Wie lernt unser Gehirn, insbesondere im Kindesalter? Welche neuronalen Veränderungen finden statt und wie beeinflussen diese das Lernverhalten? Die Gehirnentwicklung im Kindesalter ist ein faszinierender Prozess, der die Grundlage für zukünftige Fähigkeiten und Fertigkeiten legt. Dieser Artikel beleuchtet die wichtigsten Aspekte dieser Entwicklung, von den neuronalen Grundlagen bis hin zu den Auswirkungen auf das Lernen und Lehren.
Neuronale Grundlagen der Gehirnentwicklung
Das Gehirn entwickelt sich von Geburt an über viele Jahre und reift bis Mitte der Zwanzigerjahre. Lernen manifestiert sich als neuronale Veränderung von Strukturen und Funktionen im Gehirn, ein Phänomen, das als Neuroplastizität bekannt ist. In den ersten zwei Lebensjahren und im weiteren Verlauf der Kindheit finden zahlreiche strukturelle Veränderungen im Gehirn statt.
Bei der Geburt verfügt das Gehirn über einen Überschuss an neuronalen Verbindungen. Dieser Überschuss wird sequenziell abgebaut, ein Prozess, der in der Forschung als "Pruning" bezeichnet wird. Das Pruning ist das gezielte Zurückschneiden von überschüssigen neuronalen Verbindungen, was mit einer gleichzeitigen Differenzierung einhergeht, dem Verstärken von Verbindungen, um effizientere und spezialisierte Netzwerke zu schaffen.
Vereinfacht ausgedrückt: Aus Feldwegen werden Autobahnen.
Erwachsene haben bereits ein ausdifferenziertes, effizientes Netzwerk im Gehirn. Wichtige Verbindungen wurden ausgebaut, andere sind verschwunden, weil sie nicht gebraucht wurden.
Sensible Perioden und ihr Einfluss auf das Lernen
Der Prozess des Prunings entspricht in der Pädagogik den sensiblen Perioden in der Entwicklung eines Kindes. Sensible Perioden sind einzigartige Phasen der Gehirnentwicklung, in denen das Kind in einem bestimmten Bereich enorm viel und enorm schnell lernt. Dies geschieht weitgehend passiv, ohne dass eine Konsequenz damit verbunden sein muss.
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Kinder lernen zunächst, die Statistiken der Welt wahrzunehmen, einfache Ereignisketten wie: Was passiert immer zusammen? Was folgt auf was? Das, was sich nicht wiederholt, was nicht in einem Zusammenhang erscheint, ist nicht relevant und wird sofort wieder vergessen, entsprechende neuronale Verbindungen werden weggeschnitten. Das, was sich als wichtig herausstellt, damit das Kind in seiner Umwelt zurechtkommt, wird in diesen sensiblen Phasen gespeichert.
Sensible Phasen lassen sich zeitlich nicht klar eingrenzen, da Menschen sehr komplexe, sich sehr lange entwickelnde Gehirne haben. Wann diese Zeiträume, in denen das Gehirn besonders empfänglich für bestimmte Erfahrungen ist, auftreten, unterscheidet sich für einzelne Hirnbereiche. Sie laufen nicht sequenziell in einer bestimmten Reihenfolge ab, sie haben auch kein abruptes Ende. Das heißt, Lernen in den jeweiligen Bereichen bleibt auch in späteren Lebensphasen möglich. Auch eine Hundertjährige kann noch eine neue Sprache lernen, aber nicht mehr so gut wie ein Kind, nicht mehr so schnell und nicht mit den gleichen neuronalen Mechanismen.
Sensible Perioden beschreiben gewisse individuelle Peaks, also maximale Ausprägungen von Lernfähigkeit. Und diese müssen genutzt werden, möchte man eine bestimmte Funktion oder Fähigkeit vollständig erlernen beziehungsweise in dieser ein hohes Niveau erreichen.
Beispiel: Sehen lernen
Ein Beispiel dafür sind Menschen, die in frühen Lebensphasen nicht sehen konnten, beispielsweise aufgrund von angeborenen Katarakten (Grauer Star). Wenn diese Menschen teilweise als Erwachsene operiert werden und erst in späterem Alter lernen, zu sehen, zeigen sich deutliche Einschränkungen. Sie können zwar vieles grundlegend unterscheiden, etwa Gesichter von anderen Objekten, aber es fällt ihnen schwer, das Gesicht einer bestimmten Person in unterschiedlichen Kontexten wiederzuerkennen.
Diese Beeinträchtigung bedeutet jedoch nicht, dass die Funktion ganz fehlt. Es bedeutet, dass eine sensible Phase verpasst wurde, in der das Netzwerk für diese Fähigkeit zu einem Expertensystem ausgebaut wird. Dies gilt auch für Bereiche wie Sprache, Motorik oder das Lernen eines Musikinstruments. Um in diesen Dingen ein hohes Niveau zu erreichen, müssen die allermeisten Menschen die entsprechende sensible Phase nutzen, um die neuronalen Funktionen und Strukturen auszuprägen. Es gibt auch immer Ausnahmen, die auch im späteren Leben noch ungeahnte Fähigkeiten erreichen, aber dies ist eher die Ausnahme als die Regel.
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Neurokonstruktion und Lernen im Erwachsenenalter
Auch im Erwachsenenleben ist Lernen möglich, wenn auch in geringerem Umfang. Es sind weit weniger neuronale Verbindungen vorhanden, die genutzt werden können, um eine Expertenfunktion herauszukristallisieren und zu elaborieren. Dieser Mechanismus, die Neurokonstruktion, steht nur während sensibler Perioden der Hirnentwicklung in seinem vollen Umfang zur Verfügung.
Neuere Forschung hat jedoch gezeigt, dass auch Erwachsene, die etwas Neues lernen, möglicherweise noch einmal einen gewissen Überschuss an neuronalen Verbindungen produzieren. Dieser wird erneut zurückgeschnitten und damit eine neue Funktion etabliert. Im Vergleich zur Kindheit finden diese Prozesse aber in einem vielfach kleineren Umfang statt.
Konsequenzen für die Praxis des Lernens und Lehrens
Die Erkenntnisse aus der Hirnforschung haben wichtige Konsequenzen für die Praxis des Lernens und Lehrens. Kinder brauchen zunächst viele Fakten, auf denen sie aufbauen können. Diese scheinen sie von Anfang an sehr gut zu lernen. Kinder entwickeln individuelle Lernbedürfnisse in unterschiedlichen Phasen ihres Lebens. Um diese zu stillen, muss ihnen ihr Umfeld, zu dem wesentlich auch die Schule gehört, die entsprechenden Lern- und Entdeckungsmöglichkeiten sowie Wiederholungs- und Vertiefungsmöglichkeiten anbieten.
Herausforderungen und Perspektiven
In Deutschland gibt es viele Kinder, die erst im späteren Jugendalter mit geringen oder keinen Deutschkenntnissen in das Bildungssystem kommen. Ihnen und auch ihren Lehrkräften erscheint die Situation oft hoffnungslos und überfordernd. Aus neurowissenschaftlicher Perspektive haben viele dieser Kinder entscheidende sensible Perioden, etwa für das Lernen der Sprache, verpasst.
Es wäre jedoch die falsche Konsequenz aus sensiblen Phasen für die Sprachentwicklung, diese Schülerinnen und Schüler aufzugeben. Sicher haben sie Defizite, aber Lernen ist immer positiv, es ist nie negativ. Das Lernen in jeder Lebensphase hat positive Effekte. Selbst wenn die Renditen später geringer sind, bleibt der Effekt positiv, Lernen bringt immer Vorteile mit sich und ist niemals schädlich.
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Die Bedeutung frühkindlicher Erfahrungen
Frühkindliche Erfahrungen spielen eine entscheidende Rolle für die Entwicklung des menschlichen Gehirns. Lernen sollte nie aufgeschoben werden. Man sollte die Chancen, die sich frühzeitig bieten, nicht verpassen. Wenn ein Kind fähig ist, etwas zu lernen, sollte es ihm jetzt angeboten werden. Man sollte nicht von der Fehlannahme geleitet werden, man könne damit warten und das später nachholen.
Die ersten Lebensjahre sind entscheidend für die Ausbildung von Gehirnverbindungen, die das emotionale, soziale und Verhaltensrepertoire eines Kindes prägen. Eltern, die ihren Kindern gegenüber zögerlich, gestresst, feindselig, abwesend oder gleichgültig sind, werden nicht in der Lage sein, die Art von Umgebung zu bieten, die für eine optimale Gehirnentwicklung eines Babys nötig ist.
Die emotionale und kognitive Entwicklung von Kindern hängt maßgeblich mit der Erziehung und den Erfahrungen in den ersten Lebensjahren zusammen.
Die Rolle der Neurotransmitter
Neben der Struktur des Gehirns spielen auch Neurotransmitter eine wichtige Rolle bei der Gehirnentwicklung und beim Lernen. Neurotransmitter sind Botenstoffe, die die Kommunikation zwischen den Nervenzellen ermöglichen. Wenn das Gehirn wächst, entstehen nicht „mehr“ Nervenzellen - sondern neue Datenautobahnen zwischen den Neuronen. In verschiedenen Lebensphasen werden einzelne Hirnbereiche besonders stark ausgebaut. Im Grundschulalter betreffen die Umbauten und Vernetzungen vor allem die Großhirnrinde. Die Kinder durchlaufen große Entwicklungsschübe.
Individuelle Unterschiede und Lernstrategien
Die Gehirnentwicklung wird sowohl durch genetische Faktoren als auch durch Umwelteinflüsse beeinflusst. Rund 60% aller menschlichen Gene wirken auf die Gehirnentwicklung ein. Der IQ ist aber nur zu etwa 50% genetisch bedingt, der Schulerfolg sogar nur zu 20%. Die Umgebung wirkt schon vor der Geburt auf die Gehirnentwicklung ein, insbesondere über den Körper der Mutter: Negative Einflussfaktoren sind beispielsweise Fehlernährung, Rauchen, Alkohol- oder Drogenmissbrauch, Stress oder der Umgang mit giftigen Substanzen am Arbeitsplatz während der Schwangerschaft.
Nach der Geburt wird die Gehirnentwicklung z.B. gehemmt durch längere Krankenhausaufenthalte oder Heimunterbringung, da dann Säuglinge bzw. Kleinkinder zu wenig Stimulierung erfahren. Dasselbe gilt für den Fall, dass die Mutter depressiv ist oder die Eltern ihr Kind vernachlässigen. Einen negativen Effekt können ferner frühkindliche Traumata oder Misshandlungen haben. Eine positive Wirkung wird hingegen beispielsweise dem Stillen zugesprochen, da hier das Gehirn besonders gut mit Vitaminen, Mineralien und Spurenelementen versorgt wird.
Herausforderungen in der neurowissenschaftlichen Forschung
Die neurowissenschaftliche Forschung zur kindlichen Entwicklung steht vor besonderen Herausforderungen. Die Datenerhebung bei Kindern ist aufwändig und erfordert viel Geduld. Bei EEG- und fNIRS-Messungen nehmen die Kinder aktiv am experimentellen Geschehen teil. Inhalt der Studien sind in der Regel spielerische Aufgaben, kindgerechte Videos oder Bilder sowie Audio-Aufnahmen. Um die Hirnaktivität aufnehmen zu können, tragen die Kinder eine spezielle elastische Kappe mit integrierten Sensoren, die einer Badekappe ähnelt.
Um Bilder vom kindlichen Gehirn aufnehmen und verstehen zu können, was dort vor sich geht, wird eine Aufnahme mit einem MRT gemacht. Das dauert etwa 10 bis 15 Minuten, in denen die Kinder möglichst ruhig liegen bleiben sollten. Bei Kleinkindern führen wir die Messungen während des Mittagsschlafes durch - in Begleitung der Eltern und mit allen Einschlaf-Ritualen, die sie auch von zu Hause kennen. Ab dem Vorschulalter üben wir das MRT zunächst spielerisch mit einem Spiel-MRT-Gerät. Während der richtigen Messung können sich die Kinder dann einen ihrer Lieblingsfilme auf einer Videobrille anschauen.
Da ganz natürliche Bewegungen der Kinder zu Signalstörungen führen können und sich gerade Kleinkinder leicht vom experimentellen Geschehen ablenken lassen, ist jede Messung eine Herausforderung. Und um valide Schlüsse über die Entwicklung von Kindern ziehen zu können, müssen eine ganze Menge an Kindern an der Studie teilnehmen.
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