"Call of Duty" gibt Gehirn einen Leistungsschub

Action in Videospielen steigert kognitive Fähigkeiten und Kompetenzen

Videospieler: Action Games fördern Gehirnfähigkeiten
(Foto: schemmi/pixelio.de)

Washington/Straßburg/Wien (pte027/11.11.2014/12:30) - Lern- und Multitasking-Kompetenzen verbessern sich erheblich, wenn User bevorzugt Action-Videogames wie Activion's "Call of Duty" spielen. Laut einer aktuellen PNAS-Studie können Gamer visuelle Objekte kognitiv wesentlich effizienter verarbeiten, diese sogar in Gedanken rotieren und auch Informationen besser festhalten als Nicht-Spieler.

Dass digitaler Input oft sehr positive Seiten haben kann, wissen Experten schon seit längerem. "Gute, pädagogisch wertvolle Computerspiele können die Fähigkeiten und Kompetenzen eines Menschen auf unterschiedliche Weise fördern", erklärt Lisa Brunner vom Institut für Suchtprävention gegenüber pressetext.

Kompetenzerwerb für alle

Eine detaillierte Betrachtung der Studienergebnisse bedeutet für die Medizin- und Lernwissenschaft erhebliche Möglichkeiten zum Fortschritt. Gamer hatten in den durchgeführten Tests einen signifikanten Vorteil darin, genau vorhersagen zu können, was in verschiedenen Szenarien als nächstes passieren würde. Dies konnten die Spieler sogar nebenbei bewältigen, während ihr Aufmerksamkeitsfokus auf von Forschern gestellten Aufgaben gerichtet war.

Personen, die zuvor keine Video-Games gespielt hatten, konnten in den Untersuchungsreihen mit dem Spiel "Call of Duty"-Kompetenzen erwerben. Dazu mussten sie jedoch in einem Zeitraum von zwei Monaten mindestens fünf Mal in der Woche bis zu zwei Stunden gespielt haben. Die erworbenen Multi-Tasking-Skills hielten sich danach etwa ein Jahr in den Gedächtnissen der Versuchspersonen.

Aufbauspiele langweilen Hirn

Eine Vergleichsgruppe sollte im Anschluss an die Tests das weniger spektakuläre soziale Game "Sims 2" spielen. Ergebnisse zeigten, dass die Spieler dadurch keine Kompetenzen erwarben. Experten erklären anhand der Studie, dass in Action-Spielen oftmals völlig unterschiedliche Reaktionen gefragt sind, während diese jedoch kaum miteinander in Beziehung stehen. Ganz anders als zum Beispiel bei Aufbauspielen, die meistens streng nach dem gleichen Schema ablaufen.

Dennoch sollen die Ergebnisse keine Entschuldigung für das dauerhafte Spielen von Video-Games sein. Andere Gehirnfunktionen leiden beim exzessiven Spielen und können im schlechtesten Fall sogar verloren gehen. Gerade bei Kindern kann die Entwicklung beim Dauerspielen gestört werden. Die Studie wurde von Organisationen wie dem Office of Naval Research und dem Human Frontier Science Program finanziert.

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Kleine Fehler beim Lernen sind gut fürs Gedächtnis

Wer beim Raten knapp daneben liegt, baut sich langfristig Stützen auf

Lernender Senior: Fehler können helfen
(Foto: Rainer Sturm, pixelio.de)

Toronto (pte001/28.10.2014/06:00) - Kleine Fehler beim Lernen können letztlich helfen, sich etwas zu merken - allerdings nur, wenn der falsche Tipp von der Idee her zur richtigen Lösung passt. Das hat eine aktuelle Studie von Baycrest Health Sciences ergeben. Dieses Lernen mit Versuch und Irrtum funktioniert nicht nur bei jungen Menschen gut, sondern ebenso bei Senioren. Letzteres widerspricht gängigen Lehrmeinungen und könnte daher Auswirkungen darauf haben, wie ältere Menschen ihr Gedächtnis trainieren.

Die Forscher haben 65 jungen Erwachsenen (Altersschnitt 22) und 64 Senioren (Altersschnitt 72) beim Lernen mittels Versuch und Irrtum studiert. "Zufälliges Raten scheint der späteren Erinnerung an die richtige Antwort nicht zu helfen, aber knapp daneben liegende Rateversuche fungieren als Sprungbrett für das Abrufen der richtigen Information", fasst Andrée-Ann Cyr, Doktorandin bei Baycrest und an der University of Toronto. Das gilt der Untersuchung zufolge für Erwachsene jeden Alters - aber mit der Einschränkung, das ein Tipp von der Bedeutung her und nicht nur lexikalisch-abstrakt zur richtigen Antwort passen muss.

Rosige Verbindungen

Für den Test wurden die Probanden gebeten Begriffe wie "Rose" zu lernen, für die sie zunächst einen groben Oberbegriff ("Blume") oder aber den Wortstamm ("Ro-") kannten. In der Hälfte der Fälle haben die Testpersonen das gesuchte Wort direkt erfahren, sonst mussten sie es erraten. Bei einem späteren Gedächtnistest hat sich gezeigt, dass sich die Teilnehmer immer dann am besten an Begriffe erinnern, wenn sie diese über verwandte Begriffe erraten haben, wie beispielsweise den Blumen-Tipp "Tulpe". Das Raten über den Wortstamm und völlig unpassende Begriffe ("rope", engl. Für Seil) dagegen hat die Gedächtnisleistung sogar verschlechtert.

Cyr und ihre Kollegen vermuten, dass das daran liegt, wie das Gehirn Informationen sortiert, nämlich nach konzeptioneller Verwandtschaft und nicht nach lexikalischer Nähe. Falsche Tipps dürften daher nur dann zur Stütze werden, wenn sie von der Idee her mit der richtigen Antwort etwas gemein haben - wie die Früchte "Birne" und "Apfel" oder eben die Blumen "Tulpe" mit der "Rose". Durch das Lernen mittels Versuch und Irrtum wiederum denkt man intensiver über die Information nach und stellt daher Verbindungen her, die dem Gedächtnis helfen. Das Raten über den lexikalischen Wortstamm dagegen schadet eher, weil es keine wirklich sinnvolle Verbindung gibt.

Raten hilft in jedem Alter

Den Baycrest-Forschern zufolge ist besonders beachtenswert, dass sich das Raten anhand der Begriffsgruppe für beide Altersgruppen bewährt hat. Demnach scheint das Altern sich nicht darauf auszuwirken, wie wir durch Versuch und Irrtum lernen. Deshalb könnten die Ergebnisse profunde Auswirkungen haben. "Sie stellen traditionelle Ansichten über die besten Methoden der Gedächtnis-Rehabilitation bei gesunden Senioren auf den Kopf", betont Baycrest-Forscherin Nicole Anderson, Professorin für Psychologie und Psychiatrie an der University of Toronto. Vorherrschende Lehrmeinung ist nämlich, dass ältere Menschen das Lernen durch Versuch und Irrtum eher vermeiden sollten.

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Menschliches "Sprachgen" macht Mäuse schlauer

Große Bedeutung von FOXP2 beim Spracherwerb - Tests im Labyrinth

Labyrinth: Mäuse lernen mit Gen schneller
(Foto: pixelio.de, H. Hraban Ramm)

Cambridge (pte001/17.09.2014/06:00) - MIT-Forscher haben Mäusen die menschliche Version des "Sprachgens" FOXP2 verabreicht. Mäuse, die über das Gen verfügten, konnten eine Aufgabe automatisch oder unbewusst erlernen. Ein derartiges Lernen ist zum Beispiel erforderlich, um sich den neuen Weg zur Arbeit zu merken. Laut dem Team um Ann Graybiel legen diese Ergebnisse gemeinsam mit anderen Studien nahe, dass das Gen hilft, Tätigkeiten als Kind zu erlernen - und zwar über eine unbewusste Kontrolle der Lippen und Zunge.

Einbau bei Schimpansen fraglich

FOXP2 gilt als das im Zusammenhang mit der Entwicklung des Gehirns am besten erforschte Gen. Es wurde in den 1990er-Jahren in einer britischen Familie entdeckt, deren Mitglieder aufgrund einer Mutation unter schweren Sprachbehinderungen litten. Es zeigte sich, dass FOXP2 einen Transkriptionsfaktor kodiert, also ein Protein, das die Aktivität anderer Gene reguliert und das während der embryonalen Entwicklung im Gehirn aktiv ist.

Der Vergleich des Genoms von Menschen und Schimpansen hat ergeben, dass seit der Spaltung der Entwicklung der beiden zwei entscheidende Mutationen dieses Gens stattgefunden haben. Die Forscher nehmen an, dass diese Mutationen eine Rolle bei der Sprachentwicklung des Menschen gespielt haben. Die große Frage ist, was passieren würde, wenn die menschliche Version dieses Gens Schimpansen verabreicht wird.

Auch wenn sich durch diesen Eingriff womöglich die stimmlichen Möglichkeiten verändern würden, ist diese Frage bis auf Weiteres nicht zu beantworten, da ethische Vorbehalte ein derartiges Forschungsvorhaben nicht zulassen. Die menschliche Version des Gens wurde jedoch Mäusen verabreicht. Es verändert ihre Gehirne auf vielfache Weise. Betroffen sind vor allem die neuronalen Netzwerke, die beim Lernen eine Rolle spielen. Bis jetzt war allerdings unklar, welche Folgen es auf das Verhalten und die Intelligenz geben könnte.

Mäuse finden schneller Futter

Die Wissenschaftler führten für die aktuelle Studie Tests durch, bei denen Mäuse ein T-förmiges Labyrinth durchqueren mussten, um eine Belohung in Form von Futter zu erhalten. Das Labyrinth konnte verändert werden, um unbewusstes und bewusstes Lernen abzutesten. Manchmal wurde das Futter so platziert, dass die Tiere immer in die gleiche Richtung laufen mussten, um es zu finden.

Dieser Vorgang wird mit einem automatischen Lernen in Zusammenhang gebracht. In anderen Fällen wurde das Futter an anderen Stellen positioniert. Visuelle Anhaltspunkte lieferten Hinweise auf das jeweilige Versteck. Zumindest beim Menschen erfordert das Finden dann bewusste Gedankenarbeit.

Die Mäuse mit der menschlichen Version von FOXP2 lernten das Futter schneller zu finden als die anderen Tiere. Sie brauchten dafür nur acht Tage. Die anderen Mäuse lernten es in zwölf Tagen. Das Labyrinth war dabei so ausgerichtet, das bewusstes und unbewusstes Lernen kombiniert werden konnten. War es nur möglich, eine der beiden Strategien einzusetzen, so ließen sich keine Unterschiede zwischen den beiden Gruppen feststellen.

Rätsel um FOXP2 bleibt bestehen

Laut Faraneh Vargha-Khadem vom University College London ist gerade das Erlernen von Sprache ein Vorgang, der bewusstes Denken erfordert. Es hängt aber auch davon ab, dass komplexe Bewegungen der Lippen und der Zunge automatisch erfolgen. FOXP2 könnte einem NewScientist-Bericht nach eine Rolle beim Übergang gespielt haben, als die Menschen erstmals die Fähigkeit zu sprechen erlangten. Trifft das zu, würde das Gen auch eine Rolle beim Spracherwerb von Kindern spielen.

Vargha-Khadem betont allerdings auch, dass FOXP2 in vielen Bereichen des Gehirns aktiv ist und dass die aktuellen Forschungsergebnisse daher nicht unbedingt seine Bedeutung für die Sprache erklären müssen. "Man darf nicht zu viel in diesen Ergebnisse hineininterpretieren", unterstreicht die Expertin. Die Forschungs­ergebnisse wurden im Fachmagazin PNAS veröffentlicht.

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Schlaf für Lernen und Gedächtnis unentbehrlich

Wichtige Verbindungen zwischen Gehirnzellen werden gebildet

Gesunder Schlaf: Gehirn lernt dann wesentlich besser
(Foto: SPL)

New York/Peking (pte008/06.06.2014/10:24) - Den Mechanismus, durch den eine gute Nachtruhe Lernen und Gedächtnis verbessert, haben Wissenschaftler der New York University School of Medicine und der Peking University Shenzhen Graduate School erforscht.

Mit Hilfe von hochentwickelter Mikroskopie wurde die Bildung neuer Verbindungen zwischen Gehirnzellen während des Schlafes beobachtet. Die in "Science" veröffentlichte Studie hat zudem nachgewiesen, dass auch intensives Training fehlenden Schlaf nicht wettmachen konnte.

Ungestörte Schlafphasen wichtig

Es ist allgemein bekannt, dass Schlaf eine wichtige Rolle für das Gedächtnis und Lernen spielt. Was genau im Gehirn geschieht, war jedoch bisher Gegenstand intensiver Diskussionen. Für die aktuelle Analyse brachten die Wissenschaftler Mäusen eine neue Fähigkeit bei - und zwar das Balancieren auf einer sich drehenden Stange.

In einem nächsten Schritt untersuchten die Forscher das Gehirn der lebenden Tiere mit einem Mikroskop. Sie wollten herausfinden, was passiert, wenn die Mäuse entweder schliefen oder unter Schlafmangel litten. Es zeigte sich, dass die vorher ausgiebig schlafenden Tiere deutlich mehr neue Verbindungen zwischen den Neuronen bildeten und daher auch mehr lernten.

Durch das Stören spezifischer Schlafphasen konnten die Experten nachweisen, dass entweder der REM-Schlaf oder der weniger tiefe Non-REM-Schlaf für das Entstehen von Erinnerungen nötig ist. In diesem Stadium spielt das Gehirn die Aktivitäten des Tages erneut ab. Laut Wen-Biao Gan von der New York University ist die Erkenntnis, dass Schlaf die Bildung neuer Verbindungen zwischen den Neuronen bewirkt, neu.

Eindrücke werden erneut verarbeitet

"Wir sind davon ausgegangen, dass Schlaf hilft. Es hätten aber auch andere Auslöser sein können. Jetzt haben wir nachgewiesen, dass er wirklich hilft, Verbindungen entstehen zu lassen und dass das Gehirn während des Schlafes aktiv ist und noch einmal abspult, was während eines Tages geschehen ist. Der Schlaf scheint bei der Entstehung neuer Verbindungen wirklich von entscheidender Bedeutung zu sein", so Gan.

Weitere Tests bestätigten die Wichtigkeit des Schlafes. Mäuse, die eine Stunde trainierten und dann schliefen, wurden mit Tieren verglichen, die drei Stunden lang intensiv trainierten und dann aber nicht schlafen durften. Der Unterschied blieb eindeutig. Die ausgeruhten Tiere schnitten besser ab und das Gehirn bildete mehr neue Verbindungen.

Diese Forschungsergebnisse sind laut Gan auch für Studien mit Kindern von Bedeutung: "Wenn man sich etwas für eine lange Zeit merken will, dann braucht man genau diese Verbindungen zwischen den Zellen. Also ist es wahrscheinlich besser, zu lernen und sich dann auszuschlafen als einfach weiterzumachen."

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Laptops sind keine ideale Lernhilfe

Handschriftliche Notizen fördern Verständnis eher

Notizen auf Papier: sind einfach sinnvoller
(Foto: sassi, pixelio.de)

Princeton (pte011/25.04.2014/13:33) - Für immer mehr Studenten ist das Notebook ein Lernbegleiter, auf dem sie auch ihre Notizen währen Vorlesungen machen. Doch das ist einer aktuellen Studie zufolge gar nicht so gut. "Unsere Ergebnisse zeigen, dass Laptops auch bei korrekter Nutzung - also nicht zum Einkaufen auf Amazon während des Unterrichts - dennoch die akademische Leistung schmälern können", so Pam Mueller, Psychologin an der Princeton University. Um Konzepte wirklich zu begreifen und langfristig zu behalten, ist es immer noch besser, sie wirklich zu Papier zu bringen.

Wissen gehört auf Papier

Mobile Computer halten immer stärker in Hörsälen Einzug, was bisher vor allem aufgrund der potenziellen Ablenkung - durch Spiele, Shopping oder überschwänglichen Online-Medienkonsum - auf Kritik gestoßen ist. Doch die in Psychological Science veröffentlichte Studie zeigt ein viel grundlegenderes Problem. Digitale Notizen scheinen nicht das ideale Mittel, wenn es darum geht, wirklich inhaltliche Konzepte zu verstehen, statt nur einfach Fakten zu behalten. Das hat ein Experiment mit 65 Studenten gezeigt, die sich Notizen zu ausgewählten TED Talks entweder auf einem Laptop oder auf einem Notizblock machen durften.

Nach den Vorträgen, die nicht unbedingt alltägliche Informationen enthalten, mussten die Probanden Ablenkungen über sich ergehen lassen, darunter eine schwierige Gedächtnisübung. 30 Minuten nach dem eigentlichen Vortrag mussten die Studenten dann Fragen zum jeweiligen TED Talk beantworten. Ging es einfach nur um Fakten, war es egal, wie die Probanden mitgeschrieben hatten. Bei konzeptionellen Fragen ("Wie unterschieden sich Japan und Schweden in ihrem Zugang zu Gleichberechtigung in der Gesellschaft?") schnitten die Laptop-Nutzer hingegen deutlich schlechter ab.

Häufig sinnloser Wortlaut

Die digitalen Notizen waren umfangreicher und haben Vorträge eher wörtlich wiedergegeben. Ersteres scheint zwar von Vorteil, Letzteres dagegen hinderlich für den Lernerfolg. Die Forscher vermuten, dass handschriftlich Mitschreibende Information direkt vorverarbeiten und daher Wichtigeres notieren. Daher kam etwas überraschend, dass Notebook-Nutzer auch dann merklich schlechter abschnitten, wenn sie explizit ermuntert wurden, wörtliches Mitschreiben zu unterlassen. Bei Tests eine Woche nach dem Vortrag hatten Studenten mit Notizen auf Papier erneut die Nase vorn. Wieder zeigte sich, dass wörtliche Mitschriften konzeptionellem Verständnis nicht dienlich scheinen.

"Ich glaube nicht, dass wir Menschen in Massen dazu bekommen, zum Notizblock zurückzukehren", sagt Mueller. Doch gibt es einige neue Stylus-Technologien, die vielleicht eher einen sinnvollen Zugang zu digitalen gespeicherten Notizen ermöglichen. Denn solche Geräte hätten auch den Vorteil "gezwungen zu sein, eingehende Information zu verarbeiten, statt sie nur gedankenlos aufzuschreiben". Jedenfalls sollten sich die Menschen bewusst vor Augen führen, wie sie Notizen machen - sowohl mit Blick auf das Medium als auch die Strategie.

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Lernen im Schlaf

Schlafmützen lernen besser!

Schlaf fördert das Gedächtnis
(Foto: Alexandra H./pixelio.de)

Allgemein bekannt war bislang, dass Schlafen unser Gedächtnis unter­stützt. Daher hat man durchaus einen merkbaren Erfolg, wenn man kurz vor dem Zu-Bett-Gehen Lern­inhalte wie etwa ein Gedicht wiederholt.

Experimente

Experimente der Universität Tübingen zeigten jedoch, dass nicht alle Gedächtnisinhalte im Schlaf in den Langzeitspeicher übertragen werden. Während des Tages werden im Hippocampus zunächst die meisten Informationen (Lerninhalte und Erlebnisse) gesammelt. Erst im Tiefschlaf entscheidet dann unser Gehirn, welche Inhalte in den Langzeitspeicher kommen und welche nicht. Die Aufgabe des Langzeitspeichers übernimmt dabei der Neocortex. Das ist zu 90% der stammesgeschichtlich jüngste Teil unserer Großhirnrinde.

Für die Übertragung der im Zwischenspeicher abgelegten Informationen muss unser Gehirn vorübergehend stillgelegt werden. Im Wachzustand würde es zu Verwirrungen kommen. Man geht davon aus, dass wir dann halluzinieren. Diesen Übertragungsprozess kann man ausschließlich in der Phase des Tiefschlafs beobachten und hat daher nichts mit dem Phänomen des Träumens zu tun. Unsere Träume entstehen in der REM-Phase.

Emotionen und Belohnung sind entscheidend

Welche Informationen vom Zwischenspeicher (Hippocampus) in den Langzeitspeicher (Neocortex) während des Tiefschlafs übertragen werden, hängt zum Großteil davon ab, welche Emotionen daran beteiligt sind. Informationen, die mit Wut, Angst oder Lust verknüpft sind werden bevorzugt übernommen. Außerdem konnte man feststellen, dass eine Aussicht auf Belohnung besonders effektiv ist, wenn Gedächtnisinhalte im Schlaf verfestigt werden sollen.

Dies konnte Prof. Born und sein Team der Universität Tübingen mit einem Versuch nachweisen: Ähnlich wie beim Klavierspielen sollten Versuchspersonen zwei Fingerabläufe (Sequenz 1 und Sequenz 2) einüben. Außerdem versprach man den Probanden, dass sie viel Geld bekommen, wenn sie Sequenz 1 besonders gut können. Am nächsten Morgen nahm man das Versprechen wieder zurück, damit die Testpersonen sich nicht bei Sequenz 1 mehr anstrengten als bei der Sequenz 2. Am Ende konnten sie Sequenz 1 besser als Sequenz 2. Das heißt nicht generell, dass man mit Geld und Geschenken gute Schulnoten belohnen sollte. Lob und Anerkennung funktionieren als Belohnung genauso gut.

Lösen von Problemen

Der Schlaf hat zusätzlich noch positive Effekte beim Lösen von Problemen. Wenn man sich mit einer schwierigen Aufgabe tagsüber beschäftigt und zu keiner Lösung kommt, kann es sein, dass man am nächsten Tag kurz vor der Lösung des Problems steht. Im Schlaf werden nämlich Teile des Problems vom Hippocampus in den Neocortex übertragen. Dort verbindet sich dann das Problem mit bereits abgelegten Informationen. Dies bietet uns dann eine neue Perspektive des Problems. Man kann sagen, dass der Schlaf unsere Gedanken neu strukturiert.

Fazit

• Verbinden Sie Lerninhalte mit Emotionen (Emotionen sind der Merkturbo).
• Wiederholen Sie kurz vor dem Schlafen das Gelernte oder Ihr Problem.
• Sorgen Sie für ausreichend Schlaf.
• Lassen sie sich belohnen, oder belohnen sie sich selbst.

Quelle: Spiegel Online: "Wie man Schlaf gezielt einsetzen kann"

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Dieser Artikel wurde von Helmut Lange veröffentlicht und ist unter http://www.langewissen.de/lernen-im-schlaf_273.html abrufbar.

TV-Konsum verringert Lernfähigkeit von Kindern

Wissenschaftler empfehlen Eltern: Nicht mehr als zwei Stunden am Tag

Sandmännchen: Danach sollte ausgeschaltet werden
(Foto: pixelio.de, Rike)

Berlin (pte001/14.08.2013/06:00)
Jede weitere Stunde vor dem Fernsehen wirkt sich bei Kleinkindern negativ auf den Wortschatz und die mathematischen Fähigkeiten aus. Das haben die Medizinerin Linda Pagani und ihr Team von der University of Montreal und der CHU Sainte-Justine-Kinderklinik herausgefunden. Zudem vermuten die Forscher, dass Kleinkinder, die mehr als zwei Stunden täglich TV konsumieren, häufiger unter Fettleibigkeit leiden und auch öfter von ihren Mitschülern ausgeschlossen werden.

Prognosen im Kleinkindalter

"Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass es notwendig ist, die Eltern aufzuklären: Kleinkinder unter drei Jahren sollten nicht mehr als zwei Stunden pro Tag fernsehen - jede Stunde mehr hat einen negativen Einfluss auf die Entwicklung des Kindes", sagt Pagani. So lasse sich auch schon bei Kleinkindern feststellen, ob diese später auch im weiteren Schulverlauf erfolgreich am Unterricht teilnehmen können oder nicht.

Wenn ein Kleinkind schon im Kindergartenalter einen geringen Wortschatz und schlechte mathematische Fähigkeiten hat, wird es diese Defizite später kaum einholen können, zeigt sich die Wissenschaftlerin überzeugt. 991 Mädchen und 1.006 Jungen im kanadischen Bundesland Quebec wurden für die aktuelle wissenschaftliche Analyse untersucht.

Fehler: Fernseher als Betreuer

Die Eltern der Kinder wurden über die Fernsehgewohnheiten befragt. In der Folge wurden Tests mit den Kindern durchgeführt, um deren Fähigkeiten zu prüfen. "Viele Eltern nutzen den Fernseher als Betreuer der Kinder - das ist absolut falsch", so Pagani. Die Reduzierung des TV-Konsums sei ein beeinflussbarer Faktor, um Kinder vom Anbeginn des Kindergartens auf die formale Schulbildung vorzubereiten. Neben schulbezogenen Fähigkeiten würden Kinder mit weniger Fernsehen lernen, soziale Beziehungen zu pflegen und sich körperlich zu betätigen.

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Lernen: Gehirnstimulation hat nicht nur Vorteile

Schnellere Verarbeitung - TES beeinträchtigt automatische Fähigkeiten

Lernen: Gehirn hat trotz Hightech seine Grenzen
(Foto: pixelio.de, luise)

Oxford (pte019/11.03.2013/13:55) - Das Stimulieren des Gehirns mit elektrischen Signalen kann einige Fähigkeiten verbessern, aber auch andere reduzieren. Zu diesem Ergebnis kommt die University of Oxford. Die Transkranielle Elektrische Stimulation (TES) erfolgt durch das Anbringen von Elektroden auf der Kopf­oberfläche. Nachgewiesen ist, dass sie die Lern­geschwindig­keit verdoppeln kann. Das Team um Roi Cohen Kadosh hat jetzt nachgewiesen, dass auch Nachteile entstehen können. Details wurden im Journal of Neuroscience veröffentlicht.

Zuordnen von Symbolen

Die Wissenschaftler zeigten den Probanden Paare unbekannter Symbole. Jedes Symbol verfügte über einen geheimen numerischen Wert. Die Aufgabe bestand darin, so rasch wie möglich ohne Fehler anzugeben, welches der beiden Symbole den höheren Wert besaß. Anschließend wurde die richtige Antwort angezeigt. Innerhalb von sechs Sitzungen in einer Woche war es möglich festzustellen, wie rasch und effizient die Teilnehmer den Wert jedes einzelnen Symbols gelernt hatten.

Für eine zweite Aufgabe mussten die Teilnehmer feststellen, welches der beiden Symbole größer war. Bei diesem Test wurde auf das automatische Denken abgezielt - Fähigkeiten wie Lesen, Autofahren oder Treppensteigen, die laut Cohen Kadosh vorhanden sind, ohne dass daran gedacht werden muss. Der Wissenschaftler führte die Experimente gemeinsam mit Teresa Iucalano vom Stanford Cognitive and Systems Neuroscience Laboratory durch.

Gehirn reagiert unterschiedlich

Während des Tests wurde bei einem Teil der Teilnehmer der hintere Parietallappen mittels TES stimuliert, der für das numerische Lernen von entscheidender Bedeutung ist. Bei einer anderen Gruppe wurde der dorsolaterale präfrontale Kortex stimuliert, der entscheidend für den Automatismus ist. Eine Gruppe erhielt ohne ihr Wissen eine Scheinbehandlung. Jene, deren hinterer Parietallappen behandelt worden war, schnitten bei der Lernaufgabe besser ab. Sie waren es aber auch, die bei der Automatismus-Aufgabe am schlechtesten abschnitten.

Genau das Gegenteil passierte bei der Gruppe, deren dorsolateraler präfrontaler Kortex stimuliert worden war. Die Kontrollgruppe schnitt bei beiden Aufgaben durchschnittlich ab. Laut Kadosh ist damit nachgewiesen, dass TES auch ihren Preis haben kann. Der Forscher arbeitet an einer Lösung dieses Problems. Denkbar ist zum Beispiel die Stimulation beider Gehirnregionen zu verschiedenen Zeitpunkten. "Wenn es Nebenwirkungen gibt, müssen wir die Stimulation optimieren, um die Nebenwirkungen einzuschränken oder zu beseitigen."

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Lernen stark von Sinnesinformationen abhängig

Tests verbessern Werte der Zwei-Punkt-Diskriminationsschwelle

EEG-Messung: fällt bei Probanden unterschiedlich aus
(Foto: MPI CBS Leipzig)

Berlin (pte004/14.02.2013/06:15) - Der Grund, warum manche Menschen schlechter lernen als andere liegt daran, dass das Gehirn die Informationen unzureichend an den entscheidenden Stellen verarbeitet. Manche speichern Sinnesinformationen nicht ausreichend, so Forscher der Ruhr-Universität Bochum, der Humboldt-Universität zu Berlin, der Charité - Universitätsmedizin Berlin und des Leipziger Max-Planck-Instituts (MPI) für Kognitions- und Neuro ­wissen ­schaften.

Reaktion nicht immer gleich

In einem Experiment trainierten die Wissenschaftler den Tastsinn der Probanden, indem sie die Haut an der Hand elektrisch stimulierten. Der Tastsinn gewinnt dadurch üblicherweise an Sensibilität. Die Forscher reizten 30 Minuten lang wiederholt den Tastsinn der Teilnehmer. Vor und nach diesem passiven Training testeten sie die sogenannte Zwei-Punkt-Diskriminationsschwelle - ein Maß für die Sensibilität des Tastsinns.

Dabei übten sie mit zwei Nadeln sanften Druck auf die Hand aus. Dann bestimmten die Forscher den kleinsten Abstand zwischen den Nadeln, bei dem die Testperson sie noch als separate Reize wahrnahm. Im Durchschnitt verbesserte das passive Training die Diskriminationsschwelle um zwölf Prozent. Allerdings nicht bei jedem der 26 Teilnehmer.

EEG-Werte geben Aufschluss

Warum manche besser lernten als andere, untersuchte das Team mittels EEG. Bei guten Lernern veränderte sich die Hirnaktivität im EEG, genauer gesagt die Alpha-Wellen. Diese zeigen unter anderem an, wie effektiv das Gehirn die sensorische Information, die man zum Lernen braucht, verwertet. "Eine spannende Frage ist nun, inwieweit sich die Alpha-Aktivität mit Biofeedback willentlich beeinflussen lässt", sagt Hubert Dinse vom Neural Plasticity Lab der Ruhr-Universität Bochum.

"Das könnte enorme Implikationen für die Therapie nach Hirnschädigung oder ganz allgemein für das Verständnis von Lernvorgängen haben", weiß Dinse. Wie gut wir lernen, hängt von genetischen Aspekten, der individuellen Gehirnanatomie und nicht zuletzt der Aufmerksamkeit ab. "Wir haben in den vergangenen Jahren ein Verfahren etabliert, mit dem wir bei Menschen Lernprozesse auslösen, die keine Aufmerksamkeit erfordern", sagt Dinse. Diesen Faktor konnten die Forscher also ausklammern.

Wissen nützlich für Behandlung

"Wie der Alpha-Rhythmus es schafft, das Lernen zu beeinflussen, untersuchen wir mit Computermodellen. Wir können mit dem Alphaeffekt eine Vorhersage treffen, wie gut jemand lernen kann", sagt Petra Ritter, Leiterin der Arbeitsgruppe BrainModes am MPI Leipzig und der Berliner Charité, gegenüber pressetext.

"Erst wenn wir die Art der komplexen Informationsverarbeitung des Gehirns verstehen, können wir ganz gezielt in die Prozesse eingreifen, um bei Störungen zu helfen", fügt Ritter hinzu. Neue Therapieansätze zu entwickeln, ist das gesteckte Ziel des Kooperations-Netzwerkes, das Ritter koordiniert.

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Gelesene Lerninhalte werden schnell vergessen

Umsetzung neuer Erkenntnisse im schulischen Alltag erst in zehn Jahren

Bücher: Lernmethoden werden sich ändern
(Foto: pixelio.de, Lupo)

Regensburg (pte021/25.01.2013/13:55) - Wieder­holtes Lesen von Lerninhalten bringt keinen nachhaltigen Lerneffekt. Das haben Forscher der Universität Regensburg bewiesen. Die Erkenntnis könnte die Unterrichtsstrategie an Schulen und Universitäten verändern. "Ich schätze, dass die Erkenntnisse in zehn Jahren im Unterricht umgesetzt werden", sagt Studienleiter Karl-Heinz Bäuml gegenüber pressetext.

Selbst aufsagen besser

Den Wissenschaftlern zufolge führt nur die richtige Methode des Lernens zu effektiven Ergebnissen. Wenn etwa ein Schüler ein Gedicht auswendig lernen soll, wird er zwar den Inhalt wiedergeben können, wenn er sich das Gedicht mehrmals durchliest. Nach mehreren Wochen wird sich der Schüler aber nicht mehr daran erinnern können.

Wenn der Schüler aber nach zweimaligem Durchlesen das Gedicht selber aufsagt, ohne es wieder zu lesen, prägen sich die Inhalte besser im Gedächnis ein. Bäuml und seine Kollegin Ina Dobler vom Institut für Psychologie untersuchten erstmals die Effekte zwischen wiederholtem Lesen und eigenständigen Abrufübungen.

Abrufübungen wichtig

Die Experten führten zwei Experimente durch: An einem ersten Experiment nahmen 84, an einem zweiten 48 Versuchspersonen teil. Die Probanden mussten sich mehrere Listen mit Begriffen einprägen. Die Experimente wurden so gestaltet, dass die Probanden gelernte Begriffe entweder durch mehrmaliges Lesen oder durch Abrufübungen wiederholten.

Am Ende der beiden Versuche wurden die Personen abgefragt. Das Ergebnis: Bei einem kombinierten Lernverhalten gleichen sich die Effekte des wiederholten Lesens denen von reinen Abrufübungen an und die beiden Übungsformen führten zunächst zu ähnlichen Gedächtniseffekten. Langfristig war die Methode der Abrufübungen vorteilhafter.

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Nach dem Lernen am besten schlafen

Abends Gelerntes festigt sich besser als am Morgen

Schlafendes Kind: Vor dem Schlaf lernt man am besten
(Foto: Flickr/Woodley)

Notre Dame/Wien (pte019/26.03.2012/13:40) - Um sich Lerninhalte dauerhaft einzuprägen, sollte man am besten nach dem Pauken schlafen. Das berichten Forscher der University of Notre Dame in der Zeitschrift "PLoS ONE". "Nach der Aufnahme neuer Inhalte ist Schlaf für das Gedächtnis optimal. Alle Infos, die man für später behalten möchte, sollte man vor dem Zubettgehen nochmals wiederholen. Denn man sagt so dem schlafenden Gehirn, was es ab­speichern soll", erklärt Studienleiterin Jessica Payne.

Schlaf steigert Effektivität

Die Psychologen ließen 200 Studenten Vokabeln auswendig lernen. Manche der zu lernenden Wort­paare waren semantisch miteinander verwandt, andere wiederum nicht. Diese beiden Arten der überprüften Erinnerung - das episodische und semantische Gedächtnis - braucht der Mensch, um sich im Alltag zu orientieren. Per Zufallsprinzip ließ man die Studenten teils um neun Uhr morgens, teils um neun Uhr abends lernen. Jeweils 30 Minuten sowie zwölf und schließlich 24 Stunden später wurde das Gelernte abgefragt.

Im Zwölf-Stunden-Test schnitten die Studenten nach dem Abendlernen und sechsstündigen Nachtschlaf deutlich besser ab. Lag zwischen Lernen und Kontrolle nur der durchwachte Tag, hatten sie besonders jene Wortpaare wieder vergessen, die zueinander in keinem erkennbaren Zusammenhang standen. Im 24-Stunden-Test - also als bei allen ein Tag und eine Nacht vergangen waren - bestätigte sich das Ergebnis: Lernen vor dem Schlafen ist effektiver - und zwar bei beiden Formen des sogenannten "deklarativen" Gedächtnisses.

Tipps für die Prüfung

"Vor dem Schlaf entscheidet sich, was auf der Festplatte des Gehirns gespeichert bleibt", bestätigt die Wiener Schlafforscherin Brigitte Holzinger im pressetext-Interview. Während am Vormittag die Aufnahme- und Konzen­trationsfähigkeit am höchsten ist, eignen sich die Abendstunden am besten, um bereits Verstandenes nochmals zu wiederholen, da der anschließende Schlaf die Überführung ins Langzeitgedächtnis erleichtert.

Vor großen Prüfungen empfiehlt die Expertin deshalb, in den Tagen davor speziell die Abendstunden zum Lernen zu nutzen. Doch auch der ausreichende Schlaf im Anschluss ist nötig - weshalb man zu viel Stress und Lerndruck besser aus dem Weg geht. "Viele Menschen schlafen bei Erregung schlecht, was auch dem Gedächtnis abträglich sein kann. Deshalb ist es oft besser, am letzten Abend nichts mehr zu lernen."

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Schlafmangel verändert Verdrahtung des Gehirns

Fehlender Synapsen-Abbau bei Jugendlichen infolge von Wachbleiben

Wach in der Nacht: Schlaf ist die Synapsen-Müllabfuhr
(Foto: Flickr/Miller)

Madison/Leoben (pte004/11.10.2011/06:00) - Wenn Jugendliche zu wenig Schlaf bekommen, kann das langfristige Spuren im Gehirn hinterlassen. Einen Hinweis dafür bei Tieren haben Forscher der University of Wisconsin-Madison in der Zeitschrift "Nature Neuroscience" erbracht. Wie sie zeigen konnten, bringt Schlafmangel bei pubertären Mäusen den Rhythmus aus dem Gleichgewicht, in dem die Verbindungen zwischen den Gehirnzellen entstehen.

Ausgleich durch Schlaf

Die Verbindungen der Nervenzellen im Gehirn verändern sich je nach Tageszeit deutlich, zeigen frühere molekular- und elektrophysiologische Studien: Während die sogenannten Synapsen während der Wachzeit aufgrund der laufenden Lernerfahrungen zahlenmäßig zunehmen, werden sie im Schlaf wieder weniger, weil das Gehirn unnötige Verbindungen wieder auflöst. Im 24-Stunden-Rhythmus bleibt deshalb die Gesamt-Synapsenzahl in etwa gleich.

Gleichzeitig strukturiert sich auch in der Jugend das Gehirn neu, da sich gerade zu dieser Zeit viele neue Synapsen bilden und wieder eliminiert werden. Da Jugendliche oft sehr unregelmäßig schlafen - Chronobiologen bezeichnen das immer spätere Zubettgehen sogar als wesentliches Merkmal der Pubertät (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/20090422016) - wollten die Forscher nun den Effekt von Schlafentzug auf das Gehirn erheben.

Gestörte Verdrahtung

Untersucht wurden jugendliche Mäuse, die ein gelb fluoreszierendes Protein bilden. Das erlaubt es, die Zahl der Synapsen im Gehirn mittels Zwei-Photonen-Mikroskopie am lebenden Tier zu beobachten. Mäuse, die nach zehnstündiger Wachzeit zum Wachbleiben gezwungen werden, bilden im sensomotorischen Cortex weiterhin dendritische Dornen, welche die Synapsen beinhalten. Schlafende Tiere bauen hingegen Dornen ab, zeigte sich.

"Wenn man in der Jugend auf Dauer zu viel Schlaf verliert, könnte das den Ergebnissen zufolge lange anhaltende Folgen für die Verdrahtung des Gehirns haben", so die Studienleiterin Chiara Cirelli. Ob der in der Jugend manchmal auftretende chronische Schlafmangel denselben Effekt habe wie die akute Manipulierung, sei jedoch noch nicht geklärt. "Möglicherweise sind die Veränderungen harmlos, kurzfristig und reversibel - oder sie beeinträchtigen die Gehirnreifung dauerhaft. Wir wissen es noch nicht."

Leistungsfähigkeit und Verhalten

"Langfristige neurologische Bewegungsstörungen durch Schlafmangel in der Jugend sind nicht bekannt. Durchaus tritt aber Schlafmangel gemeinsam mit kognitiven und psychiatrischen Problemen auf", erklärt Reinhold Kerbl, Präsident der Österreichischen Gesellschaft für Schlafmedizin, im pressetext-Interview. Betroffen sind dabei etwa die Lern- und Denkleistung, die Konzentrationsfähigkeit, hormonelle Veränderungen bis hin zum depressiven Verhalten, Aggression und ADH-Störungen.

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Studenten sind schlechte Schläfer

Studienleistung leidet an schlechten Schlafgewohnheiten

Schläfer im Hörsaal: Mehr Schlafkultur erhöht Leistung
(Foto: FlickrCC/Donovan)

Cincinnati/Tucson/Basel (pte027/31.08.2011/13:57) - Studenten schlafen zu wenig und schaden damit ihrem Studienerfolg. Wie zwei US-Studien deutlich machen, schläft die Mehrzahl dieser Gruppe weniger als sieben Stunden und leidet in Folge tagsüber unter fehlender Aufmerksamkeit, Konzentration und Erinnerung. Zeigen lässt sich auch ein leichter Zusammenhang von schlechtem Schlaf und schlechterem Abschneiden bei Prüfungen. Das Bewusstsein dafür ist jedoch unter Studenten noch wenig verbreitet.

Optimum nicht erreicht

Bei Studienanfängern ist das Problem besonders häufig anzutreffen, berichtet Adam Knowlden von der University of Cincinnati. Aufgrund von fehlendem Zeit- und Stressmanagement, manche jedoch auch wegen finanzieller Notwendigkeiten, haben Studenten oft keine gute Schlafkultur. "Das Gehirn ordnet im Schlaf das Gedächtnis, verstärkt dessen Verknüpfungen und entsorgt Unnötiges. Fehlt der Schlaf, wird das alles beeinträchtigt, weshalb Studenten oft nicht das Optimum aus ihrem Studium herausholen", so Knowlden.

Kathryn Orzech von der University of Arizona nennt im "Journal of American College Health" auch die Zimmerkollegen, die Aktivitäten mit Freunden, den akademischem Stress, Konflikte und Depressionen als weitere Ursachen von zu wenig Schlaf bei Studenten. Laut ihren Ergebnissen schlafen Studenten durchschnittlich von 0:40 Uhr bis acht Uhr morgens, brauchen jedoch lange zum Einschlafen und wachen öfters auf. Viele halten zudem ihren Schlaf für besser als dieser tatsächlich ist.

Aufstehen nach Mittag

Das junge Erwachsenenalter ist für den Schlaf eine Umbruchszeit, betont der Basler Schlafforscher Christian Cajochen im pressetext-Interview. "Die Schlafgewohnheiten ändern sich in dieser Zeit. Die meisten wandeln sich vom Spät- zum Frühtyp. Schlafprobleme wie etwa eine Einschlafdauer von länger als 15 Minuten sind in dieser Lebensphase jedoch untypisch."

Unter Studenten lassen sich die unterschiedlichsten Schlafmuster finden, so der Chronobiologe. Teils stehen diese auch mit dem Studienfach in Zusammenhang. "Etwa bei Medizinstudenten hat man ein erhöhtes Risiko für zu wenig Schlaf und Depressionen festgestellt. Nur manche können es sich leisten, das Klischee eines Studenten zu erfüllen, der nur in den Morgenstunden im Bett zu finden ist."

Wissenschaftlich dokumentiert ist der Fall eines Oxforder Literaturstudenten, der jeweils von vier Uhr morgens bis zwei Uhr nachmittags schlief. "Probleme haben Betroffene meist dann, sobald sie in einen Job mit festen Arbeitszeiten wechseln. Das Einschlafen am Abend gelingt dann zwar mühelos, die Einsatzbereitschaft am Morgen jedoch nicht, zudem sind viele notorisch verspätet", berichtet Cajochen.

Regeln für besseren Schlaf

Den Studenten raten die US-Forscher mehr Schlafhygiene. Dazu gehört ein Verzicht auf Koffein, Alkohol und Nikotin vor dem Schlafengehen sowie auch auf Intensivsport, Social Networking und Computerspiele. Ungünstig sind auch das Lernen, Lesen, Essen oder Fernsehen im Bett sowie Mittagsschläfchen, die länger als 15 Minuten dauern. Positiv wirken hingegen feste Bettgeh- und Aufstehzeiten, eine gute Schlafumgebung, Stressabbau und Entspannung vor dem Einschlafen sowie die ausreichende Vorbereitung für den nächsten Tag.

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Prozessor imitiert Gehirn

Neuentwicklung von IBM soll Paradigmenwechsel einleiten

Prozessor: IBM-Neuentwicklung arbeitet wie ein Gehirn
(Foto: IBM)

Armonk, New York (pte019/18.08.2011/11:55) - IBM hat die erste Generation eines Computerprozessors vorgestellt, der wie ein Gehirn arbeitet. Aktuell verfügt der Chip über die Fähigkeiten zur Mustererkennung, Bildverarbeitung, Klassifikation und assoziativen Speicherung. Zukünftig soll er mit Sinneserfassung ausge­stattet werden und in verschiedenen Bereichen einsetzbar sein - von der Finanzmarktanalyse bis zur Frischekontrolle im Supermarkt. Die neue Architektur merzt dabei auch Probleme der klassischen von-Neumann-Bauweise aus, die den Prozessorenentwicklern zunehmend zu schaffen machen.

Klein und sparsam

"Es ist der erste kognitive Prozessorkern, der das Rechnen über Neuronen, Speicher in der Form von Synapsen und Kommunikation über Axome vereint", sagt Entwicklungsleiter Dharmendra Modha gegenüber CNET. Geforscht wird im Rahmen des "Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics" (SyNAPSE) der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).

Ziel ist es, ein System zu schaffen, welches nicht nur komplexe Informationen über verschiedene Sensoren erfassen und analysieren kann, sondern sich selbst über die Interaktion mit der Umwelt immer wieder neu programmiert. Dabei gilt es, das System - vergleichbar einem organischen Gehirn - möglichst kompakt und energieeffizient zu gestalten.

Vielseitige Rechenmeister

Ausgestattet ist der Erstling mit 256 Neuronen, 262.144 programmierbaren Synapsen und 65.536 Schaltstellen für Lernprozesse. Alle Komponenten sind non-organisch, lehnen sich aber in ihrer Bauweise stark am Vorbild aus der Natur an. Angestrebt wird die Entwicklung eines Prozessors mit der Kapazität eines Säugetierhirns, dessen Strukur jedoch um mehr als das Millionenfache komplexer ist. An der Forschung beteiligen sich neben sechs Labors von IBM auch fünf Universitäten.

Modha kann sich zukünftig verschiedenste Anwendungsbereiche für die intelligenten Chips vorstellen. So wären damit theoretisch extrem präzise Finanzmarktanalysen möglich als auch die Überwachung der weltweiten Wasserbewegungen, inklusive rechtzeitiger Warnungen vor Tsunamis. Im Alltag könnten die Chips den Angestellten von Supermärkten behilflich sein, Ware auszusortieren, die schlecht geworden ist.

Dies ist möglich, weil sie mit der Fähigkeit zu Sinnesempfindungen ausgestattet werden können, so der Wissenschafter. Während sie visuelle, geruchliche und haptische Inputs verarbeiten, sind sie in der Lage, in verschiedenen Betriebsmodi auf einmal zu arbeiten und bei einer geringen Größe mit weniger als 20 Watt an Energiezufuhr auskommen. Wann erste kommerzielle Anwendungen für die neuen Chips verfügbar sind, steht noch in den Sternen.

Paradigmenwechsel

Modha hofft, ein neues Paradigma im Bereich des Computerwesens einführen zu können. Zwar sieht man bei IBM das neue Design als Ergänzung zur herkömmlichen Computertechnik, jedoch umgeht das Prozessorsystem Probleme der seit Jahrzehnten gängigen Rechnerbauweise - auch bekannt als von-Neumann- oder Princeton-Architektur. Diese ist aufgrund ihres streng sequenziellen Verfahrens zwar kaum fehleranfällig und programmiertechnisch vorteilhaft, lässt aber nur einzelne, aufeinanderfolgende Befehlsabarbeitung zu.

Zusätzlich muss die Verbindung (Bus) zwischen CPU und Speicher sowohl den Daten- als auch den Befehlsfluss bewältigen, und wird damit immer mehr zum Flaschenhals. Dieser wirkt sich unter anderem negativ auf die Entwicklung schnellerer Speichermodule aus, deren Latenzzeiten nicht mit dem Voranschreiten der Prozessor-Taktfrequenzen mithalten können, schreibt der Chiphersteller Intel in einem Whitepaper aus dem Jahre 2005.

Von diesem Umstand soll die neue Technologie nicht betroffen sein, da sie den Speicher in den Prozessor integriert und ereignisbasierte, dezentrale und parallele Verarbeitung von Inputs beherrscht.

Intel-Whitepaper "Platform 2015 Documentation"

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Freiraum lässt Schüler besser lernen

Selbständiges Arbeiten funktioniert auch bei Schwächeren

Lernmaterial: Mehr Selbstständigkeit förderlich
(Foto: pixelio.de, D. Schütz)

München (pte017/09.08.2011/12:15) - Auch schwache Schüler können selbständig Lösungsstrategien erarbeiten, sofern man sie eigenständig lernen lässt. Das haben Bildungswissenschaftler der TU München ermittelt. "Ich glaube, dass sich Lehrer trauen müssen, ihre Schüler zu Eigenständigkeit zu motivieren", erklärt Studienleiterin Kristina Reiss im pressetext-Gespräch. Selbstständiges Lernen gilt seit Jahren als Zauberformel für erfolgreichen Unterricht. Erforscht wurde diese Annahme bislang jedoch wenig.

Nachhaltiger Lerneffekt

Etwa 1.600 Gymnasiasten der Jahrgangsstufe acht wurden in verschiedenen Bundesländern unter die Lupe genommen. Die Schüler bekamen ein Arbeitspaket mit geometrischen Aufgaben, die sie auf dem Papier und am Computer während vier Schulstunden lösen sollten. Sie arbeiteten paarweise zusammen, die Lehrer hielten sich in dieser Zeit zurück, standen aber für Nachfragen bereit. Die Achtklässler haben einen deutlichen Lernfortschritt erreicht, berichten die Forscher. "Sie haben gelernt, Mathematik besser zu nutzen", so Reiss. Das Wissen konnten sie auch in einem weiteren Test drei Monate später noch abrufen. Die Bildungsforscher wollten wissen, welcher Grad an Selbstregulierung sinnvoll ist.

Zauberformel selbstreguliertes Lernen

Eine Gruppe der Achtklässler bearbeitete die Aufgaben in einer festgelegten Reihenfolge, die Schwierigkeit erhöhte sich von Schritt zu Schritt. Die andere Gruppe konnte aus dem Material frei wählen. Dieser größere Freiraum steigerte den Lernerfolg aber nicht weiter. Was die Wissenschaftler dabei am meisten überraschte: "Wir hatten erwartet, dass die in Mathematik schwächeren Schüler mehr profitieren, wenn sie stärker durch die Einheit geführt werden", unterstreicht Reiss gegenüber pressetext.

"Einen signifikanten Unterschied zwischen ihnen und den stärkeren haben wir aber nicht festgestellt." Auch schnitten Jungen und Mädchen gleich gut ab. Die Forscher wissen nun, dass sich Schüler auch sehr komplexe Themen mit ihrem individuellen Tempo eigenständig aneignen können. "Obwohl sie oft propagiert werden, sind solche längeren Phasen selbstregulierten Lernens in den Schulen noch nicht alltäglich. Sie sind aber eine wichtige Option für die Lehrer, denn wechselnde Unterrichtsformen halten den Unterricht lebendig."

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Handystrahlen beeinflussen das Lernen

UMTS-Frequenzen in erhöhter Dosis wirken ähnlich wie Stress

Mädchen mit Handy: Strahlenrisiko weiter beforscht
(Foto: aboutpixel.de/Markus)

Bochum (pte025/20.06.2011/13:56) - Elektromagne­tische Felder, wie sie etwa beim Handytelefonat entstehen, können in verstärkter Form Lernprozesse im Gehirn beeinträchtigen. Das berichten Forscher der Universität Bochum in der Zeitschrift "PLoS ONE" auf Basis von Tierversuchen. Das Telefonieren ist aufgrund zu geringer Feldstärke unbedenklich, beruhigen die Wissenschaftler. Für Berufe mit höherer Exposition wie etwa bei manchen Sicherheitsdiensten oder bei Militärs sollten die Grenzwerte jedoch überprüft werden.

Anatomische Wirkungen

Hochfrequentige elektromagnetische Felder (HEF) werden von Mobil- und Hörfunk sowie Fernsehen und Schnurlostelefonie genutzt. Im Körper des Anwenders können sie Wärme erzeugen - und zwar umso mehr, je stärker ihr Magnetfeld ist. UMTS-fähige Handys haben schwache Feldstärken bis maximal 4,8 V/m, wobei sich die thermische Wirkung auf das Hirngewebe mit rund 0,1 Grad in Grenzen hält. Mögliche Folgen einer über 30-minütigen Anwendung auf Funktion und Struktur des Gehirns sind jedoch noch ebenso wenig eindeutig geklärt wie etwa die erhöhte Zellwand-Durchlässigkeit oder beeinträchtigte Lernprozesse.

Letztere gehen nicht nur auf erhöhten Stress bei Experimenten, sondern auch auf nicht-thermische HEF-Wirkungen zurück, konnten die Bochumer Forscher rund um Nora Prochnow nun zeigen. Sie setzten dazu Ratten verschieden starken nichtthermischen HEFs im UMTS-Frequenzbereich aus und überprüften mittels Elektrophysiologie die Prozesse des neuronalen Lernens sowie der synaptischen Gedächtnisbildung. Der Stress des Experiments alleine beeinflusste bei den Tieren bereits die Synapsen und das Gedächtnis. Der Vergleich mit Kontrolltieren zeigte jedoch, dass auch starke elektromagnetische Felder ähnlich signifikant wirken.

Handy außerhalb der Gefahrenzone

Felder einer Stärke des SAR-Wertes von zehn Watt/kg beeinflussen das Lernen und die Gedächtnisbildung, während Felder der SAR-Stärke null und zwei Watt/kg keine messbaren Beeinträchtigungen liefern, so das Ergebnis. Damit ist zumindest die Handy-Alltagsnutzung nicht betroffen. Wie Fachexperten auf pressetext-Anfrage bestätigen, liegt die Feldstärke bei Smartphones normalerweise im Milliwatt-Bereich und erreicht selbst bei Höchstleistung einer gleichzeitigen WLAN-, Bluetooth- und UMTS-Nutzung bloß Werte von maximal 1,5 Watt.

Abstract der Studie unter http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0019437

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Musikschule macht sich lebenslang bezahlt

Verbesserte Gehirnfunktion bis ins Seniorenalter nachweisbar

Mädchen beim Klavierüben: Musik trainiert das
Gehirn für das ganze Leben (Foto: pixelio.de/Sturm)

Lawrence/Hannover (pte002/22.04.2011/06:10) - Wer als Kind ein Musikinstrument lernt, schult damit sein Gehirn für das ganze Leben. Das berichten Forscher der University of Kansas in der Zeitschrift "Neuropsychology". Erstmals konnten sie die Folgen des Musizierens im Kindesalter auch für das Seniorenalter dokumentieren. Mehrere Gehirn­funktionen werden durch den Instrumentalunterricht nachhaltig verbessert - was auch für Menschen gilt, die das Instrument nach der Schulzeit an den Nagel hängen.

Gehirnschule Musik

Die Forscher untersuchten 70 gesunde Erwachsene zwischen 60 und 83 Jahren, die sie je nach musikalischer Erfahrung in drei Gruppen gliederten. Der erste Teil von ihnen hatte länger als zehn Jahre hobbymäßig ein Instrument gelernt, der zweite weniger lange, der dritte gar nicht. Alle besaßen ähnliche Bildung und körperliche Verfassung und zeigten keine Demenz-Anzeichen. In kognitiven Tests schnitten diejenigen am besten ab, die als Kind ein Instrument gelernt hatten - besonders wenn es um das räumlich-visuelle Gedächtnis, um Objektbezeichnungen oder um die Anpassungsfähigkeit an neue Informationen ging.

Als "sehr plausibel" wertet Eckart Altenmüller, Direktor des Instituts für Musikphysiologie und Musikermedizin an der Hochschule für Musik, Theater und Medien in Hannover, die Ergebnisse. Schon früher konnte Altenmüller zeigen, wie extrem komplex das Gehirn beim Musizieren arbeitet (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/090801003/) und dass zahlreiche schnelle Strategieentscheidungen nötig sind. "Die in der US-Studie beobachteten Effekte könnten aber auch durch unterstützendes Elternhaus, durch Ausdauer und gutes Selbstmanagement der Musikschüler beeinflusst sein", erklärt der Experte gegenüber pressetext.

Sechs Monate Blockflöte

Dass das eigene Musizieren das Gehirn schult, konnte der Hannoveraner Musikermediziner auch in eigenen Studien zeigen. "Musikstudenten schneiden beim visuellen Gedächtnis oder bei Strategiebildungen besser ab als Kommilitonen aus der Medizin oder Psychologie. Zudem zeigen Schlaganfall-Patienten bei gleichem Schädigungsausmaß geringere Ausfälle, wenn sie früher musiziert haben." Als wahrscheinliche Ursache nennt Altenmüller besser vernetzte Gehirnzellen, die Kompensationen bei Ausfällen von Teilen des Gehirns erleichtern.

"Es zahlt sich immer aus, ein Instrument gelernt zu haben - und wenn es nur ein halbes Jahr Blockflöte war", betont Altenmüller. Als wichtigste Bereicherung sieht der Experte die damit erworbene emotionale Kompetenz sowie die Erfahrung, einmal Klang mit dem eigenen Körper erzeugt zu haben. "Wer zudem mit anderen musiziert hat - etwa im Orchester - konnte dabei zudem gemeinschaftlich an einem hohen Ziel arbeiten." Wie wertvoll diese Erfahrung ist, wurde bereits mehrmals gezeigt (siehe: http://pressetext.com/news/101222001/).

Lernbeginn mit Entwicklung abstimmen

Ähnliches berichten auch die US-Forscher. Je länger die von ihnen beobachteten Senioren als Kind Instrumentalunterricht genommen hatten, desto besser schnitten sie bei den Gehirntests ab. Ein gleich großer Vorteil zeigte sich jedoch auch bei jenen, die ihr Instrument nach der Lernphase nicht wieder angerührt hatten. "Insgesamt entscheiden vor allem die Dauer des Instrumentenlernens sowie auch das Einstiegsalter", so Studienleiterin Hanna-Pladdy - letzteres wegen bestimmter Zeitfenster, in denen Kindergehirne besonders plastisch sind.

Altenburger warnt Eltern allerdings davor, Kinder zu früh zu einem Instrument zu dressieren. "Wichtig ist es, die Entwicklungsstadien zu berücksichtigen. Wer weit kommen will, sollte spätestens mit zehn Jahren mit einem Streichinstrument oder Klavier beginnen, bei Blasinstrumenten oder Schlagzeug kann es auch später sein. Wer schon mit drei Jahren beginnt, macht anfangs sehr langsame Fortschritte, die Starter mit sechs Jahren schnell aufgeholt haben. Für die Plastizität des Gehirns oder die Entwicklung eines absoluten Gehörs bringt es jedoch Vorteile."

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Lernen im Traum

Gehirn kann Aufgaben im Schlaf lösen

Patient im Schlaflabor: Träume helfen beim Lernen
(Foto: DPA)

In Träumen verarbeitet das Gehirn, was es tagsüber gelernt hat. Wie erfolgreich es dabei ist, sollte ein Computer-Experiment klären. Von den Ergebnissen waren selbst die Wissenschaftler überrascht.

Im Schlaf kommt es im Hirn zu erstaunlichen Vorgängen - unter anderem schreiben Forscher ihm die Fähigkeit zu, die Erfahrungen des Tages zu verarbeiten und zu verfestigen. Jetzt haben israelische und amerikanische Forscher in Experimenten zum räumlichen Lernen herauszufinden versucht, wie gut das Gehirn im Schlaf lernt - und sind zu erstaunlichen Ergebnissen gekommen.

Die Studie

Die 99 Studienteilnehmer konnten zuerst eine Stunde lang ihre Orientierungsfähigkeit virtuell trainieren: Sie mussten versuchen, am Computer so schnell wie möglich einen Endpunkt in einem dreidimensionalen Labyrinth zu erreichen. Danach hielt die Hälfte der Probanden ein Nickerchen von 90 Minuten, die anderen blieben wach, wobei sie sich passiv beschäftigten - beispielsweise durch das Anschauen von Videos.

Die Schläfer wurden eine Minute nach dem Eintreten in einen kontinuierlichen Schlaf wieder geweckt und mussten dann beschreiben, was sie geträumt hatten. Danach schliefen sie ungestört weiter und berichteten anschließend wieder über ihre Träume. Die Wachenden mussten mehrmals während der eineinhalbstündigen Pause sagen, was ihnen gerade durch den Kopf ging. Fünf Stunden nach dem ersten Training am Computer wurden alle Teilnehmer erneut auf ihre Schnelligkeit im Irrgarten getestet.

Das überraschende Resultat: Wer zuvor Träume mit einer Beziehung zur Aufgabe erlebt hatte, zeigte dramatische Verbesserungen beim Spiel. Der Zeitgewinn lag bis zu zehnmal höher als bei den Schläfern ohne die labyrinthbezogene Traumarbeit, die sich nur minimal verbesserten. Die Wachenden dagegen stagnierten völlig, sogar wenn sie während der Pause über die Irrgarten-Aufgabe nachgedacht hatten, schreiben die Wissenschaftler um Erin Wamsley von der Harvard Medical School in Boston im Fachmagazin Current Biology (siehe Original-Artikel in Englisch).

Träume ein Nebenprodukt der Erfahrungsverarbeitung?

Bei den erfolgreichen Träumern wurde die deutliche Verbesserung auch festgestellt, wenn die Träume nur von einem nebensächlichen Aspekt des Computerspiels handelten. "Die Träumer beschrieben ganz unterschiedliche Erlebnisse - das Hören der Begleitmusik des Spiels, ein Feststecken in einer labyrinthähnlichen Höhle mit Fledermäusen, den Anblick von Personen an einer Kreuzung", sagt Wamsley.

Die Ergebnisse deuten nach Ansicht der Forscher darauf hin, dass unser Gehirn während eines Traums mit dem Verarbeiten von neuen Informationen und Lerninhalten beschäftigt ist. Zugleich werden die gewonnenen Erfahrungen in einen größeren Zusammenhang gestellt - beispielsweise könnten die Labyrinth-Erfahrungen bei der Frage verwendet werden, wie ein Mensch mit vielen Informationen umgeht./p>

Träume verbessern Lernfähigkeit und Gehirnleistung

"Die Träume scheinen diese unbewusste Gehirnaktivität als Nebenprodukt zu begleiten", sagt Co-Autor Robert Stickgold. Es seien also wohl nicht die Träume, die zu einer besseren Gehirnleistung verhelfen würden, sondern diese seien nur ein Zeichen, dass einige Gehirnregionen aktiv neue Erfahrungen verarbeiteten.

Interessanterweise waren die Personen, die von der Labyrinth-Aufgabe träumten und sich dann im zweiten Durchgang stark verbesserten, im ersten Durchgang relativ schlecht gewesen. Das Gehirn beschäftigt sich also vermutlich während des Träumens mit den Inhalten, die ein Mensch noch nicht beherrscht.

Die Wissenschaftler werden nun ihre Studie mit längeren Schlafzeiten in der Nacht wiederholen. Sie hoffen, aus ihren Experimenten schließlich praktische Informationen zu erhalten, wie wir im Traum unsere Lernfähigkeit und Gehirnleistung verbessern können.

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Dieser Artikel wurde von Spiegel online veröffentlicht und ist unter Lernen im Traum: Gehirn kann Aufgaben im Schlaf lösen abrufbar.

Schlaf ist das beste Gehirndoping

Entspannung schafft Platz für neue Informationen

Wer lernt, sich zu entspannen, schläft und lernt
besser (Foto: FWF/Georg Bruckschlögl)

San Diego/Salzburg (pte004/23.02.2010/06:15) - Schlaf verbessert sowohl bei Kindern als auch bei Erwachsenen die Leistung des Gehirns, indem er etwa die Erinnerungs- und Aufnahmefähigkeit steigert. Darauf deuten mehrere Studien, die beim Jahrestreffen der US-Wissenschaftler in San Diego präsentiert wurden. Wie man Schlaf verbessern kann, untersuchen hingegen derzeit Salzburger Forscher in einer vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützten Studie.

Suche nach dem Einschlaf-Gedanken

In Salzburg untersucht man derzeit im EEG-Labor, wie Kinder am besten ihre Gehirnleistung durch Schlaf steigern können. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Neurofeedback-Training. "Dabei lernt man, Aktivitäten des Gehirns willentlich zu beeinflussen", erklärt Forschungsleiterin Kerstin Hödlmoser im pressetext-Interview. Frühere Tests konnten bei Erwachsenen bereits bestätigen, dass auf diese Weise nicht nur die kognitive Leistung, sondern auch die Zahl der Schlafspindeln steigt. Darunter versteht man Muster der Wellenfrequenz, die in der zweiten Schlafphase auftreten und die man unter anderem für die Konsolidierung von erworbenem Wissen verantwortlich macht.

Das Neurofeedback beruht auf Gehirnsignalen, die durch Sensoren gemessen und gleichzeitig per Computer auswertet werden. "Die Kinder erfahren durch die Rückmeldung, welche Gedanken ideale Entspannung und Ruhefindung bringen. Das kann etwa die Vorstellung des Gehens über eine Blumenwiese oder des Musizieren sein", so die Forscherin. Die Entspannung sei besonders beim Zubettgehen wichtig, da sie das Einschlafen und somit Schlafdauer und -qualität verbessere. Den Erfolg der Maßnahme messen die Forscher schließlich durch die Entwicklung von Gedächtnis, Aufmerksamkeit und Schulleistungen.

Schon Babys lernen nach Schlaf besser

Wie wichtig der Schlaf für das Lernen ist, zeigen zwei aktuelle Studien aus den USA. Bei einer durchliefen Probanden mittags einen Merktest, ehe sie teils ein Nickerchen einlegten. Als es um 18 Uhr erneut Merkaufgaben gab, schnitten die Mittagsschläfer deutlich besser ab und erinnerten sich auch besser an Inhalte des ersten Tests als die Wachbleiber. "Es scheint als ob das Schlafen den mit Informationen gefüllten Briefkasten des Gehirns leert und dessen Inhalte in einem Ordner verstaut. Erst dadurch schafft man Platz für neue Informationen", berichtet Studienleiter Matthew Walker von der University of California, Berkeley.

Forscher aus Arizona untersuchten hingegen erst 15-monatigen Babys, denen sie ebenfalls in zwei Durchgängen dreisilbige Kunstphrasen vorspielten. Einige ließ man dazwischen zur gewohnten Zeit ihr Schläfchen einlegen, andere testete man zu einer Tageszeit, in der sie nie schliefen. Aus der Blickreaktion der kleinen Probanden schlossen die Forscher, welche Phrasen ihnen schon bekannt waren. Erkannten auch allen Babys die früher gelernten Phrasen wieder, so konnten nur die mittlerweile Ausgeschlafenen Grundmuster des ersten Durchgangs auf die neuen Phrasen übertragen. Das werten die Forscher als Verbesserung des abstrakten Denkens, die auf den Schlaf zurückzuführen sei.

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Diese Meldung wurde von pressetext.austria erstellt und ist
unter http://www.pressetext.com/news/20100223004 abrufbar.