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| "Wie funktioniert Lernen?" |
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"Wie funktioniert Lernen?"
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(Realschule Kropp, Kropp)
Leider lässt sich auf diese sehr weitgefasste Frage keine einfache Antwort geben. So ist es schon schwierig, eine Definition von LERNEN zu geben, mit der alle einverstanden sind. Dies zeigen sehr schön die folgenden Beispiele:
Lernen ist:
[1] das Erwerben oder Verändern von Kenntnissen, Fähigkeiten, Einstellungen und Verhaltensweisen durch Verknüpfung von vorhandenem Wissen mit neuen Informationen.
[2] ein ‚psychischer‘ Vorgang, der primär auf Erfahrung oder Übung beruht und tendenziell dauerhaft die Wahrscheinlichkeit verändert, mit der eine Person auf bestimmte Weise auf wahrgenommene Reize reagiert (z. B. Kauf bestimmter Marken).
[3] das Abspeichern von Erkenntnissen im Gedächtnis.
[4] grundlegend für jede Art von aktueller Anpassung, die sich als Resultat von Erfahrungen bildet.
[5] der Erwerb, die Veränderung oder der Abbau von Erlebens- und Verhaltensweisen durch bestimmte Umwelterfahrungen.
[6] eine erfahrungsbedingte Modifikation des Verhaltens, als Korrektur von individuellem Gedächtnisbesitz auf der Grundlage von Informationsverarbeitung.
[7] Veränderung im Verhalten oder Verhaltenspotential eines Subjekts in einer bestimmten Situation, die durch wiederholte Erfahrung des Subjekts in dieser Situation hervorgerufen wurde und die nicht durch angeborene Reaktionstendenzen, Reifung oder momentane Zustände (Müdigkeit, Trunkenheit, Triebzustände usw.) erklärt werden kann.
Fasst man nun diese verschiedenen Definitionen zusammen, so ist Lernen ein offener Prozess, bei dem ein bestimmter Eingang (Information) den Ausgang eines Systems (black box) mehr oder weniger dauerhaft verändert. Das heißt, in dem System müssen Veränderungen von aussen initiiert, dann dauerhaft abgespeichert werden und abrufbar sein, um den Ausgang des Systems zu verändern.
Bewusstes und unbewusstes Lernen
Betrachten wir uns Menschen, dann kann sich dieser Vorgang bewusst (explizites Lernen) oder unbewusst (implizites Lernen, z.B. die unbewusste Beeinflussung durch Werbung) ereignen. Psychologen unterscheiden weiterhin inzidentelles Lernen, d.h. unbeabsichtigtes Lernen und motorisches Lernen (Koordination des Bewegungsapparates). Die ‚Black Box‘ ist dabei das Zentralnervensystem, welches aus Nervenzellen und Gliazellen besteht.
Nervenzellen sind nach einem bestimmten Muster miteinander verbunden, sie bilden Netzwerke, die Kontaktstellen zwischen den Nervenzellen sind die Synapsen. An diesen Kontaktstellen kann Information in Form eines Überträgerstoffes (Transmitter) von einer Nervenzelle an weitere übermittelt werden.
Beim Lernen muss sich im Nervensystem etwas ändern
Bestimmte Nervenzellen sind mit Rezeptorzellen(Empfängerzellen) der Peripherie verbunden, die Informationen aus der Umwelt aufnehmen wie visuelle, auditorische oder geschmackliche Reize. Andere Nervenzellen (motorische Nervenzellen) im ZNS sind wiederum mit Muskelfasern in der Peripherie verbunden; sie stellen den Ausgang (output) der Black Box dar. Wenn wir die Gliazellen außer Acht lassen (die Interaktion zwischen Nervenzellen und Gliazellen ist noch weitgehend ungeklärt), muss also beim Lernen das Nervenzellsystem verändert werden. Voraussetzung ist, dass entweder
i) neue Verbindungen entstehen/oder Verbindungen abgebaut werden oder
ii) die Effizienz (Wirksamkeit) vorhandener Verbindungen verändert wird oder
iii) i) und ii).
Alle Forschungsbefunde weisen darauf hin, dass neue Verbindungen im ausgereiften Nervensystem zwischen Nervenzellen – wenn überhaupt – dann nur eine untergeordnete Rolle spielen. Umgekehrt gibt es inzwischen umfangreiche Befunde, die eine kurz- oder langfristige Effizienzänderung der Kontaktstellen belegen.
Aktive Synapsen im Hippocampus
Am besten untersucht wurden Synapsentypen in einem Teil des ZNS, das für einige Gedächtnisformen von großer Bedeutung ist, dem Hippocampus. Es ließ sich nachweisen, dass sich durch bestimmte Reizkonfigurationen die Effizienz kontrollierbar i) kurzzeitig erhöhen/vermindern ii) langfristig(über Stunden bis Wochen) erhöhen/vermindern ließ. Es wird von kurzzeitiger Potenzierung/Depression (STP/D für short term potentiation/depression ) bzw. von langzeitiger Potenzierung/Depression (LTP/D longterm potentiation/depression) gesprochen. Es konnte auch nachgewiesen werden, dass die Veränderung der Effizienz ausschließlich die aktivierten Synapsen betraf.
Daraus kann geschlossen werden, dass die Kontaktstellen zwischen Nervenzellen potentiell veränderbar sind, sich dynamisch verhalten. Es konnte weiterhin eindeutig bewiesen werden, dass der Einstrom von Ca2+ an der Synapse auf Seiten der Empfängerzelle von großer Bedeutung ist, sowohl bei einer Steigerung der Effizienz als auch bei einer Verminderung. Und es konnte gezeigt werden, dass bei LTP i) mehr Überträgerstoff (Transmitter) ausgeschüttet und ii) dieser besser ‚verwertet‘ wurde, d.h. die Empfängerseite wurde empfindlicher. Die intrazellulären Prozesse, die zu einer vermehrten Ausschüttung des Transmitters führen, sind weitgehend unverstanden. Die Empfindlichkeitssteigerung auf der Empfängerseite beruht auf einer Zunahme von Rezeptoren für den Transmitter. Wie es zu einer Zunahme dieser Rezeptormoleküle kommt, wird derzeit intensiv erforscht.
Bei langfristiger Änderung der Effizienz einer Synapse werden morphologische Änderungen beobachtet, d.h. die Form der Synapse kann sich ändern (vergrößern oder teilen). Voraussetzung für morphologische Änderungen sind Änderungen intrazellulärer Prozesse, die genetisch, also vom Zellkern, kontrolliert werden. Wie dies in der Zelle organisiert und initiiert wird, ist noch weitgehend unklar.
Der Großteil der Untersuchungen zu LTP/LTD, STP/STD wurde an bestimmten Synapsen des Hippocampus durchgeführt. Eine Generalisierung dieser Ergebnisse ist jedoch nicht möglich: schon im Hippocampus selbst gibt es Synapsen, bei denen andere Bausteine der Synapse für die Dynamik verantwortlich sind. Obwohl inzwischen in vielen Gebieten des Gehirns eine Veränderbarkeit der Effizienz der Synapsen nachgewiesen wurde, kennen wir nur bei wenigen Synapsentypen die verantwortlichen molekularen Prozesse. Inzwischen wurden zusätzlich eine Reihe von Faktoren gefunden, die von unterschiedlichen Systemen des ZNS freigesetzt werden und die die Plastizität der Synapse beeinflussen (modulieren) können. Ebenso fanden Wissenschaftler heraus, dass die Gliazellen bestimmte Substanzen freisetzen/aufnehmen, die die Funktion der Synapse und damit auch die Plastizität beeinflussen.
Synapsen sind veränderbar
Kurz gesagt: Synapsen sind veränderbar, sowohl kurz- als auch langzeitig. Es wird angenommen, dass solche Veränderungen dem Gedächtnis zugrunde liegen. Dabei ist es nicht eine einzelne Synapse oder Zelle, die den Gedächtnisinhalt speichert, sondern ein ganzes Netzwerk von synaptischen Verbindungen. Nervenzellen haben bis zu mehrere tausend Synapsen, d.h. sie erhalten Informationen von einer sehr großen Zahl anderer Nervenzellen. Der Gedächtnisinhalt wird dann von Synapsen an vielen Nervenzellen, die miteinander ein Netzwerk bilden, gespeichert. D.h. die gleichzeitige Aktivierung einer großen Anzahl bestimmter Nervenzellen über einen Teil ihrer Kontaktstellen führt zu einer Aktivierung des Gedächtnisinhaltes. Die einzelne Nervenzelle mit ihren vielen tausend Synapsen ist dabei Knotenpunkt vieler Netzwerke. Der Ausfall einer einzelnen Zelle oder einer Synapse wird auch nicht zu einem Verlust des Gedächtnisinhaltes führen. Erst ein umfangreiches Absterben von Nervenzellen oder eine massive Unterbrechung der Verbindungen zwischen den Knotenpunkten des Netzwerkes führt zu Verlust von Gedächtnisinhalten. Das ursprüngliche Konzept der ‚Großmutterzelle‘, also eine Zelle gleich ein Gedächtnisinhalt wird seit vielen Jahren nicht mehr vertreten. Wie groß allerdings das Netzwerk für einen einzelnen Gedächtnisinhalt (Engramm) ist, ist unbekannt.
Das lerne ich doch im Schlaf
Damit ist der Prozess ‚Lernen‘noch weitgehend unverstanden. Zentraler Bestandteil ist die Plastizität der Synapse und eine Vielzahl von Faktoren, die diese Plastizität beeinflussen. Die Interaktion der diversen neuronalen Netze, die einerseits für die Bildung des Gedächtnisinhaltes, andererseits für eine Aktivierung des Gedächtnisinhaltes erforderlich sind, wartet auf weitere Aufklärung.
Und: Wir lernen nicht im Schlaf, doch Schlafen nach intensivem Lernen führt zu einer Festigung des Gelernten, also des Gedächtnisses.
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Zur Person:
Dr. Ulrich Kuhnt studierte Medizin an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Im Rahmen seiner Promotion beschäftigte er sich mit Neurophysiologie und Psychophysik. Im Anschluss arbeitete er zunächst am Münchener Max-Planck-Institut für Psychiatrie. 1971 wechselte er schließlich an das Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, wo er weiter im Bereich Neurophysiologie forscht. Darüber hinaus ist Ulrich Kuhnt einer der Mit-Initiatoren von EICOS - der "European Initiative for Commucators of Science" - am MPI für biophysikalische Chemie. Diese Initiative ermöglicht es Wissenschaftsjournalisten, auch die praktische Seite der Forschung kennenzulernen.
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© 2012, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen |
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