Einführung
Die Fähigkeit des Gehirns, sich anzupassen und zu verändern, ist ein faszinierendes Forschungsgebiet. Studien zeigen, dass sowohl positive als auch negative Einflüsse, wie Programmieren oder Überarbeitung, messbare Auswirkungen auf die Gehirnstruktur und -funktion haben können. Dieser Artikel beleuchtet verschiedene Studien und Erkenntnisse zur Umprogrammierung des Gehirns, von den Auswirkungen des Programmierens auf kognitive Fähigkeiten bis hin zu den Veränderungen, die durch Überarbeitung entstehen können.
Programmieren und seine Auswirkungen auf das Gehirn
Kognitive Fähigkeiten und mentales Training
Entgegen dem Klischee, dass Programmieren repetitiv und langweilig sei, erfordert es ein hohes Maß an logischem und analytischem Denken. Jüngsten Studien zufolge kann das Programmieren einen großen Einfluss auf das Gehirn haben. Im Jahr 1991 wiesen Wissenschaftler nach, dass ein enger Zusammenhang zwischen dem Erlernen des Programmierens und der Entwicklung kognitiver Fähigkeiten besteht. Eine Gruppe von Studenten, die am Programmierunterricht teilgenommen hatte, erzielte bei Tests der kognitiven Fähigkeiten 16 % bessere Ergebnisse.
Beschleunigung der Wissensaufnahme durch mentale Modelle
Eine andere Studie aus den Jahren 1999 und 2009 hat bewiesen, dass das Erlernen von Programmiersprachen den Prozess der Wissensaufnahme beschleunigen kann. Dies hängt mit der Entwicklung mentaler Modelle zusammen, die Darstellungen realer Lebenssituationen sind, die von unserem Gehirn erstellt werden. Beim Programmieren muss man über den Tellerrand hinausschauen, um Probleme zu verstehen und zu lösen, was die Entwicklung neuer mentaler Modelle fördert.
Gedächtnis und Gehirnaktivität
Im Jahr 2014 wurde eine MRT-Studie an einer Gruppe von Programmierern durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass die für das semantische und operative Gedächtnis zuständigen Gehirnzentren am aktivsten waren. Die Studie hat gezeigt, dass wir beim Programmieren dieselben Gehirnteile aktivieren wie beim Erlernen einer neuen Sprache. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Programmieren nicht nur das logische und analytische Denken, sondern auch das semantische und operative Gedächtnis fördert. Unser Gehirn wird ständig trainiert, was dazu beitragen kann, Alzheimer, Demenz und Neuronendegeneration zu verhindern. Wir können auch größere Mengen an Informationen auf einmal aufnehmen.
Die positiven Auswirkungen des Programmierens
Studien zeigen sehr deutlich, dass das Erlernen von Programmiersprachen viele Vorteile mit sich bringt, die nicht nur für unsere zukünftige Arbeit, sondern auch für unsere Gesundheit von Nutzen sind. Programmieren ist eine der anspruchsvollsten Arten intellektueller Arbeit und sie ist Ihre Zeit wert, solange Sie sie als befriedigend und angenehm empfinden.
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Umprogrammierung von Astrozyten zu Stammzellen
Die Rolle der Astrozyten und Hirnstammzellen
Im Gehirn arbeiten viele verschiedene Zellarten zusammen. Bei Menschen machen die Nervenzellen (Neuronen) weniger als die Hälfte der Zellen aus. Der Rest wird als „Glia“ bezeichnet. Die häufigsten Gliazellen sind Astrozyten. Sie versorgen die Neuronen mit Nährstoffen, bilden einen Teil der Blut-Hirn-Schranke, regulieren die Synapsen und unterstützen die Abwehrzellen. Ein kleiner Anteil der Astrozyten ist jedoch in der Lage, Nervenzellen und andere Arten von Gehirnzellen hervorzubringen. Diese speziellen Astrozyten werden daher auch als Hirnstammzellen bezeichnet.
Methylierung als Schlüssel zur Umprogrammierung
Um zu verstehen, wie sich Hirnstammzellen von gewöhnlichen Astrozyten unterscheiden, analysierten Forschende die Genexpression und die Muster der Methylierung im gesamten Erbgut. Dabei half ein eigens entwickeltes Tool zur Analyse der Methylierungsdaten. Unter DNA-Methylierung versteht man chemische „Markierungen“, mit denen die Zelle ungenutzte Teile ihrer DNA abschalten kann. Dadurch ist die Methylierung entscheidend für die Identität der Zellen.
Die Forschenden stellten fest, dass Hirnstammzellen ein besonderes DNA-Methylierungsmuster aufweisen, dass sie von anderen Astrozyten unterscheidet. „Anders als bei gewöhnlichen Astrozyten sind in Hirnstammzellen bestimmte Gene demethyliert, die sonst nur von Nervenvorläuferzellen verwendet werden. Dadurch ist es den Hirnstammzellen möglich, diese Gene zu aktivieren, um selbst Nervenzellen hervorzubringen“, erklärt Lukas Kremer, Erstautor der aktuellen Publikation.
Mangeldurchblutung und die Umwandlung von Astrozyten
Könnten sich durch Methylierung auch in anderen Regionen des Gehirns, außerhalb der vSVZ, Astrozyten zu Hirnstammzellen umwandeln lassen? Um das zu untersuchen, unterbrachen die Forschenden bei Mäusen für kurze Zeit die Blutversorgung des Gehirns. Wenig später ließen sich auch außerhalb der vSVZ Astrozyten mit dem typischen Stammzell-Methylierungsprofil nachweisen, außerdem eine erhöhte Anzahl von Nervenvorläuferzellen.
„Unsere Theorie ist, dass normale Astrozyten im gesunden Gehirn keine Nervenzellen bilden, weil ihr Methylierungsmuster sie daran hindert“, erklärt Studienleiterin Martin-Villalba. „Techniken zur gezielten Veränderung des Methylierungsprofils könnten einen neuen therapeutischen Ansatz darstellen, um neue Neuronen zu erzeugen und Nervenerkrankungen zu behandeln.“
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Die Bedeutung der Forschung an Mäusen
Schlaganfälle oder Unfälle können zu Schädigung des Gehirns führen, die derzeit nicht reparabel sind und für die Betroffenen oft dramatische Folgen haben. Stand heute gibt es keine Möglichkeit, einmal verlorene Nervenzellen zu ersetzen. Ziel dieser Arbeit ist es, Möglichkeiten zu finden, auch im erwachsenen Gehirn die Regeneration von Nerven anzuregen. Das erfordert ein tiefgreifendes Verständnis dafür, wie und unter welchen Umständen die Hirnstammzellen dazu gebracht werden können, für Nachschub an jungen Nervenzellen zu sorgen.
Umprogrammierung von Ortszellen im Hippocampus
Ortszellen und Langzeiterinnerungen
Langzeiterinnerungen an bestimmte Orte werden im Gehirn in sogenannten Ortszellen gespeichert. Neurowissenschaftler unter Leitung von Dr. Andrea Burgalossi vom Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) der Universität Tübingen ist es gelungen, solche Ortszellen „umzuprogrammieren“, indem sie einzelne Neuronen direkt mit elektrischen Impulsen anregten. Nach dieser Stimulation waren die Zellen so „programmiert“, dass ihre Aktivität sich von nun an nur noch auf den Ort bezog, an dem die Stimulation stattgefunden hatte.
Die Karte im Kopf
Unser Gehirn stellt zu jedem Ort, den wir erstmalig sehen, eine Zahl Neuronen im Hippocampus (eine zentrale Hirnstruktur mit wichtigen Gedächtnisaufgaben) bereit: die Ortszellen. Die Erinnerung an eine bestimmte Umgebung wird als spezifische Kombination von Ortszell-Aktivität im Hippocampus gespeichert: eine „Ortskarte“. Solche Ortskarten bleiben stabil, während wir uns in einer Umgebung bewegen.
Miniblitze wecken schlafende Ortszellen
Im Jahr 2016 hatten Tübinger Neurowissenschaftler unter Leitung von Dr. Andrea Burgalossi bereits zeigen können, dass inaktive, „schlafende“ Ortszellen durch elektrische Stimulation aktiviert werden und zu funktionierenden Ortszellen im Rattengehirn werden können. Die Forschergruppe hat auf dieser Arbeit aufgebaut und nun Hinweise gefunden, dass Ortszellen bei weitem nicht so stabil sind wie gedacht.
Neuprogrammierung im Mäusehirn
Mit Hilfe dieses Versuchsaufbaus nahmen sie sich nun einzelne Ortszellen im Mäusegehirn vor und stimulierten diese - allerdings an anderen Orten als denen, auf die sie zuvor mit Aktivität reagiert hatten. In einer signifikanten Zahl der Fälle ließ sich die Aktivität der Ortszellen umprogrammieren. „Die Vorstellung, dass Ortszellen stabile Einheiten sind, haben wir damit über den Haufen geworfen“, sagt Andrea Burgalossi. „Sogar innerhalb derselben Umgebung können wir individuelle Zellen umprogrammieren, indem wir an bestimmten Orten stimulieren. Damit sind wir den grundlegenden Mechanismen, auf denen Gedächtnisbildung basiert, ein Stückchen näher.“
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Brain-Computer-Interfaces (BCI) und neuronale Plastizität
Die Funktionsweise von BCIs
Die Wirkung eines sogenannten Brain-Computer-Interfaces (BCI, Gehirn-Computer-Schnittstelle) beruht darauf, dass die bloße Vorstellung einer Handlung schon messbare Veränderungen der elektrischen Hirnaktivität auslöst. Diese Signale können ausgelesen und über maschinelle Lernsysteme in Steuersignale umgesetzt werden, die zum Beispiel einen Computer bedienen oder auch eine Prothese bewegen können.
Veränderungen im Gehirn durch BCI-Training
In der jetzt veröffentlichten interdisziplinären Studie wurde der Einfluss von zwei verschiedenen Arten eines BCIs auf das Gehirn von Probanden untersucht, die über keine vorherige Erfahrung mit dieser Technik verfügten. Im Ergebnis fanden die Wissenschaftler tatsächlich messbare Veränderungen in genau den Hirnregionen, die für die Art der auszuführenden Aufgabe spezifisch waren. Besonders interessant dabei: Die Veränderungen traten bereits innerhalb sehr kurzer Zeit (eine Stunde) mit dem BCI auf und nicht erst nach Monaten des körperlichen Trainings.
Anwendungsmöglichkeiten von BCIs
„Gerade die räumliche Spezifität der BCI-Effekte, könnte zum Beispiel bei Schlaganfallpatienten gezielt die Hirnregionen ansprechen, die Schaden genommen haben“, so Arno Villringer, Direktor Max-Planck-Institut für Kognitions- udn Neurowissenschaften.
Überarbeitung und ihre Auswirkungen auf das Gehirn
Veränderungen im Gehirn durch Überarbeitung
Wer dauerhaft mehr als 52 Stunden pro Woche arbeitet, riskiert nicht nur Erschöpfung - sondern auch sichtbare Veränderungen im Gehirn. Eine neue Studie aus Südkorea zeigt erstmals, dass sich bei Überarbeitung bestimmte Regionen im Gehirn deutlich vergrößern.
Volumenzuwachs in sensiblen Regionen
Besonders auffällig war ein Volumenzuwachs im kaudalen Anteil des Gyrus frontalis medius auf der linken Gehirnhälfte. Dort war das Volumen bei überarbeiteten Personen im Durchschnitt um 19 Prozent größer als bei jenen mit normalen Arbeitszeiten. Laut der Studie betrifft dieser Befund eine Region, die für Exekutivfunktionen zuständig ist - also für Dinge wie Entscheidungsfindung, Arbeitsgedächtnis und Impulskontrolle.
Zusammenhang mit der Zahl der Wochenstunden
Die Wissenschaftler fanden außerdem: Je länger die wöchentliche Arbeitszeit war, desto ausgeprägter zeigten sich die Veränderungen - vor allem in der linken Insula und im oberen Stirnlappen. Diese Korrelation bestand selbst dann noch, nachdem Faktoren wie Rauchen, Alkoholkonsum und Sportverhalten rechnerisch ausgeglichen wurden.
Mögliche Vorstufe zu Störungen
Einige Fachleute interpretieren das größere Volumen bestimmter Hirnareale vorsichtig auch als mögliche Vorstufe zu Störungen. So finden sich ähnliche Muster beispielsweise bei Menschen mit subklinischer Depression oder Schlafmangel. Die Studienautoren weisen darauf hin, dass solche Anpassungen im Gehirn nicht unbedingt gesund sind - sie könnten auch erste Anzeichen für psychische Probleme sein.
Globale Auswirkungen langer Arbeitszeiten
Nach Schätzungen der Internationalen Arbeitsorganisation (ILO) sterben weltweit jährlich über 800.000 Menschen an den Folgen übermäßiger Arbeitsbelastung, etwa durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder psychische Leiden. Die jetzt vorgelegte Studie ergänzt dieses Wissen um eine neue Perspektive: Die direkte Auswirkung auf das Gehirn.
Glücklichsein trainieren
Positive Psychologie und das Training des Glücks
Zu den Langzeitschäden einer Pandemie gehört das Unglück. Gegen Unglück hilft nur Glück und offenbar „Psychology and the Good Life“, ein Kurs der jungen Professorin Laurie Santos an der Universität von Yale über die positive Psyche. Positive Psychologen stellen sich der Frage: Welche Praktiken und Mittel gibt es, wie es Praktiken und Mittel gegen Depressionen gibt, um Menschen glücklicher zu machen?
Die Wissenschaft des Wohlbefindens
Immer mehr Aufmerksamkeit erfährt das immer noch junge Forschungsfeld, seit Laurie Santos von Yale aus Kurse wie „The Science of Well-Being“ anbietet, die so erfolgreich sind, wie es Kurse in der 300-jährigen Geschichte der Ivy-League-Universität nie waren.
Gewohnheiten ändern und das Gehirn neu programmieren
Die Dauer der Gewohnheitsänderung
Du willst also eine Gewohnheit ändern. Wie lange brauchst du um tatsächlich dafür? Gibt es wissenschaftliche Studien die das belegen? Sie untersuchten 96 Personen über einen Zeitraum von 12 Wochen. Im Durchschnitt dauert es mehr als 2 Monate, bis eine Gewohnheit automatisch abläuft. Genauer gesagt ca. Aber auch hier kann man nicht einfach so verallgemeinern. Die Studie ergab, dass die Dauer stark von der Gewohnheit, der Testperson und den Umständen abhing.
Tipps zur Gewohnheitsänderung
Insgesamt würde ich dir empfehlen deine Gewohnheit in so viele kleine Einheiten wie möglich zu teilen. Weil dein Gehirn durch Wiederholungen lernt. Lass dich von den wissenschaftlichen Erkenntnissen nicht entmutigen. Klar ist es schwieriger eine neue Gewohnheit für 2 Monate durchzuhalten, aber behalte dein großes Ziel vor Augen. Wiederholung, Wiederholung, Wiederholung. Übe deine Gewohnheit so oft aus wie du nur kannst. Unser Gehirn prägt sich Wiederholungen ein und lernt daraus. Bleib dran. Erzähle anderen Leuten von deinem Ziel. Dadurch hältst du dich selbst verantwortlich und baust ein wenig positiven Druck auf.
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