Archiv der Kategorie: Grundlagen

Erinnern vs Lernen – stabile und flexible Netzwerke im Hippocampus

1. Dezember 2020Forschung, Grundlagen, Lernenarbeitsblattler

Erinnerungen sind ein wichtiger Teil des Lebens, wobei über die Sinne Erlebtes in das Gehirn gelangt, wo es Netzwerke aus Nervenzellen erst zu einer Erinnerung kodieren. Daher bilden stabile Verbindungen zwischen Nervenzellen die wesentliche Grundlage von Erinnerungen. Castello-Waldow et al. (2020) haben den Hippocampus, also den Teil des Gehirns, der für Erinnerungen und das Lernen wichtig ist untersucht. Dabei hatte man sieben Tage lang mit der “Deep-Brain Two-Photon Mikroskopie” die Struktur und Funktion von tiefliegenden Gehirnregionen von Mäusen beobachtet. Dabei sah man, wie einige dieser Nervenzellen während einer neuen Erfahrung als Netzwerk aktiv wurden, d. h., man konnte zum ersten Mal Neuronen direkt dabei beobachten, während sie eine neue Erfahrung kodieren, wobei man ihre Vernetzungen nicht nur nach diesem Lernprozess sondern auch schon davor untersuchen konnte. Man entdeckte dabei, dass die Nervenzellen, die später ein Teil einer Erinnerung bildeten, schon vorher eine stabilere Verbindung zueinander besaßen als diejenigen, die nicht Teil der Erinnerung wurden. In einem zweiten Schritt stellte man den Mäusen eine Lernaufgabe, wobei jene Tiere mit eher stabil vernetzten Nervenzellen im Hippocampus schlechter lernten als solche Tiere, die in diesem Bereich flexible neuronale Verbindungen aufgewiesen hatten. Die Bildung fester Erinnerungen benötigen daher wohl eher stabile Verbindungen zwischen bestimmten Nervenzellen, während flexible Verbindungen zwischen Nervenzellen dagegen besseres Lernen ermöglichen.

Literatur

Castello-Waldow, T. P., Weston, G., Ulivi ,A. F., Chenani, A., Loewenstein, Y., Chen, A. & Attard, A. (2020). Hippocampal neurons with stable excitatory connectivity become part of neuronal representations. PLoS Biology, 18, doi:10.1371/journal.pbio.3000928.

Das menschliche Gehirn ist von Geburt an bereit zum Lernen

2. November 2020Grundlagen, Lernenarbeitsblattler

Das menschliche Gehirn verfügt bei seiner Geburt über eine neuronale Grundausstattung, die es dem Neugeborenen gestattet, etwa etwas zu greifen oder Dinge wahrzunehmen, wobei sich dieses Grundnetzwerk neuronaler Verbindungen mit den körperlichen und sensorischen Erfahrungen, die das Kind vor und nach der Geburt macht, weiter ausformt. Je mehr der dabei entstehenden Synapsenverbindungen in Anspruch genommen, angewendet und erweitert werden, desto differenzierter ist das neuronale System des Kleinkindes. Ist etwa die Grundausstattung eines Kindes bereits eingeschränkt, entweder durch genetische Bedingungen, durch vorgeburtliche Fehlentwicklungen oder durch Geburtsfehler, kann es nicht die Erfahrungen sammeln wie ein vergleichbares Kind, das mit einer gesunden Struktur geboren wird. Es gibt genetische Konstitutionen, etwa bei Kindern, die hochbegabt sind oder die die Fähigkeiten eines Genies in sich tragen, wofür das Gehirn die entscheidende Voraussetzung bildet. Jedoch kann ein noch so mit genetischer Genialität ausgestatteter Mensch diese nicht ausbilden, wenn ihm dafür nicht eine fördernde Umgebung zur Verfügung steht. So prägt die Sprache einen Menschen, wobei etwa die Gewohnheit, dass Kinder meist zwischen dem zweiten und vierten Lebensjahr immer wieder die gleichen Warum-Fragen stellen, diese auch mehrfach beantwortet werden muss, denn das ist für deren geistige Entwicklung wichtig. Erst wenn Kinder etwas älter sind, kann man sie aber dazu veranlassen, sich selbst zu überlegen, was der Grund für etwas sein könnte oder sie dazu bringen, selber sich die Informationen zusammenzusuchen. Schon von Anfang an sind Emotionen für den Lernprozess der Kinder ganz entscheidend, denn alle eingehenden Informationen und Sinnesreize werden im limbischen System, das an der Grenze zwischen Großhirn und Zwischenhirn liegt, gefühlsmässig bewertet. Wenn ein Kind etwas schön und angenehm findet, werden dabei zusätzlich hormonelle Prozesse ausgelöst, die das Denken und somit die Entwicklung des Gehirns fördern. Bekanntlich unterstützt die Emotionalität wesentlich das neuronale Verankern und das Behalten von einmal Gelerntem.

Literatur

https://www.technik-und-wissen.ch/detail/kuenstliche-intelligenz-so-lernen-menschen.html (20-11-02)

Die Bedeutung von Regel für den Menschen

23. Oktober 2020Forschung, Grundlagenarbeitsblattler

Roland Pfister von der Universität Würzburg untersuchte den Einfluss von Regeln auf das Verhalten des Menschen, was vermutlich daran liegt, dass Regeln für das Gehirn eine große Bedeutung haben. Wer sich regelwidrig verhält und dabei erwischt wird, dem drohen Strafen, doch sind Sanktionen nicht der Hauptgrund dafür, warum Menschen sich meist an Regeln halten, vielmehr ist es für Menschen generell schwierig, Regeln zu brechen. Auch unbeobachtet halten sich Menschen an Regeln und haben große Schwierigkeiten, dagegen zu verstoßen.

Menschen suchen in den meisten Situationen nach Strukturen, an die sie sich halten können, d. h., Regeln und Regelmäßigkeiten sind sehr wichtig für das Gehirn, denn ohne Regeln würde die Welt völlig chaotisch erscheinen. Wenn nun Regeln für das Gehirn eine so große Bedeutung haben, können sie nicht einfach ausgeblendet werden, und jedes Mal, wenn Menschen eine Regel übertreten, zögern sie innerlich kurz, was in Computerexperimenten an der Art und Weise sichtbar wurde, wie Versuchspersonen sich zum Zeitpunkt eines Regelbruchs verhalten. In einem aktuellen Experiment etwa schlüpfen die Versuchspersonen in die Rolle von Pizzaausfahrern. Sie wissen, dass sie in eine bestimmte Straße nicht hineinfahren dürfen. Allerdings würde die Benutzung dieser Straße eine erhebliche Abkürzung bedeuten. Im Schnitt verstößt aber jeder zweite Versuchsteilnehmer zumindest gelegentlich gegen die Straßenregel. Allerdings zögern alle für einen Moment, bevor sie jene Computertaste drücken, die in die Einbahnstraße hineinführt.

Regeln haben daher generell für das menschliche Gehirn eine große Bedeutung, denn Menschen suchen in den meisten Situationen nach Strukturen, an die sie sich halten können, da ohne Regeln die Welt völlig chaotisch erscheinen würde. Da Regeln für das Gehirn eine so große Bedeutung haben, können sie nicht einfach ausgeblendet werden, sodass man jedes Mal, wenn man eine Regel übertreten will, innerlich kurz zögert. Wichtig ist dabei aber auch, wie Regeln kommuniziert werden, denn ob man sich an Regel hält oder diese bricht, liegt aber auch daran, wie Regeln kommuniziert werden, also ob sie als Gebot oder als Verbot daherkommen. Pfister et al. (2016, 1920) hat dazu Experimente durchgeführt, die vermuten lassen, dass Verbote weniger effektiv sind als Gebote, was am Wort ‚nicht‘ liegt, das in Verboten auftaucht. Mit einer Negation kann ein Gehirn wenig anfangen, da jede Negation letzlich auch das beinhalten muss, woran man gerade nicht denken soll. Für Roland Pfister ist Regelverhalten ein äußerst spannendes Thema, denn zum einen betrifft es jeden Menschen, zum anderen können die Erkenntnisse, die aus den Forschungen resultieren, von großer Bedeutung für die Gesetzgebung und den Gesetzesvollzug sein. Erhärtet sich die These, dass Verbote weniger wirksam sind als Gebote, müsste neu über die Formulierung von Vorschriften, Anweisungen und Gesetzen nachgedacht werden. Interessant ist darüber hinaus die Frage, aus welchem Grund Menschen Regeln verletzen. Viele Gründe sind theoretisch denkbar.

Interessant ist darüber hinaus die Frage, aus welchem Grund Menschen Regeln verletzen. Regeln werden etwa dann leichter übertreten, wenn der Verstoß Vorteile mit sich bringt. Ein weiterer Grund für Regelverletzungen kann sein, dass es widersprechende Informationen oder zu inklare Formulierungen gibt, wobei manche Menschen gewisse Regeln auch für unsinnig halten. Übrigens werden in abstrakten Experimenten auch solche Regeln befolgt, die keinerlei Nutzen und keinerlei Relevanz haben, denn so halten sich viele Versuchspersonen an die Anweisung, auf einem iPad bestimmte Wischbewegungen zu machen, auch wenn es keinen Schaden verursachen würde, in die andere Richtung zu wischen. Generell zeigt sich, dass der Mensch für Regelbrüche nicht gemacht ist, und selbst dort, wo Regeln gebrochen werden, kann sich das Gehirn nicht ohne Weiteres darüber hinwegsetzen, sondern bleibt immer von aktuell geltenden Regeln beeinflusst.

Literatur

Pfister, R., Wirth, R., Weller, L., Foerster, A., & Schwarz, K. A. (2019). Taking shortcuts: Cognitive conflict during motivated rule-breaking. Journal of Economic Psychology, 71, 138-147.
Pfister, R., Wirth, R., Schwarz, K., Steinhauser, M., & Kunde, W. (2016). Burdens of non-conformity: Motor execution reveals cognitive conflict during deliberate rule violations. Cognition, 147, 93-99.
https://idw-online.de/de/news756180 (20-11-12)

Wie die Bildung von Erinnerungen im Hippocampus funktionieren könnte

21. Oktober 2020Forschung, Grundlagen, wissenswertarbeitsblattler

Fredes et al. (2020) haben die Bildung von Erinnerungen untersucht, indem sie den Signalweg im Hippocampus im Gehirn kontrollierten und zeigten, wie dieser die Bildung von Erinnerungen beim Erleben neuer Umgebungen steuert. Der Hippocampus ist bekanntlich jener zentraler Bereich im Gehirn, der eine zentrale Rolle bei der Übertragung von Informationen aus dem Kurzzeitgedächtnis in das Langzeitgedächtnis spielt. Dabei konzentrierte man sich in dieser Untersuchung auf die Verbindung zwischen den Moos-Zellen, die Signale von Sinneseindrücken über die Umwelt empfangen, und den Granule-Zellen, an die diese Informationen weitergeleitet werden. Man verwendete für diese Studie vier verschiedene Ansätze. Als erstes untersuchte man die komplexen Strukturen, mit denen Moos-Zellen und die Granule-Zellen verbunden sind, unter dem Mikroskop. Dann maß man mithilfe gentechnisch veränderter Neurone von Live-Aufnahmen die Neuronenaktivität im Hippocampus von Mäusen, die man in eine neue Umgebung gesetzt hatte. Dabei beobachtete man, dass die Aktivität der Moos-Zellen, die die Signale an die Granule-Zellen sendeten, zunächst hoch war und dann immer niedriger wurde. Als die Mäuse nach einigen Tagen in eine andere neue Umgebung gebracht wurden, stieg die Aktivität wieder an, was zeigt, dass diese Neuronen spezifisch für die Verarbeitung neuer Umwelteinflüsse relevant sind. In einem dritten Ansatz folgte man den Signal-Spuren in Nervenzellen, wobei die Aktivität in den untersuchten Neuronen die Expression eines bestimmten Gens auslöst, was bedeutet, dass dort ein bestimmtes Protein produziert wird. Je mehr Aktivität vorhanden war, desto mehr von diesem Protein fand man danach. In den Granule-Zellen entdeckte man dabei große Mengen des Proteins, die mit der Aktivität der Moos-Zellen korrelierten. Schließlich führte man Verhaltensstudien durch, um die Auswirkungen dieses Pfades im Hippocampus auf die Gedächtnisbildung zu untersuchen. Man kombinierte einen kleinen elektrischen Schock als negativen Reiz mit einer für das Tier neuen Umgebung, wobei die Mäuse schnell lernten, die neue Umgebung mit unangenehmen Gefühlen zu assoziieren, und sie reagierten darauf, indem sie wie festgefroren stillstanden. Diese negative Reaktion war später auch dann messbar, wenn gar kein Schock vorhanden war. Nach dieser Konditionierung verabreichte man den Mäusen Medikamente, um die Aktivität der Moos-Zellen zu hemmen. Als man dann die negative Konditionierung mit den elektrischen Reizen in der neuen Umgebung durchführte, erinnerten sich die Mäuse danach nicht an den Zusammenhang zwischen der neuen Umgebung und dem unangenehmen Gefühl. Falls man die Tiere sich zuerst an die neue Umgebung gewöhnen ließ und erst dann konditionierten, kam es auch zu keinerAktivierung der Moos-Zellen und somit auch zu keinen Zusammenhang zwischen der neuen Umgebung und den Schocks im Gedächtnis der Tiere. Als die Moos-Zellen hingegen künstlich mit Medikamenten aktiviert wurden, konnten sich diese Assoziation auch dann noch bilden, wenn die Tiere bereits an die neue Umgebung gewöhnt waren. Dies zeigt deutlich, wie die Moos-Zellen im Hippocampus auf neuen Input reagieren und bei Mäusen die Bildung neuer Langzeiterinnerungen auslösen. Ob diese Ergebnisse auf das menschliche Gehirn übertragbar sind, ist noch eine offene Frage. Diese Grundlagenforschung könnte aber dazu beitragen könnte, degenerative Hirnerkrankungen zu bekämpfen, die die Gedächtnisbildung beeinträchtigen.

Literatur

Felipe Fredes, Maria Alejandra Silva, Peter Koppensteiner, Kenta Kobayashi, Maximilian Joesch, Ryuichi Shigemoto (2020). Broadband Mie-driven random quasi-phase-matching. Current Biology, doi:10.1016/j.cub.2020.09.074.
https://nachrichten.idw-online.de/2020/10/15/erinnerungen-an-das-neue/ (20-10-20)

arbeitsblätter news

Ergänzende Texte zu Werner Stangls psychologischen und pädagogischen Arbeitsblättern

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Das menschliche Gehirn ist von Geburt an bereit zum Lernen

Die Bedeutung von Regel für den Menschen

Wie die Bildung von Erinnerungen im Hippocampus funktionieren könnte