Das menschliche Gehirn, ein Wunderwerk der Natur, bestehend aus etwa 100 Milliarden Nervenzellen und einer unvorstellbaren Anzahl an Kontaktpunkten, ermöglicht uns Fähigkeiten, die selbst modernste Supercomputer noch nicht erreichen. Eine seiner herausragendsten Eigenschaften ist die Lernfähigkeit, die uns ein Leben lang begleitet. Lange Zeit ging die Wissenschaft davon aus, dass sich das Gehirn eines Erwachsenen nicht mehr verändert. Doch heute wissen wir, dass es sich bis ins hohe Alter ständig umbaut und anpasst. Einige Neurobiologen vergleichen es sogar mit einem Muskel, der durch Training gestärkt werden kann.
Die Erkenntnis, dass unser Gehirn ein Leben lang lernfähig bleibt, ist wissenschaftlich unumstritten. Ohne diese Fähigkeit wären wir nicht in der Lage, die vielfältigen Herausforderungen zu meistern, denen wir im Laufe unseres Lebens begegnen. Wir können im hohen Alter noch Fremdsprachen lernen, Yoga praktizieren, uns das Gesicht und die Stimme neuer Kollegen merken oder den Weg zu einer neuen Pizzeria einprägen.
Die Plastizität des Gehirns: Grundlage für lebenslanges Lernen
Lernen findet an den Synapsen statt, den Verbindungsstellen, an denen elektrische Signale von einer Nervenzelle zur nächsten übertragen werden. Neurowissenschaftler haben entdeckt, dass Synapsen die Effektivität der Übertragung variieren können, ein Phänomen, das als synaptische Plastizität bekannt ist. Durch einen Prozess namens Langzeitpotenzierung (LTP) kann eine Synapse verstärkt werden, indem sie mehr Botenstoffe ausschüttet oder mehr Botenstoffrezeptoren bildet. Die Übertragung von Signalen kann aber nicht nur verstärkt oder abgeschwächt, sondern auch komplett neu ermöglicht oder gekappt werden.
Synapsen können selbst im erwachsenen Gehirn neu gebildet oder abgebaut werden. An wenigen Stellen, wie zum Beispiel im Riechsystem, können sogar zeitlebens neue Nervenzellen entstehen. Unser Gehirn gleicht also einer ständigen Baustelle, in der Stärkung und Schwächung, Auf- und Abbau die Signalübertragung zwischen Nervenzellen laufend anpassen. Vereinfacht gesagt, wird die Signalübertragung verstärkt, wenn das Gehirn etwas speichert, und abgeschwächt, wenn es etwas vergisst. Ohne diese Plastizität würde dem Gehirn seine grundlegende Lernfähigkeit fehlen.
Wie Training das Gehirn verändert
Wie beim Sport gilt: Je mehr eine bestimmte Fähigkeit gefordert wird, desto effektiver wird sie ausgeführt. Taxifahrer beispielsweise müssen sich gut orientieren und Routen merken können. Durch die tägliche Arbeit wird ihr Ortsgedächtnis immer besser, was Spuren im Gehirn hinterlässt. Forscher haben herausgefunden, dass der Hippocampus, eine für das Ortsgedächtnis zentrale Region im Gehirn, bei Londoner Taxifahrern über die Jahre größer wird. Offenbar benötigt ein trainiertes Orientierungsvermögen mehr Raum!
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Die Plastizität des Gehirns hilft auch, Schäden zumindest teilweise zu reparieren. Sterben beispielsweise bei einem Schlaganfall Nervenzellen ab, können benachbarte Hirnregionen die Aufgaben des betroffenen Gebiets zum Teil übernehmen. Forscher am Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften haben herausgefunden, dass das Gehirn so die Schäden nach einem Schlaganfall zum Teil kompensieren kann.
Die Vernetzung des Gehirns verstehen
Das menschliche Gehirn lässt sich nach verschiedenen Kriterien untergliedern. Entwicklungsgeschichtlich besteht es wie das aller Wirbeltiere aus End-, Zwischen-, Mittel-, Hinter- und Markhirn, auch als Tel-, Di-, Mes-, Met- und Myelencephalon bezeichnet. Besonders auffällig ist die zum Endhirn gehörende Großhirnrinde, der sogenannte Kortex. Sie ist im Laufe der Evolution so stark gewachsen, dass sie fast das gesamte Gehirn umgibt und Sitz vieler höherer geistiger Fähigkeiten ist.
Einzelne Bereiche der Großhirnrinde haben unterschiedliche Aufgaben. Manche Areale sind darauf spezialisiert, Sprache zu verstehen, Gesichter zu erkennen oder Erinnerungen abzuspeichern. In der Regel ist aber keine Region allein für eine bestimmte Fähigkeit verantwortlich, sondern nur im Zusammenspiel mit anderen. Wissenschaftler untersuchen die Verbindungen zwischen Gehirngebieten mithilfe der Magnetresonanztomografie (MRT). Mit dieser Technik können sie die zu Fasersträngen gebündelten Fortsätze von Nervenzellen sichtbar machen, die die Areale der Großhirnrinde miteinander verbinden.
Sprachforscher haben so beispielsweise eine für das Sprachvermögen zentrale Gehirnregion entdeckt: den Fasciculus Articuatus. Ohne dieses Nervenfaserbündel können Kleinkinder keine komplexen Sätze bilden und verstehen. Dies gelingt erst, wenn diese Verbindung genug entwickelt ist. Bei Menschenaffen hingegen sind diese Nervenfasern zeitlebens schwach ausgebildet, weshalb sie trotz jahrelangen Trainings nicht in der Lage sind, selbst einfachste Sätze zu bilden.
Mit der funktionellen Magnetresonanztomografie können Wissenschaftler zwischen aktiven und nicht aktiven Gehirnregionen unterscheiden. Damit haben sie viel über den Aufbau und die Funktionsweise des Gehirns gelernt. So haben Max-Planck-Forscher aus Leipzig herausgefunden, dass bei Menschen, die stottern, ein Ungleichgewicht zwischen der Hirnaktivität von linker und rechter Großhirnhälfte auftritt. Innerhalb des überaktiven rechten Netzwerkes haben sie eine Faserbahn entdeckt, die bei den Betroffenen deutlich stärker ausgebildet ist, als bei Menschen ohne Sprechprobleme.
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Einen exakten Schaltplan des Gehirns lässt sich jedoch mit der MRT-Technik nicht erstellen, da die Genauigkeit der Methode dafür nicht ausreicht. Schließlich sitzen bis zu 10.000 Synapsen auf einer Nervenzelle, insgesamt sind es 100 Billionen. Dies zeigt, wie dicht das Kommunikationsnetz im Gehirn ist. In diesem Netz können einerseits benachbarte Nervenzellen miteinander verknüpft sein, andererseits auch Zellen, die weit voneinander entfernt sind. Wissenschaftler entwickeln deshalb neue Methoden, mit denen sie das Konnektom entschlüsseln können.
Als Modellfälle dienen ihnen dafür Mäuse. Zuletzt haben sie die Verschaltung von Bereichen der Netzhaut des Auges sowie der Großhirnrinde aufgeklärt und herausgefunden, dass Nervenzellen im sogenannten entorhinalen Kortex der Großhirnrinde wie ein Transistor organisiert sind: Bevor eine Nervenzelle eine andere Zelle aktivieren kann, kontaktiert sie eine hemmende Zelle und wird so in ihrer eigenen Aktivität behindert. Anhand solcher Schaltpläne wollen Wissenschaftler lernen, wie das Gehirn funktioniert. An Max-Planck-Instituten arbeiten sie bereits heute daran, die Prinzipien der Informationsverarbeitung aufzuklären. Derzeit konzentrieren sie sich auf einfacher aufgebaute Gehirne, die weniger Nervenzellen und -fasern besitzen als das Gehirn des Menschen.
Modellorganismen für die Hirnforschung
Mäuse sind ein solcher Modellfall für Neurowissenschaftler, da sie als Säugetiere ein ähnlich aufgebautes und funktionierendes Gehirn wie der Mensch besitzen. Noch einfacher aufgebaut und leichter zu untersuchen ist das Gehirn von Zebrafischen und ihrer Larven. So besitzt das Gehirn einer Fischlarve nicht nur lediglich 100.000 Nervenzellen und damit eine Million Mal weniger als das des Menschen, es ist auch noch nahezu völlig transparent.
Auch Wirbellose können ein Modell für Neurowissenschaftler sein. Ihre Nervenzellen sind zwar sehr klein, wodurch ihre Aktivität nicht so leicht gemessen werden kann. Dafür lassen sich wegen der vergleichsweise einfacheren Architektur die Prinzipien von Verschaltungen zur Wahrnehmung und Verarbeitung von Umweltreizen analysieren. So können Forscher anhand des Gehirns von Fruchtfliegen lernen, wie der Geruch von Nahrung die Fortpflanzung beeinflusst. Durch die Analyse des Sehsystems von Schmeißfliegen wollen sie herausfinden, wie die Insekten Bewegungen so unglaublich schnell wahrnehmen können. Selbst ein so einfach aufgebauter Organismus wie der Fadenwurm C. elegans kann wichtige Erkenntnisse liefern.
Wie wir lernen und erinnern
Unser Gehirn verarbeitet Sinneswahrnehmungen, koordiniert Bewegungen und Verhaltensweisen und speichert komplexe Informationen. Doch nicht alles, was wir erleben, bleibt dauerhaft im Gedächtnis. Wie funktionieren also Lern- und Erinnerungsprozesse?
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Im menschlichen Gehirn vernetzen sich ungefähr 86 Milliarden Nervenzellen. Die Neuronen sind über Synapsen miteinander verbunden, die darauf spezialisiert sind, Signale elektrochemisch umzuwandeln und weiterzuleiten. Beim Lernen werden individuell und selektiv erworbene Informationen aus der Umwelt im Gedächtnis in abrufbarer Form gespeichert. Dies geschieht manchmal nur kurzfristig, manchmal auf Erfahrungen aufbauend, auch über längere Zeiträume hinweg, zum Teil sogar für das ganze weitere Leben.
Lernen basiert dabei auf einer spezifischen Verstärkung von bestimmten Synapsen, an denen die Signalübertragung durch biochemische und strukturelle Modifikationen erleichtert wird (Langzeitpotenzierung und synaptische Plastizität). Plastische Synapsen verändern hierbei ihre Struktur und ihre Übertragungseigenschaften, was die Grundlage für Lern- und Gedächtnisprozesse ist. Manchmal bilden sich beim Lernen neue Synapsen oder nicht mehr gebrauchte Synpasen werden abgebaut.
Wie gut wir lernen und uns etwas merken können, hängt von Faktoren wie Aufmerksamkeit, Motivation und Belohnung ab. Dabei werden wichtige von unwichtigen Informationen getrennt. Im Gehirn gibt es keinen zentralen Ort, an dem Informationen gespeichert werden, aber der Hippocampus ist eine zentrale Schaltstelle für viele Gedächtnisinhalte.
Die beste Lernzeit: Individuelle Hochphasen nutzen
Wissenschaftliche Studien zeigen, dass der Mensch täglich zwei "Hochphasen der Konzentration" hat: vormittags zwischen 9 und 11 Uhr sowie am frühen Abend zwischen 16 und 18 Uhr. Allerdings sind diese Zeiten individuell verschieden. Die Randstunden des Tages, also die Zeit direkt nach dem Aufstehen oder vor dem Schlafengehen, eignen sich besonders gut zum Lernen.
Vorteile des Lernens in den Randstunden:
- Verbesserte Merkfähigkeit: Studien zeigen, dass man sich Dinge, die man kurz vor dem Schlafengehen lernt, besser merken kann. Der anschließende Schlaf hilft, die Informationen besser zu verarbeiten.
- Inspiration durch erfolgreiche Menschen: Viele erfolgreiche Menschen schwärmen von ihrer Morgenroutine und erledigen die wichtigsten Aufgaben, bevor der Tag richtig beginnt.
- Ruhe und Ungestörtheit: In den Randstunden ist es ruhiger und man wird seltener durch andere Menschen oder Aktivitäten abgelenkt.
- Weniger Versuchungen: Die Versuchung, andere Dinge zu tun, ist geringer, da viele Alternativen in den Randstunden nicht möglich sind.
- Feste Zeitpunkte zum Lernen: Das Lernen wird zur ersten bzw. letzten Aufgabe des Tages und somit zu einer festen Routine.
Lernmythen entlarvt: Was wirklich funktioniert
Viele Mythen ranken sich um das Thema Lernen. Es ist Zeit, mit einigen der größten Missverständnisse aufzuräumen:
- Lerntypen: Die Idee, dass Menschen unterschiedliche Lerntypen (visuell, auditiv, kinästhetisch) sind, ist weit verbreitet, aber wissenschaftlich nicht belegt. Stattdessen lernen wir alle am besten, wenn der Stoff klar und sinnvoll aufbereitet ist und aktiv verarbeitet wird.
- Multitasking: Multitasking überlastet unser Arbeitsgedächtnis und verringert die Qualität des Lernens. Fokussieren Sie sich stattdessen auf eine Aufgabe zur Zeit.
- Lernen vor dem Schlafengehen: Der Glaube, dass das Lernen kurz vor dem Schlafengehen besonders effektiv sei, ist weit verbreitet. Zwar spielt Schlaf eine wichtige Rolle bei der Gedächtniskonsolidierung, aber der ideale Zeitpunkt zum Lernen variiert von Person zu Person.
- Mozart-Effekt: Das Hören von klassischer Musik macht uns nicht intelligenter. Musik kann uns aber entspannen und motivieren.
- 10.000-Stunden-Regel: Nicht die bloße Dauer, sondern zielgerichtetes Üben ("deliberate practice") ist entscheidend.
- Fehler: Fehler sind unverzichtbar für den Lernprozess. Sehen Sie Fehler als Wachstumschance und reflektieren Sie, was schiefgelaufen ist.
- 10 % des Gehirns: Wir nutzen nicht nur 10 % unseres Gehirns. Neurowissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass praktisch alle Teile des Gehirns aktiv sind.
- Kinder lernen besser: Zwar haben Kinder Vorteile beim Spracherwerb, doch Erwachsene profitieren von ihrer Lebenserfahrung und können neues Wissen leichter mit vorhandenem verknüpfen.
- Lange Lerneinheiten: Kurze, über mehrere Tage verteilte Lerneinheiten (Spaced Repetition) sind effektiver als stundenlanges Pauken.
- Intelligenz ist angeboren: Die Gehirnforschung zeigt, dass sich das Gehirn laufend verändert (Neuroplastizität). Zudem steigert ein "Growth Mindset" - der Glaube daran, dass Intelligenz und Fähigkeiten entwickelt werden können - nachweislich die Lernleistung.
Gehirntraining: Mythos oder Realität?
Gehirntraining ist ein heiß diskutiertes Thema. Ob es wirklich funktioniert und unseren Alltag verbessert, hängt maßgeblich davon ab, wie das jeweilige Programm umgesetzt wird. Ein effektives Gehirntraining sollte personalisiert sein, sich also immer an die individuelle Leistungsgrenze des Nutzers anpassen. Es sollte zielgerichtet sein, sodass nicht nur eine Steigerung in der trainierten Übung erzeugt, sondern auch eine Verbesserung im Alltag bemerkt wird. Weiterhin müssen Dauer und Intensität des Trainings so abgestimmt sein, dass eine größtmögliche Steigerung überhaupt erst erreicht werden kann.
Im Fokus steht dabei oft das Arbeitsgedächtnis, das von Wissenschaftlern als Quelle der fluiden Intelligenz angesehen wird. Neueste Erkenntnisse der Hirnforschung lassen verlauten, dass die Leistungsfähigkeit des Arbeitsgedächtnisses bessere Voraussagen für den akademischen Werdegang zulässt als die Höhe des IQ.
Kriterien für erfolgreiches Gehirntraining:
- Personalisierung: Das Training darf das Gehirn weder über- noch unterfordern.
- Zielgerichtetheit: Eine Übung muss auf spezielle Gehirnfunktionen abzielen, die besonders die Alltagsleistung verbessern.
- Motivation und Regelmäßigkeit: Wie bei jeder Form von Übung sind auch beim Gehirntraining eine Beständigkeit und Kontinuität der Schlüssel zum Erfolg.
- Abwechslung: Wer ständig die gleichen Aufgaben löst, strengt sein Gehirn mit der Zeit immer weniger an.
Tipps und Tricks für effektives Lernen
- Lerneinheiten in Häppchen einteilen: Anstatt stundenlang am Stück zu lernen, solltest du die Lernzeit in Häppchen von etwa 30 Minuten einteilen.
- Regelmäßige Lernzeiten: Der Mensch ist ein Gewohnheitstier - und das Gehirn damit natürlich auch. Lerne daher immer zu den gleichen Zeiten.
- Karteikarten statt Markierungen: Anstatt in Büchern oder Skripten Sätze zu unterstreichen, solltest du dir Karteikarten mit den wichtigsten Infos machen.
- Feste Ziele pro Lerneinheit: Stecke dir pro Lerneinheit ein festes Ziel, zum Beispiel innerhalb von 2 Stunden den Citratzyklus gelernt zu haben.
- Erkläre das Thema jemand anderem: Nur wenn man ein Thema jemand anderen erklären kann, hat man es auch verstanden.
- Lernen vor dem Schlafengehen: Am besten können wir uns Informationen merken, wenn wir sie kurz vor dem Einschlafen konsumieren.
- Sport treiben: Besonders beim Ausdauersport wachsen Nervenzellen im Hippocampus nach.
- Altklausuren nutzen: Altklausuren und IMPP-Fragen helfen, Wissenslücken zu schließen.
- Optimaler Lernplatz: Bereite deinen Lernplatz so vor, dass alles da ist, was du zum Lernen brauchst. Lerne wenn möglich immer an diesem Platz.
- Lernplan erstellen: Der Anfang einer Lernphase ist nicht die erste auswendig gelernte Karteikarte, sondern ein Lernplan!
- Belohnungen: Um sich zu motivieren, hilft es, sich eine Belohnung zu überlegen.
- Leistungskurve beachten: Notieren Sie sich zu Beginn einer Lernphase mehrmals am Tag, wie fit und konzentriert Sie sich gerade fühlen.
- Wiederholungen: Wiederholen Sie den Lernstoff mehrmals. Damit Informationen ins Langzeitgedächtnis gelangen, kommt es nämlich nicht darauf an, wie lange etwas gelernt wird - sondern wie oft.
- Lernpausen einlegen: Wenn das Gehirn stundenlang das Gleiche lernen soll, schaltet es irgendwann ab.
- Eselsbrücken bauen: Wer sich Eselsbrücken baut, setzt sich intensiver mit dem Thema auseinander.
- Schlaf: Schlafen Sie genug! Nur beim Schlafen gelangen Informationen vom Kurzzeitgedächtnis ins Langzeitgedächtnis.
Unterschiede im Lernen von Kindern und Erwachsenen
Die Neurowissenschaftlerin Prof. Dr. Brigitte Röder forscht zur Gehirnentwicklung bei Kindern und den Unterschieden zum Lernen von Erwachsenen. Sie erklärt, dass sich unser Gehirn von Geburt an über viele Jahre entwickelt und bis Mitte der Zwanzigerjahre reift. Lernen ist neuronale Veränderung von Strukturen und Funktionen im Gehirn (Neuroplastizität). In den ersten Lebensjahren nimmt das Gehirn viele strukturelle Veränderungen vor. Es werden überschüssige neuronale Verbindungen abgebaut ("Pruning") und gleichzeitig Verbindungen verstärkt, um effizientere und spezialisierte Netzwerke zu schaffen. Erwachsene haben dagegen schon dieses ausdifferenzierte, effiziente Netzwerk im Gehirn.
Der Prozess des "Prunings" entspricht in der Pädagogik den sensiblen Perioden in der Entwicklung eines Kindes. In diesen Phasen lernt das Kind in einem bestimmten Bereich enorm viel und enorm schnell. Zunächst lernen Kinder die Statistiken der Welt wahrzunehmen, einfache Ereignisketten wie: Was passiert immer zusammen? Was folgt auf was? Das, was sich nicht wiederholt, wird wieder vergessen.
Diese sensiblen Phasen lassen sich zeitlich nicht klar eingrenzen. Sie unterscheiden sich für einzelne Hirnbereiche und haben kein abruptes Ende. Lernen in den jeweiligen Bereichen bleibt auch in späteren Lebensphasen möglich, aber nicht mehr so gut wie in der Kindheit.
Prof. Dr. Röder betont, dass es die falsche Konsequenz wäre, Schülerinnen und Schüler aufzugeben, die erst im späteren Jugendalter mit geringen oder keinen Deutschkenntnissen in unser Bildungssystem kommen. Sicher haben sie Defizite, aber Lernen ist immer positiv, es ist nie negativ. Lernen solle nie aufgeschoben werden. Man sollte die Chancen, die sich frühzeitig bieten, nicht verpassen.