Das kleine ABC der Neuronen: Eine Zusammenfassung von Manfred Spitzer

Manfred Spitzer, ein bedeutender deutscher Gehirnforscher, beleuchtet in seinem Vortrag "Das kleine ABC der Neuronen" die faszinierende Welt der Nervenzellen und ihre Bedeutung für das Lernen. Der Vortrag ist Teil der SWR2-Sendereihe "Aula für Kinder", die komplexe wissenschaftliche Themen für ein junges Publikum aufbereitet. Spitzer erklärt auf verständliche Weise, wie Neuronen funktionieren, wie sie miteinander kommunizieren und wie diese Prozesse unser Denken, Fühlen und Handeln beeinflussen.

Die Grundlagen: Was sind Neuronen?

Neuronen, auch Nervenzellen genannt, sind die elementaren Bausteine des Gehirns und des Nervensystems. Sie sind spezialisiert auf die Leitung und Verarbeitung von Signalen. Ein Neuron besteht typischerweise aus drei Hauptteilen:

• Dendriten: Diese "Eingangskabel" empfangen Signale von anderen Neuronen und leiten sie zum Zellkörper weiter.
• Zellkörper (Soma): Hier werden die eingehenden Signale verarbeitet. Wenn die Summe der Signale einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, erzeugt das Neuron ein Ausgangssignal.
• Axon: Dieses "Ausgangskabel" leitet das Signal an andere Neuronen, Muskel- oder Drüsenzellen weiter. Am Ende des Axons befinden sich Synapsen.

Die Kommunikation: Synapsen und Neurotransmitter

Die Kommunikation zwischen Neuronen erfolgt über spezielle Kontaktstellen, die Synapsen. Wenn ein elektrisches Signal das Ende des Axons erreicht, werden Neurotransmitter freigesetzt. Neurotransmitter sind chemische Botenstoffe, die über den synaptischen Spalt zur nächsten Zelle wandern. Manche Neurotransmitter erhöhen die elektrische Erregung der Zielzelle (erregende Neurotransmitter), andere hemmen sie (hemmende Neurotransmitter).

Das Netzwerk: Neuronale Verschaltungen und Lernen

Neuronen sind in komplexen Netzwerken miteinander verschaltet. Diese Netzwerke sind nicht starr, sondern verändern sich ständig durch Erfahrung. Wenn zwei Neuronen gleichzeitig aktiv sind, verstärkt sich die Verbindung zwischen ihnen. Dieser Prozess wird als synaptisches Lernen bezeichnet und ist die Grundlage für unser Gedächtnis und unsere Fähigkeit zu lernen.

Synaptisches Lernen: Sind miteinander verbundene Zellen gemeinsam aktiv, verstärken sich die Synapsen. Demnach aktiviert der Anblick beispielsweise eines Apfels immer wieder eine Anzahl miteinander verknüpfter Pyramidenzellen. Deren Verbindung verstärkt sich nach und nach, eine neuronale Assembly entsteht, deren Aktivität den Apfel repräsentiert. Je öfter sich der synaptische Lernprozess wiederholt, desto leichter lässt sich die Assembly aktivieren. Irgendwann reicht es, nur Teile des Apfels verschwommen zu erblicken, um das Zellensemble zu zünden und damit den ganzen Apfel im Geist aufscheinen zu lassen. Solch synaptisches Lernen in der Großhirnrinde ist langsam und lebt von der Wiederholung.

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Emotionen und Lernen: Die Rolle des Mandelkerns (Amygdala)

Spitzer betont die Bedeutung von Emotionen für das Lernen. Im "Angstmodus" steht das Gehirn unter dem besonderen Einfluss der Amygdala (Mandelkerns), eines Hirnteils, der für die Verarbeitung von Emotionen zuständig ist. Die Aktivität der Amygdala begünstigt einen eingeengten kognitiven Stil, der ausschließlich darauf ausgerichtet ist, den Quellen der Angst zu entkommen. Spitzer folgert daraus, dass Lernen, Selbstständigkeit und Kreativität vor allem in einem entspannten Klima gedeihen. "Menschen lernen besser, wenn sie mit Freude lernen", ist ein wichtiges Fazit aus Spitzers Beschäftigung mit dem Gehirn.

Kortikale Karten: Die Organisation des Gehirns

Die Neuronen im Gehirn sind nicht zufällig angeordnet, sondern bilden regelmäßige Muster, die so genannten kortikalen Karten. Diese Karten repräsentieren verschiedene Arten von Informationen, wie z.B. Tonhöhen in der Hörrinde oder Körperteile im somatosensorischen Kortex. Die kortikalen Karten sind plastisch und verändern sich durch Erfahrung.

Wissenschaftler haben die neuronale Topographie vor allem für die Kortex-Areale gut untersucht, die von den Sinnesorganen beeinflusst werden. In der Hörrinde reihen sich Neuronen, die benachbarte Tonhöhen repräsentieren, wie die Tasten eines Klaviers aneinander. Im körpersensorischen Kortex ist der Körper mehrfach in "somatotopischen" Karten abgebildet, etwa im berühmten "Homunkulus". Solche Karten bilden sich erfahrungsabhängig. So finden sich in der Sehrinde von Katzen, die ihr Leben lang nur senkrechte Striche betrachten durften, ausschließlich Neuronen, die auf senkrechte Striche ansprechen. Für andere visuelle Reize sind die Tiere unempfänglich. Allerdings existieren nicht für alle Karten solche entscheidenden Phasen, und einmal angelegte Karten müssen auch keineswegs lebenslang unveränderlich sein.

Lernen in der Praxis: Tipps für Pädagogen

Spitzer gibt auch praktische Tipps für Pädagogen, die auf den Erkenntnissen der Hirnforschung basieren:

• Freude am Lernen fördern: Schaffen Sie eine entspannte und positive Lernumgebung, in der sich die Schüler wohlfühlen und Spaß am Lernen haben.
• Beispiele statt stumpfes Auswendiglernen: Kinder brauchen vor allem gut ausgewählte Beispiele. Wie können Lehrer also den Kleinen helfen, ähnlich wie beim Sprechen auf richtige und angemessene Regeln zu kommen?
• Fehler als Chance sehen: Für die Pädagogen von "mathe 2000" ist es wichtig, dass Kinder ohne Angst Fehler machen dürfen.
• Zusammenhänge statt isolierte Fakten: Fakten sollten in einem Kontext stehen, der den Schüler bewegt und interessiert.
• Vielfältige Zugänge nutzen: Lehr- und Lerninhalte sollten vielfältige Zugänge aufweisen und mehrkanalige, kognitive und emotive Verarbeitungsformen miteinander kombinieren.
• Produktives Üben: Die Didaktiker von "mathe 2000" lehnen beispielsweise das vorschnelle Büffeln des Einmaleins und das Rechnen willkürlich gemischter Päckchenaufgaben ab. Stattdessen propagieren sie "produktives Üben", etwa in Form "schöner Päckchen". Dabei werden die Kinder angeregt, Muster zu erkennen und diese zur Korrektur von Fehlern zu nutzen.

Die Rolle des Hippocampus

Eine für das Lernen besonders wichtige Struktur befindet sich am unteren Rand der Hirnrinde, und zwar spiegelbildlich in beiden Hemisphären: der Hippocampus. Der Hippocampus ist auch daran beteiligt, Fakten als neu oder bekannt zu bewerten. Er sorgt dafür, so Spitzer, dass wir nur das lernen, was interessant ist. Einzelfakten attraktiv zu präsentieren oder in Form eines Rätsels finden zu lassen, sei deshalb gewiss ein guter Ratschlag fürs Lernen. "Geschichten und Zusammenhänge treiben uns um, nicht Fakten", meint der Psychiater. Sprich: Geschichtszahlen zu büffeln oder die Knochen des menschlichen Skeletts auswendig zu lernen, ist höchst ineffektiv und oft verlorene Zeit. Fakten sollten in einem Kontext stehen, der den Schüler bewegt und interessiert. Was dies im Einzelfall bedeutet, müssen Pädagogen jeweils herausfinden. Jedoch auch scheinbar typisches Paukwissen lässt sich mit etwas Fantasie oft ganz anders gestalten.

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Digitales Unbehagen: Ein kritischer Blick auf die digitale Welt

Neben den Grundlagen der neuronalen Funktion und ihrer Bedeutung für das Lernen, äußert sich Spitzer auch kritisch zu den Auswirkungen der digitalen Technologie auf unser Gehirn und unsere Gesellschaft. Er warnt vor den Risiken eines übermäßigen Medienkonsums, insbesondere bei Kindern und Jugendlichen. Smartphones verursachen nachweislich Kurzsichtigkeit, Angst, Depression, Aufmerksamkeitsstörungen, Schlafstörungen, Bewegungsmangel, Übergewicht, Haltungsschäden, Diabetes, Bluthochdruck, Sucht (Internetsucht, Spielsucht, Smartphone-Sucht, aber auch mehr Alkohol- und Tabak-Konsum), und ein erhöhtes Risikoverhalten; Smartphones haben bei jüngeren Verkehrsteilnehmern den Alkohol als Unfallursache Nummer 1 abgelöst). Zu den Auswirkungen auf die Gesundheit kommen negative Auswirkungen auf das Sozialverhalten und die Bildung junger Menschen hinzu. Sogar die Grundfesten unserer demokratischen Gesellschaft sind bedroht: Wahlen lassen sich ebenso beeinflussen wie die Emotionen und Meinungen von Menschen.

Eltern und Erziehungseinrichtungen haben Angst, dass ihre Kinder den Anschluss an die Zukunft verpassen, wenn sie nicht möglichst früh mit dem Smartphone und Tablet/PC vertraut gemacht werden. Wenn Heranwachsende an die digitalen Medien und ihrer virtuellen Welt zu früh ausgesetzt werden, werden sie nicht zu selbstbestimmenden Erwachsenen heranreifen. Vor dem 16. Lebensjahr treffen sie auf ein Gehirn, das die Anforderungen und Wirkungen der digitalen Geräte noch nicht verarbeiten kann. Die Ausbildung der Fähigkeiten, die man dazu braucht, werden gerade durch den zu frühen Gebrauch der Geräte verhindert. Deshalb stellen die Wissenschaftler die These auf: "Medienkompetenz beginnt mit Medienabstinenz". Die Frage heißt nicht - für oder gegen digitale Medien - sondern es geht darum, dass Kinder und Jugendliche mit dem Eintritt ins Erwachsenenalter selbständig die Medien beherrschen.

Künstliche Intelligenz: Chancen und Risiken

Spitzer geht auch auf die Fortschritte in der künstlichen Intelligenz (KI) ein. Er betont, dass KI in vielen Bereichen der menschlichen Intelligenz überlegen ist, aber uns Menschen nicht ersetzen wird. Experten, die KI verwenden, werden allerdings Experten, die KI nicht verwenden, ersetzen. Und dies wird in nahezu allen Bereichen geschehen, wie dies mittlerweile in nahezu allen Bereichen der Wissenschaft - von der Altertumsforschung über die Medizin, Biologie Astronomie bis zur Mathematik - geschehen ist. Im Gegensatz zur landläufigen Meinung besitzt KI Intuition, d. h. findet Lösungen, auf die Menschen nicht gekommen sind.

Allerdings warnt Spitzer auch vor den Risiken des unkontrollierten Einsatzes von KI, insbesondere im militärischen Bereich. Autonome Waffen könnten schnell über Leben und Tod entscheiden, ohne dass menschliche Entscheidungen nachvollziehbar sind.

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