Das Gehirn ist die zentrale Steuereinheit des menschlichen Körpers, die alle lebenswichtigen Funktionen koordiniert. Es empfängt und verarbeitet Sinneseindrücke, speichert Informationen, steuert Bewegungen und Verhaltensweisen und ermöglicht uns, die Welt um uns herum zu erfahren. Die Zusammenarbeit zwischen Gehirn und Sinnen ist daher essenziell für unser Verständnis der Umwelt und unsere Interaktion mit ihr.
Die Rolle des Gehirns
Das Gehirn besteht aus verschiedenen Teilen, die jeweils spezialisierte Funktionen haben. Der Hirnstamm, der älteste Teil des Gehirns, verbindet es mit dem Rückenmark und steuert lebenswichtige Funktionen wie Herzschlag, Atmung und Blutdruck. Das Zwischenhirn ist für überlebenswichtige Empfindungen wie Durst, Hunger und Schlaf verantwortlich und beteiligt sich an der Verarbeitung von Sinneseindrücken. Das Kleinhirn ist wichtig für Gleichgewicht und Koordination, während das Großhirn die "höheren" Hirnfunktionen wie Motivation, Lernen, Denken und Verstehen ermöglicht.
Die Großhirnrinde, die Oberfläche des Großhirns, ist der Ort, an dem Sinneseindrücke bewusst gemacht, gespeichert und miteinander verknüpft werden. Sie ist in verschiedene Lappen unterteilt, die jeweils spezifische Aufgaben haben. Die Nervenzellen im Gehirn kommunizieren über Synapsen, und die Stärke dieser Verbindungen kann sich durch wiederholten Informationsaustausch verstärken, was die Grundlage für Lernen und Gedächtnisprozesse bildet.
Die Bedeutung der Sinne
Unsere Sinne ermöglichen es uns, die Welt um uns herum wahrzunehmen. Die fünf klassischen Sinne sind Sehen, Hören, Riechen, Schmecken und Tasten. Darüber hinaus gibt es weitere Sinne wie den Gleichgewichtssinn, das Empfinden von Temperatur, Schmerz und inneren Organen sowie die Propriozeption, die uns Informationen über die Position unseres eigenen Körpers liefert.
Der Sehsinn ist der dominanteste Sinn, über den wir etwa 80 Prozent der Informationen über die Außenwelt erhalten. Elektromagnetische Wellen, die von Objekten ausgesendet oder reflektiert werden, erreichen über das Auge die Netzhaut, wo erste Verarbeitungsschritte stattfinden. Über den Sehnerv gelangen die Informationen ins Gehirn, wo sie ausgewertet und interpretiert werden.
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Das Hören ermöglicht es uns, Schallwellen als Geräusche, Stimmen und Musik wahrzunehmen. Das Riechen und Schmecken sind eng miteinander verbunden und ermöglichen es uns, Düfte und Aromen zu erkennen. Das Tasten ermöglicht es uns, Druck, Temperatur, Vibrationen und Verletzungen über die Haut wahrzunehmen.
Multisensorische Integration: Die Zusammenführung der Sinne
Das Gehirn integriert Informationen aus verschiedenen Sinneskanälen, um ein einheitliches und zuverlässiges Bild unserer Umgebung zu erhalten. Dieser Prozess wird als multisensorische Integration bezeichnet. Die Forscher des Exzellenzclusters CITEC der Universität Bielefeld haben einen generellen Mechanismus entwickelt, der erklärt, wie das Gehirn diese Aufgabe bewältigt.
Dr. Cesare Parise und Professor Dr. Marc Ernst identifizierten einen "Korrelationsdetektor für multisensorische Information", der die Sinne überwacht und nach visuellen und akustischen Signalen Ausschau hält, die sich ähneln. Wenn die Reize einen ähnlichen zeitlichen Ablauf haben, folgert das Gehirn, dass sie zusammengehören und führt die Signale zusammen. Dieser Mechanismus ähnelt den Bewegungsdetektoren im Gehirn von Insekten und kann zahlreiche experimentelle Befunde zur multisensorischen Wahrnehmung erklären.
Neuere Forschungsergebnisse zeigen, dass die multisensorische Integration bereits in frühen Stufen der sensorischen Verarbeitung stattfindet. Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) hat gezeigt, dass die Kombination von Geräuschen und Berührungen zu einer signifikanten Steigerung der Aktivität in niederen Arealen des auditiven Kortex führt. Dies deutet darauf hin, dass das Gehirn Informationen aus verschiedenen Sinnen bereits frühzeitig zusammenführt, um eine einheitliche Wahrnehmung zu erzeugen.
Multimodale Anreicherung und Lernen
Die Neurowissenschaftlerin Katharina von Kriegstein von der Technischen Universität Dresden und Brian Mathias von der University of Aberdeen haben in einer aktuellen Übersichtsarbeit in der Zeitschrift "Trends in Cognitive Sciences" interdisziplinäre Erkenntnisse aus Neurowissenschaften, Psychologie, Computermodellierung und Bildung zum Thema "Lernen" zusammengetragen. Die Ergebnisse zeigen, dass das Gehirn Mechanismen nutzt, um das Lernergebnis zu verbessern, indem es mehrere Sinne oder Bewegungen beim Lernen kombiniert.
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Viele Bildungsansätze gehen davon aus, dass die Integration komplementärer sensorischer und motorischer Informationen in die Lernerfahrung das Lernen verbessern kann. Katharina von Kriegstein und Brian Mathias fassen diese Methoden unter dem Begriff "multimodale Anreicherung" zusammen. Zahlreiche wissenschaftliche Studien belegen, dass multimodale Anreicherung die Lernergebnisse verbessern kann.
Die Forscher vergleichen diese Ergebnisse mit kognitiven, neurowissenschaftlichen und computergestützten Theorien der multimodalen Anreicherung. Jüngste neurowissenschaftliche Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die positiven Auswirkungen des angereicherten Lernens mit Reaktionen in Gehirnregionen verbunden sind, die der Wahrnehmung und der motorischen Funktion dienen. Diese Gehirnreaktionen sind ursächlich für die Vorteile der multimodalen Anreicherung für das Lernergebnis.
Katharina von Kriegstein betont, dass das Gehirn für das Lernen mit allen Sinnen und mit Bewegung optimiert ist. Gehirnstrukturen für Wahrnehmung und motorische Fähigkeiten arbeiten zusammen, um diese Art des Lernens zu fördern. Die Ergebnisse der Literaturrecherche tragen zum Verständnis bei, warum einige seit langem angewandte Lernstrategien, wie z. B. Teile der Montessori-Methode, wirksam sind, und liefern klare Hinweise darauf, warum einige Ansätze nicht so wirksam sind.
Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des Gehirns
Das menschliche Gehirn weist auch im Erwachsenenalter noch ein hohes Ausmaß an Plastizität auf und ermöglicht dadurch die kontinuierliche Anpassung an eine sich stetig verändernde Umwelt. Um die mit Lernprozessen assoziierten Veränderungen in neuronalen Netzwerken in sensorischen und assoziativen Arealen der Großhirnrinde aufzuklären, werden visuelle Reize verwendet, welche wie mathematische Methoden systematisch bearbeitet werden.
Die Erkenntnis, dass die Neurogliaformzellen eine Art Ampel im Verkehrsfluss der Informationen darstellen, könnte womöglich neue Behandlungsansätze für neuropsychiatrische Erkrankungen wie Schizophrenie oder Autismus eröffnen.
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Klinische Bedeutung
Die Studienergebnisse zur multisensorischen Integration sind auch im klinischen Kontext von Bedeutung. Neurologische Störungen wie Autismus-Spektrum-Störungen oder Lese-Rechtschreibstörungen können mit Störungen in der Verarbeitung von Sinnesreizen zusammenhängen. Das Verständnis der Mechanismen der multisensorischen Integration kann zu neuen klinischen Untersuchungsansätzen und Behandlungsstrategien führen.