Wie aktives Lernen das Gedächtnis verbessert

Neue Forschungsergebnisse liefern klinische Beweise dafür, dass eine gewisse Kontrolle darüber, wie man neue Informationen aufnimmt, die Fähigkeit, sich daran zu erinnern, erheblich verbessert.

Die Studie in der Zeitschrift Naturneurowissenschaftenbietet auch einen ersten Blick auf das Netzwerk von Gehirnstrukturen, die zu diesem Phänomen beitragen.

"Die aktive Kontrolle über eine Lernsituation ist sehr mächtig, und wir beginnen zu verstehen, warum", sagte Professor Neal Cohen von der Universität Illinois, der die Studie mit dem Postdoktoranden Joel Voss leitete.

"Ganze Teile des Gehirns schalten sich nicht nur ein, sondern werden auch funktional verbunden, wenn Sie die Welt aktiv erkunden."

Die Studie konzentrierte sich auf die Aktivität in mehreren Hirnregionen, einschließlich des Hippocampus, der sich in den medialen Temporallappen des Gehirns in der Nähe der Ohren befindet.

Forscher wissen seit Jahrzehnten, dass der Hippocampus für das Gedächtnis von entscheidender Bedeutung ist, auch weil diejenigen, die aufgrund von Krankheit oder Verletzung die Hippocampusfunktion verlieren, auch ihre Fähigkeit verlieren, neue Erinnerungen vollständig zu formen und zu bewahren.

Aber der Hippocampus handelt nicht alleine. Robuste neuronale Verbindungen binden es an andere wichtige Gehirnstrukturen, und der Verkehr auf diesen Datenautobahnen fließt in beide Richtungen.

Studien zur funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT), die den Blutfluss im Gehirn verfolgen, zeigen, dass der Hippocampus funktional mit mehreren Hirnnetzwerken verbunden ist - verschiedenen Regionen des Gehirns, die zusammenarbeiten, um kritische Aufgaben zu erfüllen.

Um besser zu verstehen, wie diese Gehirnregionen das aktive und das passive Lernen beeinflussen, entwarf Voss ein Experiment, bei dem die Teilnehmer eine Reihe von Objekten und ihre genauen Positionen in einem Raster auf einem Computermonitor auswendig lernen mussten.

Ein grauer Bildschirm mit einem Fenster zeigte jeweils nur ein Objekt. Die „aktiven“ Probanden verwendeten eine Computermaus, um das Fenster zum Anzeigen der Objekte zu führen.

"Sie konnten inspizieren, was sie wollten, wie sie wollten, in welcher Reihenfolge auch immer sie wollten, und ihnen wurde nur gesagt, sie sollten sich alles auf dem Bildschirm merken", sagte Voss.

Die „passiven“ Lernenden sahen sich eine Wiederholung der Fensterbewegungen an, die in einem früheren Versuch von einem aktiven Probanden aufgezeichnet wurden.

Anschließend wurden die Teilnehmer gebeten, die Elemente auszuwählen, die sie gesehen hatten, und sie an den richtigen Positionen auf dem Bildschirm zu platzieren. Nach einem Versuch wechselten die aktiven und passiven Probanden die Rollen und wiederholten die Aufgabe mit einer neuen Reihe von Objekten.

Die Studie ergab signifikante Unterschiede in der Gehirnaktivität bei aktiven und passiven Lernenden. Diejenigen, die die aktive Kontrolle über das Sichtfenster hatten, waren signifikant besser als ihre Kollegen bei der Identifizierung der ursprünglichen Objekte und ihrer Standorte, fanden die Forscher heraus.

Weitere Experimente, bei denen die passiven Probanden eine Maus verwendeten, die sich bewegte, aber das Sichtfenster nicht kontrollierte, ergaben, dass dieser Effekt unabhängig von der Bewegung der Maus war.

Um die Gehirnmechanismen zu identifizieren, die das Lernen bei den aktiven Probanden verbessern, wiederholten die Forscher die Versuche und testeten diesmal Personen, die eine Amnesie hatten - eine Krankheit, die durch eine Beeinträchtigung des Lernens neuer Informationen infolge einer Schädigung des Hippocampus gekennzeichnet ist.

Zur Überraschung der Forscher konnten diese Teilnehmer nicht von einer aktiven Steuerung des Sichtfensters profitieren.

"Diese Daten legen nahe, dass der Hippocampus nicht nur eine Rolle bei der Bildung eines neuen Gedächtnisses spielt, sondern möglicherweise auch bei den positiven Auswirkungen der Willenskontrolle auf das Gedächtnis", schrieben die Forscher.

Die Bildgebung des Gehirns (mittels fMRT) von gesunden jungen Probanden, die an denselben aktiven und passiven Lerntests teilnahmen, ergab, dass die Hippocampusaktivität im Gehirn der aktiven Probanden während dieser Tests am höchsten war.

Einige andere Gehirnstrukturen waren ebenfalls stärker involviert, als das Subjekt das Sichtfenster kontrollierte, und die Aktivität in diesen Gehirnregionen war stärker mit der des Hippocampus synchronisiert als in den passiven Versuchen.

Die Aktivität im dorsolateralen präfrontalen Kortex, im Kleinhirn und im Hippocampus (siehe Cartoon) war bei Teilnehmern, die sich räumlich gut erinnerten, höher und besser koordiniert, stellten die Forscher fest. Eine erhöhte Aktivität im unteren Parietallappen, im parahippocampalen Cortex und im Hippocampus (siehe Cartoon) entsprach einer besseren Leistung bei der Objekterkennung.

"Siehe da", sagte Cohen, "unser Freund, der Hippocampus, macht beim aktiven Lernen einen sehr auffälligen Eindruck."

Die neuen Erkenntnisse stellen frühere Vorstellungen über die Rolle des Hippocampus beim Lernen in Frage, sagte Voss. Es sei eine Überraschung, sagte er, dass andere Gehirnregionen, von denen bekannt ist, dass sie an der Planung und Strategieentwicklung beteiligt sind, "nicht viel tun können, wenn sie nicht mit dem Hippocampus interagieren können".

Anstatt ein passiver Lernspieler zu sein, ist der Hippocampus „eher ein integraler Bestandteil eines Flugzeugleitsystems“, sagte Voss.

"Sie haben all diese Geschwindigkeitsinformationen, Sie haben ein Ziel und jede Millisekunde nimmt es Informationen darüber auf, wohin Sie unterwegs sind, vergleicht sie mit dem, wohin Sie gehen müssen, und korrigiert und aktualisiert sie."

Quelle: Universität von Illinois