Das menschliche Gehirn ist ein komplexes Organ, das ständig Informationen verarbeitet. Die Frage, welche Gehirnhälfte Informationen schneller verarbeitet, ist Gegenstand intensiver Forschung. Während die linke Gehirnhälfte traditionell mit logischem Denken und Sprache in Verbindung gebracht wird, und die rechte eher für räumliches Denken und Kreativität, ist die Realität vielschichtiger. Beide Hemisphären arbeiten zusammen, aber jede hat ihre Spezialgebiete.
Die Spezialisierung der Gehirnhälften
Die linke Gehirnhälfte ist maßgeblich an der Koordination der rechten Körperhälfte beteiligt. Sie übernimmt Aufgaben des logischen Denkens, wie beispielsweise das Lösen mathematischer Probleme oder das Auswendiglernen von Informationen. Darüber hinaus fungiert die linke Gehirnhälfte als Kontroll- und Sicherheitsinstanz, die eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung von Ordnung und Stabilität spielt.
Einige Fähigkeiten sind stärker in der linken Gehirnhälfte verankert:
- Motorische Sprachsteuerung: Die komplexen Vorgänge während des Sprechens werden dort kontrolliert.
- Verständnis abstrakter Begriffe: Begriffe wie Glück und Liebe, also Konzepte, die nicht konkret sind, werden vorwiegend in der linken Gehirnhälfte verarbeitet.
- Wahrnehmung von Details: Die Wahrnehmung von Details findet hauptsächlich in der linken Gehirnhälfte statt.
- Wahrnehmung von zeitlichen Details: Kleine Unterschiede zwischen Zeitabständen werden ebenfalls dort verarbeitet.
Die rechte Hemisphäre hingegen ist primär zuständig für die Verarbeitung von Bildern, Musik und räumlichem Denken.
Es wird demnach vermutet, dass sehr detaillierte Funktionen einer Gehirnhälfte zuzuordnen sind, es aber nicht möglich ist, größere Funktionen, wie z.B. analytisches Denken, ausschließlich der linken oder rechten Gehirnhälfte zuzuschreiben.
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Zusammenspiel der Hemisphären
In den allermeisten Fällen agieren beide Hemisphären in Kombination, um komplexe Aufgaben zu lösen. Eine Studie der Goethe-Universität in Frankfurt am Main hat das Zusammenspiel der beiden Gehirnhälften beim Sprechen untersucht und ist zu neuen Erkenntnissen gekommen. Es konnte festgestellt werden, dass die linke Gehirnhälfte zeitliche Aspekte wie den Übergang von Sprachlauten kontrolliert, während die rechte Hirnhälfte dafür zuständig ist, dass die Laute, die unser Mund formt, auch so klingen wie sie klingen sollen. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass die linke Hemisphäre bevorzugt zum Steuern schneller Bewegungen genutzt wird, während die rechte Seite besser langsame Abläufe kalibrieren kann.
Das Gedächtnis befindet sich in beiden Gehirnhälften. Das episodische Gedächtnis findet sich in der rechten Hirnregion wieder, während das semantische Gedächtnis in der linken Hemisphäre sitzt. Für die Merkfähigkeit brauchen wir also unser komplettes Gehirn.
Ultraschnelle Prozesse und neuronale Mechanismen
Forschende der Universität Freiburg haben gemeinsam mit Partnern den Mechanismus ultraschneller Kalziumpumpen in Nervenzellen entschlüsselt. Diese sogenannten PMCA2-Neuroplastin-Komplexe arbeiten mit mehr als 5.000 Zyklen pro Sekunde und beenden Kalziumsignale im Millisekundenbereich - und damit 100-mal schneller als bisher bekannt. Damit tragen sie entscheidend zur schnellen Informationsverarbeitung im Gehirn bei. Die Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven für das Verständnis neuronaler Erkrankungen und mögliche therapeutische Ansätze - zum Beispiel gegen erblich bedingte Taubheit.
Diese Pumpenkomplexe in der Zellmembran entfernen Kalziumionen in Nervenzellen mit Transportraten von mehr als 5.000 Zyklen pro Sekunde - und damit mehr als 100-mal schneller als bisher bekannt. Zudem wurde der entscheidende Funktionsmechanismus für die hohen Pumpgeschwindigkeiten identifiziert, und damit eine fundamentale Voraussetzung für die Informationsverarbeitung im Millisekundenbereich geklärt.
Kryo-elektronenmikroskopische Analysen von Plasmamembran-Kalzium-ATPase-2-(PMCA2)-Neuroplastin Pumpen zeigen: Die Kalziumpumpen wirken mit dem Membranlipid PtdIns(4,5)P2 zusammen. Dessen Bindung erlaubt Schlüsselschritte im Transportzyklus, etwa die schnelle Bindung und Abgabe der Kalziumionen und ermöglicht so die außergewöhnlich hohe Pumpleistung.
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Sprachverarbeitung im Gehirn
Unser Gehirn leistet Erstaunliches, wenn es um die schnelle Verarbeitung von Sprache geht. Egal ob im Gespräch, beim Zuhören, beim Lesen oder Schreiben: Sprache ist Kopfsache. Wir denken in einer Sprache und wir teilen unsere Gedanken (meist) in Worte gefasst. Die Sprache ist also essenziell für die zwischenmenschliche Kommunikation. Um den Gesprächsfluss aufrecht zu erhalten, versuchen wir die nächsten Worte unseres Gesprächspartners zu erahnen, bevor dieser sie ausgesprochen hat und verarbeiten gleichzeitig das Gesagte zu neuen Gedanken.
Spielt man Versuchspersonen gleichzeitig auf dem linken und rechten Ohr zwei unterschiedliche Silben vor, geben die meisten Menschen an, nur das gehört zu haben, was auf dem rechten Ohr gesagt wurde. Das deutet darauf hin, dass bei diesen Prozessen die linke Hirnhälfte gegenüber der rechten überlegen ist.
Forscherinnen präsentierten 36 Probanden 300 Millisekunden lang unterschiedliche Drei-Wort-Sequenzen - entweder ganze Sätze wie „Krankenschwestern reinigen Wunden“ oder Wortlisten wie „Herzen Lungen Lebern“. Es zeigte sich, dass der linke Temporallappen, welcher das Sprachverständnis steuert, die dreiwörtigen Sätze bereits nach 127 Millisekunden verarbeitete - fast so schnell wie das Gehirn Bilder erkennt und schneller als es gesprochene Sprachfetzen wahrnimmt. In der Zeit, die es braucht, um eine Silbe zu hören, kann das Gehirn tatsächlich die Struktur eines kurzen Satzes erkennen. Weil die Probanden alle Wörter gleichzeitig im Blickfeld hatten, half ihnen jedes weitere Wort im Satz dabei, auch die anderen Wörter des Satzes zu erkennen und zu verstehen. Das im Vergleich zu reinen Wortlisten stärkere Sprachsignal im Gehirn zeigte sich auch dann noch, wenn der Satz grammatisch falsch war - wie etwa bei „Krankenschwestern reinigt Wunden“. Das deutet laut den Forscherinnen darauf hin, dass der linke Temporallappen eher auf die Struktur eines Satzes reagiert als auf dessen Bedeutung.
Dabei hätten die Nervenzellen des linken Planum temporale eine höhere Anzahl an neuronalen Verbindungen, als die der rechten Hirnhälfte. Der Test an fast hundert Versuchspersonen habe dabei gezeigt, dass Versuchspersonen mit einer besonders schnellen Sprachverarbeitung in der linken Hirnhälfte auch besonders viele Nervenzellfortsätze im linken Planum temporale besaßen. „Aufgrund dieser Mikrostruktur ist die Sprachverarbeitung linksseitig schneller und wahrscheinlich auch die zeitliche Präzision höher, mit der das Gehörte entschlüsselt wird“, folgert Ocklenburg.
Aufmerksamkeit und Informationsverarbeitung
Dass das Gehirn Informationen bevorzugt verarbeitet, auf die wir unsere Aufmerksamkeit richten, ist seit Langem bekannt - ein klassisches Beispiel ist der sogenannte Cocktailparty-Effekt: „In einer Umgebung voller Stimmen, Musik und Nebengeräusche gelingt es dem Gehirn, sich auf eine einzelne Stimme zu konzentrieren. Die übrigen Geräusche sind objektiv nicht leiser, werden aber in diesem Moment weniger stark wahrgenommen“, erläutert Hirnforscher Dr. Eric Drebitz von der Universität Bremen.
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Nervenzellen arbeiten nicht kontinuierlich, sondern in einem schnellen Takt: Für wenige Millisekunden sind sie besonders aktiv und empfänglich, dann folgt ein Zeitfenster geringerer Aktivität und Erregbarkeit. Dieser Zyklus wiederholt sich etwa alle 10 bis 20 Millisekunden. Nur wenn ein Signal kurz vor dem Höhepunkt dieser aktiven Phase eintraf, veränderte es das Verhalten der Neurone. Diese zeitliche Abstimmung sei der grundlegende Mechanismus der Informationsverarbeitung.
Visuelle Informationsverarbeitung
Optische Reize werden auf ihrem Weg vom Auge über verschiedene Verarbeitungsstufen im Gehirn auf vielfältige Weise analysiert. Erst im Laufe dieser Verarbeitungsschritte gelangen die Reize auch in die bewusste Wahrnehmung. Die dem Bewusstsein vorgeschaltete Verarbeitung des visuellen Reizes nimmt in der Regel etwa 300 Millisekunden in Anspruch. Die Max-Planck-Forscher konnten nun zeigen, dass der zeitliche Ablauf dieses Verarbeitungsprozesses keineswegs starr, sondern veränderlich ist.
Sobald die Versuchspersonen wussten, welches Symbol sich im Rauschen versteckt, konnten sie es also besser wahrnehmen. Die Hirnstrommessungen zeigten zudem Erstaunliches. „Wir haben beobachtet, dass sich die Hirnströme für bewusste Wahrnehmung zeitlich verändern, je nachdem ob eine Erwartung vorhanden ist oder nicht“, sagt Lucia Melloni.
Die Rolle der weißen Substanz
Um dieses Denken in Handlung zu überführen, von der langsamen Informationsverarbeitung zu einer schnellen Reaktion zu kommen, müssen eben - so das Forschungsteam um Hauptautor Linden Parkes - die Kommunikationswege sehr schnell arbeiten, also die weiße Substanz besonders gut funktionieren. Und das gelingt nicht allen Gehirnen gleich gut: "Wir haben festgestellt, dass Unterschiede in der Informationsverarbeitung des Gehirns bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten dazu beitragen, die Unterschiede in den kognitiven Fähigkeiten von Menschen zu erklären", so Parkes.
Methodische Herausforderungen
Wie schnell das Gehirn eine einzelne Information verarbeitet, ist so nicht messbar. Das liegt zum einen an der Methodik, zum anderen an der Arbeitsweise des Gehirns. Mit Hilfe eines Magnetenzephalographen oder eines Elektroenzephalogramms, bei dem der Proband Elektroden auf dem Kopf platziert bekommt, lassen sich zwar Signale bis zu 600 oder 1 000 Hertz messen, dies sind jedoch keine schönen, regelmäßigen Wellen. Damit jedoch von außen auf dem Kopf Wellen messbar sind, müssen viele 10 000 oder 100 000 Zellen grob die gleiche Aktivität zeigen. Die Wellen sind somit sehr große Muster, die als Epiphänomen entstehen. Sie sind ein Nebenprodukt der Hirntätigkeit, aber nicht die Hirntätigkeit selbst. Wellen selbst stehen daher nicht direkt für neuronale Information. Die Geschwindigkeit der Alpha-Wellen hat nichts mit der Geschwindigkeit der Kommunikation oder der Informationsverarbeitung zu tun.
Das menschliche Gehirn besteht aus etwa 80 Milliarden Nervenzellen, die alle gleichzeitig arbeiten. Das heißt, statt von einer Welle muss man eher von 80 Milliarden einzelnen Kanälen im gesamten Gehirn ausgehen, die alle Informationen transportieren. Die Zellen des Gehirns schicken sich gegenseitig einzelne elektrische Impulse. Eine einzige Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit ist nicht sinnvoll definiert. Stattdessen muss man dafür spezifizieren, ob mit Geschwindigkeit die Latenz oder Bandbreite gemeint ist: Latenz gibt die Zeit an, die beispielsweise ein optischer Reiz benötigt, um vom Auge in den visuellen Cortex zu gelangen. Diese Zeit ist messbar und beträgt beim Menschen etwa 50 oder 60 Millisekunden.
Gehirntraining
Ein ganzheitliches Gehirntraining ist effektiver als nur die linke Gehirnhälfte zu trainieren. Um die Fähigkeiten der linken Gehirnhälfte zu trainieren, bieten sich vor allem Übungen der Kategorie schlussfolgerndes Denken an, diese werden in der linken Hemisphäre verarbeitet. Unsere Übungen trainieren die Logik, sowie Deduktion und Induktion. Damit trainieren Sie die Hauptfähigkeit der linken Gehirnhälfte. Da die linke Gehirnhälfte die rechte Hand kontrolliert, können gerade Linkshänder davon profitieren, einfache Aufgaben wie das Zähneputzen mit der rechten Hand zu erledigen.
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