Das menschliche Gehirn ist ein komplexes Organ, das eine Vielzahl von Funktionen steuert, von einfachen Bewegungen bis hin zu komplexen sozialen Interaktionen. Um diese Funktionen zu verstehen, ist es wichtig zu untersuchen, wie das Gehirn Handlungen auslöst und verarbeitet. Dieser Artikel beleuchtet verschiedene Aspekte dieses Themas, von der Navigation im Raum bis hin zur Verarbeitung sozialer Interaktionen und den Mechanismen von Belohnung und Gewohnheitsbildung.
Navigation und räumliche Wahrnehmung
Wenn wir uns in unserer Umgebung bewegen, erstellt unser Gehirn eine Karte dieser Umgebung, die Hindernisse und Grenzen berücksichtigt. Gleichzeitig müssen wir in der Lage sein, die Bewegungen anderer Menschen in unserer Nähe zu registrieren und kognitiv zu verarbeiten. Forscher haben herausgefunden, dass im mittleren Temporallappen, dem Navigationssystem des Gehirns, spezifische Aktivitätsmuster auftreten, wenn wir uns Wänden nähern. Interessanterweise entsteht die gleiche Aktivität, wenn wir eine andere Person bei ihrer Erkundung des Raums beobachten.
Theta-Wellen und räumliche Grenzen
Eine Studie hat gezeigt, dass sich bestimmte Hirnströme, sogenannte Theta-Wellen, im Temporallappen verstärken, wenn sich Personen einer Wand nähern. Dies deutet darauf hin, dass das Gehirn eine mentale Karte erstellt, in der Wände oder andere Grenzen andere Aktivitätsmuster auslösen als freie Flächen. Diese Ergebnisse unterstützen die Idee, dass Theta-Rhythmen dem Gehirn helfen können zu erkennen, wo sich Grenzen befinden, insbesondere wenn wir fokussiert sind und nach etwas suchen.
Beobachtung und soziale Navigation
Überraschenderweise zeigten sich die gleichen Aktivitätsmuster, wenn die Versuchspersonen nicht selbst durch den Raum gingen, sondern einen Experimentator dabei beobachteten. Dies deutet darauf hin, dass unser Gehirn nicht nur unsere eigenen Bewegungen, sondern auch die Bewegungen anderer in Bezug auf den Raum verarbeitet. Diese Fähigkeit ist im Alltag von Bedeutung, da alltägliche Aktivitäten ständig von uns verlangen, im Verhältnis zu anderen Menschen am gleichen Ort zu navigieren. Sei es, dass wir die kürzeste Schlange beim Security Check am Flughafen wählen, auf einem überfüllten Parkplatz einen Ort suchen, um unser Auto abzustellen, oder dass wir auf der Tanzfläche nicht mit anderen Personen zusammenstoßen wollen.
Soziale Interaktionen und Handlungsrepräsentation
Soziales Verhalten beruht auf der Interaktion mit anderen. Doch wie nimmt unser Gehirn diese wahr und verarbeitet sie? Bisher haben Psychologen und Neurowissenschaftler vor allem die neuronale Verarbeitung einzelner Handlungen untersucht. Ein Neurowissenschaftlerteam aus Tübingen konnte nun zeigen, dass im menschlichen Gehirn soziale Interaktionen als zusammenhängende Handlungspaare der interagierenden Partner repräsentiert sind.
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Handlungspaare im Gehirn
Tanzen, Händeschütteln, Ballspielen - all diese Aktivitäten beruhen auf zusammenhängenden Handlungspaaren verschiedener Personen, wie Geben und Nehmen oder Werfen und Fangen. Die Forscher fanden heraus, dass Neurone im menschlichen Gehirn, die auf „Werfen“ ansprechen, auch auf das passende Handlungsgegenstück „Fangen“ reagieren. Das Handlungspaar „Werfen-Fangen“ wird also gemeinsam im Gehirn repräsentiert. Dies deutet darauf hin, dass es Neurone gibt, die gleichartig für beide Handlungen eines Handlungspaares antworten.
Bedeutung für die Autismus-Forschung
Die Autoren der Studie sehen in ihrem Befund eine mögliche Bedeutung für die Autismus-Forschung. Bei autistischen Störungen ist die Wahrnehmung solcher sozialer Interaktionen beeinträchtigt, wie sie in der Studie untersucht wurden. Die Erkenntnisse könnten daher dazu beitragen, die neuronalen Grundlagen von Autismus besser zu verstehen.
Belohnungssystem und Motivation
Das beglückende Gefühl eines Stücks Kuchen im Mund, die unsagbare Erleichterung, nach dem Sport ein Glas Wasser zu trinken: Sehnsucht, Verlangen und Befriedigung motivieren zum Handeln. Das Gehirn giert nach Belohnung. Verantwortlich dafür ist das mesocortikolimbische Belohnungssystem, ein weit verzweigtes Netz aus Hirnarealen und Neuronen.
Dopamin als Schlüsselbotenstoff
Wichtigster Mitspieler im System ist das Dopamin. Es generiert Verlangen und Belohnungserwartung und ist damit ein wichtiger Motivator. Das Belohnungssystem im Gehirn wandelt sich im Laufe des Lebens. Besonders eindrücklich zeigt sich dies in der Pubertät und im Alter.
Veränderungen im Laufe des Lebens
Eine Studie zeigte, dass junge Menschen in der Pubertät besonders viel Dopamin in ihrem Striatum ausschütten, wenn sie riskante Handlungen erfolgreich abschließen. Dies motiviert sie dazu, ähnliche Situationen erneut zu suchen - und erklärt das mitunter merkwürdige risikobetonte Verhalten von Teenagern. Auch im Alter wandelt sich die Reaktion des Gehirns auf Dopamin. Studien zeigten, dass zwar in beiden Altersgruppen je nach Belohnung etwa gleich viel Dopamin ausgeschüttet wurde, das Gehirn der älteren Teilnehmer reagierte darauf aber weniger intensiv als das der jüngeren.
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Lernen durch Verknüpfen
Der Neurophysiologe Wolfram Schultz von der Universität Cambridge hat diesen Zusammenhang genauer untersucht. Er studierte unter anderem Affen, die bei der Wahl bestimmter Bilder Belohnungen in Form von Futter oder Saft bekamen, bei anderen nicht. Die dopaminergen Neuronen in ihrem Mittelhirn reagierten dabei nur anfangs auf die Belohnung als solche. Später feuerten sie bereits, wenn der Affe das „richtige“, Belohnung versprechende Bild wählte. Blieb dann die Belohnung aus oder kam zu spät, verstummten die entsprechenden Neuronen. Gab es eine unerwartete oder besonders üppige Belohnung, feuerten sie stärker als gewöhnlich. Die Nervenaktivität ist also ein Maß für die Abweichung von der Erwartung und damit ein gutes Instrument, um den Erfolg, etwa bei der Nahrungssuche, mit der Zeit zu maximieren.
Verlangen und Antizipation
Anders als die Hirnforschung lange vermutete, ist für das Hochgefühl, wenn wir bekommen, wonach wir uns sehnen, nicht das Dopamin verantwortlich. Diese Rolle kommt den körpereigenen Opiaten zu, den Endorphinen, sowie anderen Botenstoffen wie dem Oxytocin. Dopamin ist vielmehr der Neurotransmitter der Belohnungserwartung. Denn es ist nicht die leckere Speise selbst, die uns den Dopamin-Kick verpasst. Vielmehr kurbelt der Anblick des genüsslich kauenden Gegenübers das Dopaminsystem an und generiert ein tiefes Verlangen. Es geht also nicht um die Freude des Essens selbst, sondern um die Antizipation dessen, was Freude bereiten könnte.
Sucht und Gewohnheitsbildung
Alle süchtig machenden Drogen, von Nicotin und Alkohol über Amphetamine, Kokain, Crack bis zu Crystal Meth und Heroin haben eines gemeinsam: sie verursachen im Gehirn die massive Ausschüttung des Botenstoffes Dopamin, insbesondere in den sogenannten Basalganglien.
Die Rolle der Basalganglien
Zielgerichtete bewusste Handlungen werden zwar von der Großhirnrinde geplant. Doch vor ihrer Umsetzung müssen sie von den Basalganglien gewissermaßen freigegeben werden. Erst sie entscheiden, ob eine Handlung - etwa der Griff zur Zigarette oder auch zur Heroinspritze -ausgeführt wird oder nicht. Jedes Bewegungsprogramm aktiviert die Basalganglien entlang zweier paralleler „Pfade” (Ketten von Nervenzellen), die wieder in der Hirnrinde münden. Einer der beiden Pfade wirkt verstärkend auf das Bewegungsprogramm in der Hirnrinde, der andere hemmend. Ausgeführt wird das Programm am Ende nur, wenn der verstärkende Pfad die Oberhand gewinnt.
Sucht als Dysregulation der Handlungssteuerung
Eine Sucht ist also eine Dysregulation der Handlungssteuerung, ausgelöst von Substanzen oder von Verhaltensweisen, die in den Basalganglien ein sehr starkes und wiederholtes Belohnungssignal auslösen. Das dabei ausgeschüttete Dopamin stärkt Verbindungen im Nucleus Accumbens, die die Wiederholung vorangegangene Verhaltensmuster wahrscheinlicher machen.
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Gewohnheiten im Gehirn
Zwischen 30 und 50 Prozent unseres täglichen Handelns werden durch Gewohnheiten bestimmt. Neurowissenschaftler verorten Gewohnheiten in den sogenannten Basalganglien, also den beidseitigen Kernen des Gehirns unterhalb der Großhirnrinde. Wenn jemand zum Beispiel neue Fähigkeiten und Verhaltensmuster erlernt, wird zunächst die Großhirnrinde aktiv. Dort sitzt die Zentrale für das bewusste Tun. Je mehr man diese Tätigkeiten übt, desto mehr verselbstständigt sich der Prozess und die Hirnsignale wandern immer tiefer ins Hirninnere. Haben sie sich schließlich als Routine in den Basalganglien festgesetzt, dann ist eine Gewohnheit verinnerlicht.
Die Gewohnheitsschleife
Die Gewohnheitsschleife, der sogenannte Habit Loop, besteht aus drei Schritten:
- Das Signal (Auslöser): Bei einem bestimmten Reiz aus der Umgebung - das kann ein Gefühl, eine bestimmte Tageszeit oder eine Emotion sein - wechselt das Gehirn in den automatischen Modus.
- Die Routine: Daraufhin folgt die Routine, die auf körperlicher oder mentaler Ebene ausgeführt werden kann sein, zum Beispiel der Kaffee nach dem Mittagessen oder das Anschauen einer Serie im Fernsehen oder Streaming nach einem anstrengenden Tag.
- Die Belohnung: Sie ermöglicht den angenehmen Zustand oder das Ergebnis nach der Routine. Diese Belohnung verstärkt die Schleife, da das Gehirn die erfolgreiche Handlung speichert und sich auf diese freut.
Genau diese Belohnung am Ende der Gewohnheitsschleife macht es so schwer, sich von alten Gewohnheiten zu verabschieden.
Ein neues Modell der Handlungssteuerung
Viele Alltagshandlungen laufen scheinbar automatisch ab - doch sie sind mehr als bloße Reflexe. Unser Verhalten entsteht nicht ausschließlich aus Gewohnheit oder bewusster Planung, sondern aus dem Zusammenspiel komplexer Prozesse im Gehirn. Bisherige Ansätze gingen meist von einem schnellen, automatischen und einem langsamen, überlegten System aus. Die Forscher stellen ein neues Modell vor: Statt klar getrennter Systeme für gewohnheitsmäßiges und zielgerichtetes Handeln steuert ein Netzwerk eng verzahnter Schaltkreise unser Verhalten. Diese sogenannten cortico-basalganglio-thalamo-kortikalen Kreise koordinieren Planung, Bewegung und Kontrolle.
Chunking und Energieeffizienz
Ein weiterer Schlüsselmechanismus ist das sogenannte Chunking. Hierbei bündelt das Gehirn einzelne Schritte zu festen Handlungspaketen. Sobald ein solches Handlungspaket aktiviert ist, läuft es weitgehend ohne bewusste Kontrolle ab. Das spart Energie und schafft Freiraum für andere Aufgaben. Das Gehirn verzichtet bewusst auf aufwendige Berechnungen, wenn Shortcuts effizienter zum Ziel führen.
Erinnerungen und Realitätsverzerrung
Erinnerungen können trügerisch sein. Wie unzuverlässig das Gedächtnis ist, haben deutsche Forscher jetzt erprobt. Die falsche Erinnerung entstand allein aufgrund der Imagination. Die Wissenschaftler wollten diesen bekannten Effekt genauer untersuchen. Gibt es zum Beispiel Menschen, die glauben, sie hätten eine Flasche geschüttelt, weil sie die Aussage "Flasche schütteln" zuvor gelesen haben? Nein, ergaben die Experimente. Doch fanden die Forscher einen anderen Effekt, der sie überraschte.
Beobachtung und falsche Erinnerungen
Sie zeigten einer Gruppe von Probanden ein Video, auf dem ein Mann oder eine Frau zum Beispiel ein Feuerzeug betätigt oder einen Bleistift anspitzt. Auch die Zuschauer des Videos hatten zuvor selber andere einfache Handlungen im Labor durchgeführt. Im Durchschnitt glaubten die Probanden bei jeder vierten bis fünften Handlung, die sie auf dem Video gesehen hatten, diese selber durchgeführt zu haben.
Spiegelneuronen als Ursache?
Die Ergebnisse der deutschen Wissenschaftler stießen auf großes Interesse in der Fachwelt. Zur Erklärung werden Spiegelneuronen genannt. Spiegelneuronen sind Nervenzellen im Gehirn, die beim Beobachten eines Vorgangs Reize auslösen, als führe man die Handlung selber durch. Im Alltag könnten Spiegelneuronen wichtig sein. Es ist zum Beispiel bekannt, dass Kinder manche Bewegungen durch bloße Beobachtung nachahmen können. Das Hirn simuliert offenbar die betrachtete Handlung, als würde sie selber durchgeführt. Dadurch kann es offenbar bei der Erinnerung zu Verwechslungen kommen.
Bereitschaft zu Extremhandlungen
Kurz bevor der Mensch eine bewusste Handlung ausführt, kommt es im Gehirn zu einer elektrischen Spannungsverschiebung - diese wird als Bereitschaftspotenzial bezeichnet. Es entsteht, noch bevor sich der Handelnde bewusst ist, dass er eine Bewegung ausführen wird. Bisher war nicht bekannt, ob das Bereitschaftspotenzial auch der Bewegung bei einer möglicherweise lebensbedrohlichen Entscheidung zugrunde liegt, wie beispielsweise bei einem Sprung einen 192 Meter tiefen Abhang hinab. Die Ergebnisse des Experiments seien vor allem für die Weiterentwicklung sogenannter Gehirn-Maschine-Schnittstellen wichtig. Durch solche Systeme können Querschnittsgelähmte und Schlaganfallpatienten Maschinen mit ihren Hirnsignalen steuern.
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