Neurowissenschaft

Zwischen Wissen und Handeln liegt manchmal erstaunlich viel

Man kann ziemlich genau wissen, was sinnvoll wäre, und sich trotzdem anders verhalten. Das Handy liegt neben einem, eigentlich sollte eine Aufgabe fertig werden, doch nach einer kurzen Nachricht sind plötzlich zehn Minuten vergangen. Oder man nimmt sich vor, beim nächsten schwierigen Gespräch ruhig zu bleiben, und merkt erst hinterher, dass wieder dieselbe Reaktion schneller war als der gute Vorsatz. Solche Situationen werfen eine Frage auf, die über Disziplin hinausgeht: Wie kommt es, dass Einsicht und Verhalten manchmal so weit auseinanderliegen?

Genau daran setzt mein Interesse an Neurowissenschaft an, denn hinter dem, was wir im Alltag als Denken, Erinnern oder Entscheiden erleben, arbeiten körperliche Vorgänge, die sich zumindest teilweise untersuchen lassen. Damit wird menschliches Verhalten nicht plötzlich einfach, aber manches lässt sich genauer erklären, wenn man versteht, wie das Gehirn Informationen verarbeitet und aus Erfahrungen lernt.

Die Neurowissenschaft untersucht dabei das Nervensystem, während die Psychologie unter anderem fragt, wie Menschen wahrnehmen und handeln. Beide Perspektiven begegnen sich bei Themen wie Lernen oder Gewohnheiten, ohne dass jedes psychologische Ergebnis bereits einen bestimmten Vorgang im Gehirn beweist. Für einen verständlichen Blick auf den Alltag lohnt es sich, diese Ebenen miteinander zu verbinden und trotzdem auseinanderzuhalten, was tatsächlich gemessen wurde.

Wie aus vielen einzelnen Signalen etwas Verständliches wird

Ein sinnvoller Anfang ist die Nervenzelle, auch Neuron genannt, die Signale aufnehmen, verarbeiten und weitergeben kann. Viele dieser Zellen besitzen verzweigte Fortsätze, über die Informationen ankommen, sowie einen längeren Fortsatz, das Axon, über den ein elektrisches Signal weitergeleitet wird. An chemischen Synapsen, den Übergabestellen zwischen Zellen, werden daraufhin Botenstoffe freigesetzt, die an passende Rezeptoren der nächsten Zelle binden. Je nach Verbindung und Rezeptor beeinflusst das, ob die nachgeschaltete Zelle selbst aktiv wird. [1]

Das ist keine einfache Kette, bei der ein einzelner Gedanke vorne hineingeht und hinten wieder herauskommt. Eine Nervenzelle erhält viele Eingänge, die sich gegenseitig verstärken oder abschwächen können, während sie gleichzeitig Teil größerer Netzwerke ist. Auch andere Zelltypen, etwa Gliazellen, gehören dazu, weil sie unter anderem die Versorgung und das Umfeld der Nervenzellen unterstützen. Entscheidend ist deshalb nicht bloß, ob irgendwo Aktivität entsteht, sondern wie die beteiligten Zellen zusammenarbeiten. [2]

Beim Lesen eines Satzes wird diese Zusammenarbeit anschaulich: Buchstaben müssen erkannt, Wörter verstanden und ihre Bedeutungen miteinander verbunden werden, während der Anfang des Satzes noch verfügbar bleibt. Ein unbekanntes Wort kann den Lesefluss unterbrechen, obwohl die Augen problemlos weiterwandern. Die sichtbare Handlung wirkt einfach, dahinter liegen jedoch mehrere Aufgaben, die aufeinander abgestimmt werden müssen.

Deshalb hilft die Vorstellung einzelner Schalter für Vernunft, Angst oder Motivation nur begrenzt. Bestimmte Hirnregionen haben Schwerpunkte, sind aber in Verbindungen eingebunden, deren Bedeutung sich mit der Aufgabe verändert. Wer wissen möchte, warum eine Reaktion entsteht, muss dieses Zusammenspiel betrachten, statt einem einzigen Bereich die gesamte Erklärung zu überlassen.

Was sich beim Lernen tatsächlich verändert

Mit Neuroplastizität ist die Fähigkeit des Nervensystems gemeint, sich durch Erfahrung oder veränderte Bedingungen anzupassen. Dabei können sich beispielsweise die Wirksamkeit von Verbindungen und teilweise auch ihre Struktur verändern. Eine gut untersuchte Form ist die länger anhaltende Verstärkung einer synaptischen Übertragung, die als Langzeitpotenzierung bezeichnet wird. Unter bestimmten Aktivitätsbedingungen kann derselbe Eingang später eine stärkere Antwort auslösen, wodurch sich verändert, wie ein Netzwerk auf Informationen reagiert. [3]

Daneben gibt es länger anhaltende Abschwächungen von Verbindungen, sodass Lernen keineswegs bedeutet, dass einfach immer alles stärker wird. Entscheidend sind passende Veränderungen innerhalb eines Systems, das zwischen Informationen unterscheiden und seine Reaktionen anpassen muss. Solche Mechanismen liefern wichtige Bausteine für das Verständnis von Gedächtnis, erklären aber noch nicht vollständig, wie eine konkrete Erinnerung mit all ihren Einzelheiten entsteht. [4]

Anschaulich ist die Untersuchung angehender Londoner Taxifahrer, die sich über Jahre ein umfangreiches Wissen über die Stadt aneigneten. Bei denjenigen, die ihre Ausbildung erfolgreich abschlossen, fanden Forscher Veränderungen des Volumens grauer Substanz im hinteren Hippocampus, einer an Gedächtnisprozessen beteiligten Region. Die Untersuchung begleitete das Lernen über die Zeit und lieferte damit Hinweise auf Veränderungen im erwachsenen Gehirn, wobei ein größeres gemessenes Volumen nicht automatisch mehr Nervenzellen oder allgemein höhere Intelligenz bedeutet. [5]

Für eine praktische Fähigkeit lässt sich die Bedeutung von Übung leicht nachvollziehen, wenn man sich vorstellt, erstmals eine ungewohnte Werkzeugbewegung auszuführen. Anfangs muss jeder Schritt bewusst beachtet werden, später greifen die Abläufe besser ineinander. Dass jemand diese Bewegung gut beherrscht, bedeutet allerdings noch nicht, dass jede andere Aufgabe ebenfalls leichter fällt, denn gelernt wurde zunächst etwas Bestimmtes.

Gerade diese Begrenzung macht den Begriff für mich brauchbar: Veränderung bleibt möglich, verlangt aber eine passende Erfahrung, statt sich allein aus dem Wunsch nach einem leistungsfähigeren Gehirn zu ergeben. Ein sinnvoller Maßstab wäre deshalb, welche konkrete Fähigkeit sich durch das Üben verbessert und woran diese Verbesserung erkennbar wird.

Warum bekannt vorkommen noch nicht verstanden bedeutet

Wer einen Text mehrfach liest, kann irgendwann das Gefühl bekommen, ihn sicher zu beherrschen, weil Formulierungen vertraut wirken und der nächste Gedanke leicht wiedererkannt wird. Ob das Wissen ohne diese Hilfe verfügbar ist, zeigt sich dagegen erst, wenn man den Text schließt und den Zusammenhang selbst erklären soll. Zwischen dem Wiedererkennen einer Erklärung und dem eigenständigen Abrufen liegt ein Unterschied, der beim Lernen leicht übersehen wird.

Roediger und Karpicke untersuchten diesen Unterschied mit Textmaterial, das Studenten entweder erneut lernten oder aus dem Gedächtnis wiedergaben. Bei späteren Prüfungen zeigte sich ein Vorteil des vorherigen Abrufens, obwohl zusätzliches Lesen kurzfristig überzeugender wirken konnte. Eine Lernkontrolle kann also selbst zum Lernen beitragen, wobei das Ergebnis von Aufgabe und zeitlichem Abstand abhängt und nicht bedeutet, dass Lesen überflüssig wäre. [6]

Auf einen Sachtext übertragen könnte das so aussehen: Nach einem Abschnitt wird die Seite geschlossen und versucht, die Erklärung in eigenen Worten wiederzugeben. Wenn dabei ausgerechnet die Verbindung zwischen zwei Punkten fehlt, ist diese Lücke hilfreicher als das vage Gefühl, alles schon einmal gesehen zu haben. Anschließend lässt sich gezielt nachlesen, was noch nicht verstanden wurde, statt den gesamten Text ohne klare Frage erneut zu überfliegen.

Hinzu kommt, dass wir nur begrenzt Informationen gleichzeitig verfügbar halten und bearbeiten können, was als Arbeitsgedächtnis bezeichnet wird. Beim Kopfrechnen muss etwa ein Zwischenergebnis erhalten bleiben, während bereits der nächste Rechenschritt läuft. Wie viel dabei gelingt, hängt unter anderem davon ab, wie sich Informationen sinnvoll zusammenfassen lassen und welche Vorkenntnisse vorhanden sind. [7]

Häufige Aufgabenwechsel können zusätzliche Zeit kosten, weil jeweils andere Regeln und Ziele aktiviert werden müssen. In Experimenten fallen solche Wechselkosten besonders bei komplexeren Regeln auf, weshalb vermeintliches Multitasking oft besser als rasches Umschalten beschrieben ist. Für den Alltag lässt sich daraus ableiten, einer schwierigen Erklärung zunächst zusammenhängende Aufmerksamkeit zu geben, anstatt nebenbei Nachrichten zu beantworten. [8]

Wie eine Situation zum Auslöser einer Gewohnheit wird

Bei einer Gewohnheit ist nicht allein entscheidend, wie oft etwas geschieht, sondern ob eine vertraute Situation die Handlung zunehmend automatisch auslöst. Durch Wiederholung kann sich eine Verbindung zwischen dem jeweiligen Zusammenhang und einer Reaktion aufbauen, sodass nicht jedes Mal eine neue bewusste Entscheidung nötig ist. Verhaltensforschung untersucht solche Abläufe unter anderem anhand der Frage, wie selbstverständlich eine Handlung in einer bestimmten Situation geworden ist. [9]

Ein Beispiel wäre jemand, der regelmäßig nach dem Abendessen auf dem Sofa zum Handy greift. Anfangs gibt es vielleicht einen konkreten Anlass, später kann bereits das Hinsetzen genügen, obwohl gerade keine bestimmte Nachricht erwartet wird. Der Zusammenhang aus Ort, Zeitpunkt und vorausgehender Handlung wird damit bedeutsam, während die ursprüngliche Absicht bei jedem einzelnen Griff weniger sichtbar sein kann.

Wer stattdessen lesen möchte, steht deshalb vor einer konkreteren Aufgabe als dem Vorsatz, künftig weniger am Handy zu sein. Ein denkbarer Versuch wäre, das Buch vor dem Abendessen an den gewohnten Platz zu legen und das Handy während dieser Zeit außerhalb der unmittelbaren Reichweite zu lassen. So wird es leichter, zum Buch statt zum Handy zu greifen. Ob das im eigenen Alltag hilft, lässt sich über mehrere Abende beobachten.

Forschung zu Gewohnheiten beschreibt sowohl die Bedeutung solcher Umgebungsbedingungen als auch die Schwierigkeit, bereits gelernte Reaktionen durch gute Absichten allein zu ersetzen. Eine andere Handlung muss praktisch möglich werden und Gelegenheit zur Wiederholung bekommen, während alte Auslöser weiterhin Einfluss haben können. Daraus folgt jedoch kein fester Zeitraum, nach dem jeder Mensch jede Gewohnheit zuverlässig geändert haben müsste. [10]

Interessant wäre bei dem Beispiel deshalb auch, wann der Griff zum Handy besonders häufig erfolgt. Passiert es aus Langeweile, während einer unangenehmen Aufgabe oder weil dort eine wichtige Rückmeldung erwartet wird? Je nachdem müsste der Versuch anders aussehen, denn eine beruflich benötigte Nachricht lässt sich nicht sinnvoll mit derselben Lösung behandeln wie gedankenloses Scrollen. Genau dieses Hinsehen bringt mehr Tiefe in die Frage nach Veränderung, als pauschal von mangelnder Willenskraft zu sprechen.

Was Dopamin mit Erwartungen zu tun hat

In diesem Zusammenhang fällt häufig das Wort Dopamin, das gern auf ein einfaches Glücksgefühl reduziert wird. Besonders gut untersucht ist jedoch seine Beteiligung an bestimmten Lernprozessen, bei denen tatsächliche und erwartete Belohnungen miteinander verglichen werden. Klassische Untersuchungen an Affen zeigten, dass viele der beobachteten Dopaminneuronen auf unerwartete Belohnungen reagierten, ihre Reaktion beim Lernen aber auf einen vorhersagenden Hinweis verlagern konnten.

Wenn eine erwartete Belohnung ausblieb, konnte die Aktivität zum erwarteten Zeitpunkt dagegen absinken. Dieser Unterschied zwischen Erwartung und Ergebnis wird als Belohnungsvorhersagefehler beschrieben, wobei damit eine Abweichung gemeint ist, aus der ein System lernen kann. Die Befunde betreffen bestimmte Zellen und Versuchsanordnungen, weshalb Dopamin weder auf diese eine Funktion noch auf eine einfache Erklärung sämtlicher Motivation reduziert werden sollte. [11]

Als Bild für das Prinzip kann ein Paket dienen, dessen Inhalt vorher unbekannt ist: Eine überraschend erfreuliche Lieferung verändert die Erwartung an die nächste, während bei einem zuverlässig bekannten Inhalt weniger Überraschung entsteht. Das Beispiel veranschaulicht, weshalb neben dem Ergebnis auch dessen Vorhersagbarkeit eine Rolle spielt.

Bei einer Veränderung im Alltag ergibt sich daraus eine interessante Überlegung, weil der Nutzen einer Handlung manchmal erst spät sichtbar wird. Wer ein umfangreiches Thema lernt, hat nach einer Stunde vielleicht noch kein fertiges Ergebnis, obwohl bereits etwas verstanden wurde. Eine kleinere, überprüfbare Aufgabe, etwa einen Zusammenhang ohne Vorlage erklären zu können, macht den Fortschritt greifbarer. Das ist eine praktische Idee zur Gestaltung von Lernen, keine Anleitung, den eigenen Botenstoffhaushalt gezielt einzustellen.

Warum Denken unter Druck anders funktionieren kann

Bei Stress verändert sich die körperliche Bereitschaft, auf Anforderungen zu reagieren, wobei unter anderem das sympathische Nervensystem und hormonelle Abläufe beteiligt sind. Diese Reaktionen folgen unterschiedlichen Zeitverläufen, sodass der Zustand direkt zu Beginn einer Belastung ein anderer sein kann als einige Zeit später. Schon deshalb ist die Behauptung, Stress mache Menschen grundsätzlich leistungsfähiger oder grundsätzlich unvernünftig, zu pauschal. [12]

Besonders bedeutsam ist dabei der präfrontale Kortex, also ein Bereich im vorderen Teil des Gehirns, der unter anderem am Planen, Abwägen und Aufrechterhalten von Zielen beteiligt ist. Forschung beschreibt, wie starke, vor allem unkontrollierbare Belastung die Arbeit dieser Netzwerke beeinträchtigen kann. Damit kann es schwieriger werden, mehrere Gesichtspunkte gleichzeitig zu berücksichtigen oder eine naheliegende Reaktion zugunsten eines längerfristigen Ziels zurückzustellen, wobei die Wirkung von Stärke und Art der Belastung abhängt. [13]

In einer Untersuchung von Pabst, Brand und Wolf bearbeiteten Teilnehmer eine Entscheidungsaufgabe zu verschiedenen Zeitpunkten nach Beginn einer Stresssituation. In früheren Zeitfenstern zeigten sich bessere Ergebnisse als bei der Vergleichsgruppe, während das später untersuchte Zeitfenster anders ausfiel. Die Studie liefert damit einen konkreten Hinweis auf die Bedeutung des zeitlichen Verlaufs, aber keine feste Minutenzahl, nach der Entscheidungen im Alltag wieder verlässlich wären. [12]

Man kann sich dazu eine verärgerte Nachricht vorstellen, auf die sofort eine Antwort formuliert wird. Das unmittelbare Ziel könnte sein, den Vorwurf zurückzuweisen, während das eigentliche Anliegen darin besteht, eine Zusammenarbeit zu klären. Wer die Antwort vor dem Absenden noch einmal unter diesem zweiten Gesichtspunkt liest, kann bemerken, ob sie überhaupt zum gewünschten Ergebnis beiträgt. Eine solche Pause garantiert keine gute Entscheidung, schafft aber eine Gelegenheit, das Ziel wieder ausdrücklich zu berücksichtigen.

Gefühle gehören dabei zur Situation und können auf etwas hinweisen, das Aufmerksamkeit verdient, ohne den passenden Umgang bereits vorzugeben. Ärger kann nachvollziehbar sein, während eine bestimmte Formulierung trotzdem unnötig Schaden anrichten würde. Diese Unterscheidung ist für mich der interessante Punkt, weil sie Verständnis für eine Reaktion mit der Frage verbindet, welche Handlung anschließend sinnvoll ist.

Was nach dem Lernen im Schlaf weitergeht

Während des Schlafs ist das Gehirn keineswegs einfach ausgeschaltet, sondern durchläuft unterschiedliche Zustände, in denen sich seine Aktivitätsmuster verändern. Forschung verbindet Schlaf mit der Festigung von Erinnerungen, die zunächst noch anfällig für Störungen sind. Unter Gedächtniskonsolidierung versteht man dabei Prozesse, durch die neu gelernte Informationen stabilisiert und in vorhandenes Wissen eingebunden werden können. [14]

Ein wichtiger Forschungsansatz beschreibt, dass während des Schlafs Aktivitätsmuster erneut auftreten können, die mit vorherigem Lernen zusammenhängen. Für bestimmte Gedächtnisformen wird angenommen, dass dieses Zusammenspiel zwischen Hippocampus und anderen Hirnbereichen zur längerfristigen Organisation der Erinnerung beiträgt. Das geschieht nicht wie das wortgetreue Abspielen eines Films, sondern betrifft neuronale Muster, deren Zusammenhang mit dem späteren Erinnern untersucht wird. [15]

Besonders der Tiefschlaf spielt in diesen Modellen eine wichtige Rolle, doch daraus lässt sich keine einfache Zuordnung ableiten, nach der eine einzelne Schlafphase ausschließlich für eine bestimmte Art von Lernen zuständig wäre. Die beteiligten Vorgänge greifen ineinander, und je nach Aufgabe werden unterschiedliche Effekte untersucht. Deshalb wäre es zu grob, einen ganzen Lernprozess auf einen einzelnen Schlafwert oder eine vermeintlich optimale Phase zu reduzieren. [15]

Außerdem wirkt sich Schlaf darauf aus, unter welchen Bedingungen am nächsten Tag gelernt wird, weil Müdigkeit Aufmerksamkeit und die Aufnahme neuer Informationen erschweren kann. Eine zusätzliche Stunde über einem Text ist deshalb nicht automatisch gleichwertig mit einer Stunde, in der der Inhalt aufmerksam verarbeitet wird. [14]

Beim Lernen eines schwierigen Themas wäre es entsprechend sinnvoll, auch am folgenden Tag zu prüfen, was noch erklärt werden kann. Damit wird sichtbar, ob etwas über den unmittelbaren Moment hinaus verfügbar geblieben ist, statt nur während des Lesens vertraut gewirkt zu haben. Schlaf ersetzt das Lernen dabei nicht, gehört aber zu den Bedingungen, unter denen aus einer ersten Beschäftigung länger verfügbares Wissen werden kann.

Was eine Untersuchung zeigt und was sie offenlässt

Die Bilder aus der Hirnforschung wirken oft unmittelbar verständlich, weil farbig markierte Bereiche den Eindruck erwecken, einen Gedanken direkt beobachten zu können. Bei der funktionellen Magnetresonanztomografie werden jedoch üblicherweise Veränderungen erfasst, die mit der Sauerstoffversorgung des Blutes zusammenhängen und Rückschlüsse auf Aktivität erlauben. Das ist eine indirekte Messung, deren Bedeutung von der Aufgabe, der Auswertung und der Vergleichsbedingung abhängt. [16]

Entsprechend macht es einen Unterschied, ob eine Studie Menschen über einen längeren Lernprozess begleitet oder lediglich zwei Gruppen zu einem Zeitpunkt vergleicht. Ebenso lohnt sich die Frage, ob eine beobachtete Verbesserung nur bei der geübten Aufgabe auftritt oder sich auch in anderen Situationen zeigt. Bei einem Gedächtnistraining wäre ein besseres Ergebnis im immer gleichen Spiel zunächst genau das, während eine Verbesserung des gesamten Alltagsgedächtnisses zusätzlich untersucht werden müsste.

Mit diesen Grenzen lassen sich Forschungsergebnisse besser einordnen. Eine Untersuchung kann einen wichtigen Teil erklären, während andere Fragen offenbleiben, und ein anschauliches Beispiel kann beim Verstehen helfen, ohne selbst ein wissenschaftlicher Beleg zu sein. Beides auseinanderzuhalten schützt davor, aus einer interessanten Beobachtung ein Versprechen zu machen, das die Forschung gar nicht gegeben hat.