotorische Erkunden der Umwelt und später das Malen, und in der Grundschule das Schreiben mit der Hand so wichtig. Wird dies durch das ausschließliche Antippen von Tasten oder dauerndes Wischen ersetzt, bleiben diese Strukturen unterentwickelt. Bei hohem Nutzungsverhalten werden lt. Studien die Hirnbereiche, die mit Sprache und dem Erlernen von Schreiben und Lesen verbunden sind, weniger strukturiert, d.h. die Dichte der Neuronen ist geringer (www.sciencedaily.com/releases/2019/11/191104112918.htm). Ebenso stellten die Forscher eine geringere Myelinisierung in diesen Bereichen fest.
Im Gehirn löst das digitale Feuerwerk schneller Videos und bunter Animationen ein Reizbombardement aus, das auf das Stammhirn (unteres limbisches System) niedergeht (Lembke & Leipner 2015). Es trifft in erster Linie das Belohnungssystem, das bei kleinen Kinder durch einen häufigen Gebrauch digitaler Medien völlig überdreht. Bestimmte Module reifen dann zu schnell und unzulänglich (Teuchert-Noodt 2016). Wichtige Teilbereiche des Stirnhirns können sich nicht voll entfalten. Bei Klein- und Grundschul-Kindern ist das Stirnhirn noch nicht so weit ausgebildet, dass es die notwendige Kontrolle über Belohnungsreize ausüben kann.
Der digitale Sinnesreiz schießt sich jedoch auf verkürztem Weg direkt ins Belohnungszentrum des limbischen Systems (Ausschüttung von Dopamin) und trickst den zum Lernen notwendigen Weg über den Hippocampus und den Gedächtnisspeicher im Großhirn aus. Wenn kleine Kinder das Smartphone der Eltern zur Ruhigstellung bekommen, wirkt dieses Feuerwerk besonders stark. Die ganz Kleinen sind durch ihre biologisch verankerte Funktionslust vorerst nur an der Wischbewegung interessiert. Sie nehmen die kleinen schnellen Bilder noch nicht richtig wahr. Die Einschränkungen in der Entwicklung durch den Suchtfaktor werden verstärkt durch die Tatsache, dass wir Menschen (Männer mehr als Frauen) immer neugierig auf Dinge sind, die sich bewegen. Ein Tablet oder Smartphone mit bewegten Bildern zieht kleine Kinder so heftig an, dass Ritterburgen und Spielfiguren an Attraktivität verlieren. Denn da muss das Kind jede Figur bewegen, sich im Kopf eine Handlung ausdenken, während auf digitalen Medien alles automatisch abläuft. Es gibt kein Training im Denken wie beim selbst gesteuerten Spiel. Das Kind muss auch keine Willenskraft aufwenden, um etwas zu erreichen. Dann spürt es auch die positiven Gefühle über das Erreichte nicht, so dass seine natürliche Leistungsbereitschaft zurück geht.
In Kitas sollten keine digitalen Medien eingesetzt werden. Da sich derzeit die ganze Gesellschaft in einem Rausch der digitalen Möglichkeiten befindet, ist es jedoch schwer, die Kinder davor zu schützen. Kitas können zwar digitale Medien verbannen, es bleibt jedoch der starke Einfluss durch die Eltern. Hier könnten ErzieherInnen einen Elternabend nutzen, um die Problematik zu vermitteln. Eltern müssten sich ihrer Vorbildfunktion bewusst sein. Wenn sie selbst ständig das Smartphone in der Hand haben, können sie dies den Kindern nicht ausreden. Dann sind sie unglaubwürdig und die Kinder lernen, dass das Smartphone einen besonderen Wert hat.
Gedächtnistraining und die Plastizität des Gehirns
Das Gehirn ist ein Leben lang lernfähig und anpassungsfähig. Sobald wir etwas lernen, bilden sich neue Verbindungen zwischen Nervenzellen. Und sobald wir diese Verbindungen nicht mehr nutzen, fangen sie ziemlich schnell an zu verkümmern. Auch das spricht dafür, dass wir wirklich alle Bereiche des Gehirns nutzen. Aber natürlich sind nicht sämtliche Teile des Gehirns immer ausgelastet. Nicht alle Nervenzellen feuern immer und ständig. Das wäre auch gar nicht gut. Wir würden dann nämlich ständig herumzappeln, könnten uns auf nichts mehr konzentrieren und hätten keine Kontrolle mehr über uns.
Dr. Boris Konrad, Neurowissenschaftler und Gedächtnisweltmeister, erklärt, dass jeder gesunde Mensch seine Gedächtnisleistung verbessern kann. Er empfiehlt, das Denken in mentalen Bildern, da diese sich unser Gehirn viel besser einprägen kann als bloße Worte. Auch das Verknüpfen von Informationen mit einem bekannten Raum oder Weg (Loci-Methode) kann helfen, sich Dinge besser zu merken.
Um das Gehirn herauszufordern, ist es wichtig, sich immer wieder neuen Aufgaben zu suchen. Kreuzworträtsel und Co. können zwar einen Nutzen erzielen, aber auf Dauer stellt sich der Gewöhnungseffekt ein und die Aufgaben sind für das Gehirn keine Herausforderung mehr.
Körperliche Gesundheit und Wohlbefinden tragen zu guter Kognition bei. Bewegung kurbelt die Durchblutung im Gehirn an und versorgt es somit mit Sauerstoff. Studien zeigen, dass sich die Gedächtnisleistung nach einer Sporteinheit verbessert. Bereits Spazierengehen soll einen positiven Effekt auf das Gedächtnis haben. Denn bei körperlicher Aktivität werden neuronale Wachstumsfaktoren, so genannte Neurotrophine, ausgeschüttet. Das schützt Nervenzellen und fördert gleichzeitig die Bildung neuer Neuronen und Synapsen.
Lernen als lebenslanger Prozess
Lernen ist ein lebenslanger Prozess, der bereits vor der Geburt beginnt und bis zum Lebensende stattfindet. Schon der Fötus im Mutterleib ist in der Lage, anhand von Geräuschen, Berührungen und Bewegungen, die zu ihm durchdringen, erste Erfahrungen zu sammeln. In seinen ersten Lebensjahren lernt ein Mensch vor allem durch Erfahrungen und Interaktionen mit seiner Umwelt. Ist erstmal eine Basis geschaffen, können wir im Laufe des Lebens immer komplexere Fertigkeiten erwerben.
Auch wenn wir es nicht immer bewusst wahrnehmen: Im Erwachsenenalter lernen wir stetig weiter. Der Begriff Intelligenz beschreibt unsere kognitive Leistungsfähigkeit - sprich, unser Potenzial, erfolgreich in einer Vielzahl von Situationen zu agieren. Dazu müssen wir in der Lage sein, Probleme zu lösen, komplexe Zusammenhänge zu verstehen, kritisch und abstrakt zu denken sowie zu reflektieren. Die Intelligenz eines Menschen wird durch eine komplexe Interaktion von genetischen, umweltbedingten und neurobiologischen Faktoren beeinflusst.