Spezifische Gehirnwellenmuster für verschiedene Lernstile

Neue Forschungsergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse darüber, wie verschiedene Arten von Lernstilen im Gehirn charakterisiert werden. Die Forscher glauben, dass die neuen Erkenntnisse bei der Früherkennung von Alzheimer und einer Vielzahl anderer neurologischer Erkrankungen helfen können, die das explizite und implizite Lernen beeinflussen.

Die Ermittler erklären, dass das Erlernen des Fahrradfahrens und das Auswendiglernen der Schachregeln zwei verschiedene Arten des Lernens erfordern. Die neue Forschung zeigt nun zum ersten Mal, dass verschiedene Arten des Lernens durch die von ihnen erzeugten Gehirnwellenmuster unterschieden werden können.

Diese unterschiedlichen neuronalen Signaturen könnten Wissenschaftler bei der Untersuchung der zugrunde liegenden Neurobiologie unterstützen, wie wir beide motorische Fähigkeiten erlernen und komplexe kognitive Aufgaben bewältigen, sagt Earl K. Miller vom MIT, Professor für Neurowissenschaften und leitender Autor des Papiers.

Vollständige Studienergebnisse finden Sie in der Zeitschrift Neuron.

Wenn Neuronen feuern, erzeugen sie elektrische Signale, die zusammen Gehirnwellen bilden, die mit unterschiedlichen Frequenzen schwingen. „Unser oberstes Ziel ist es, Menschen mit Lern- und Gedächtnisdefiziten zu helfen“, erklärt Miller.

"Wir könnten einen Weg finden, das menschliche Gehirn zu stimulieren oder Trainingstechniken zu optimieren, um diese Defizite abzumildern."

Die neuronalen Signaturen könnten dazu beitragen, Änderungen der Lernstrategien zu identifizieren, die bei Krankheiten wie Alzheimer auftreten, um diese Krankheiten früher zu diagnostizieren oder bestimmte Arten des Lernens zu verbessern, um Patienten bei der Bewältigung der Störung zu helfen, sagt Roman F. Loonis, ein Doktorand und Erstautor des Papiers.

Historisch gesehen dachten Wissenschaftler, dass alles Lernen gleich war. Dann erfuhren sie, wie Miller erklärt, von Patienten wie dem berühmten Henry Molaison oder „H.M.“, die 1953 eine schwere Amnesie entwickelten, nachdem ein Teil seines Gehirns bei einer Operation zur Kontrolle seiner epileptischen Anfälle entfernt worden war.

Molaison konnte sich nicht erinnern, einige Minuten nach dem Essen gefrühstückt zu haben, aber er konnte die erlernten motorischen Fähigkeiten erlernen und beibehalten, z. B. Objekte wie einen fünfzackigen Stern in einem Spiegel nachzeichnen.

"HM. und andere Amnesiekranke wurden mit der Zeit besser in diesen Fähigkeiten, obwohl sie sich vorher nicht daran erinnern konnten, diese Dinge getan zu haben “, sagt Miller.

Die Kluft ergab, dass das Gehirn zwei Arten des Lernens und des Gedächtnisses betreibt - explizit und implizit.

Explizites Lernen “ist Lernen, dessen Sie sich bewusst sind, wenn Sie über das, was Sie lernen, nachdenken und das Gelernte artikulieren können, z. B. eine lange Passage in einem Buch auswendig lernen oder die Schritte eines komplexen Spiels wie Schach lernen. ”Erklärt Miller.

„Implizites Lernen ist das Gegenteil. Man könnte es motorisches Lernen oder Muskelgedächtnis nennen, die Art des Lernens, zu der Sie keinen bewussten Zugang haben, wie das Erlernen des Fahrradfahrens oder des Jonglierens “, fügt er hinzu.

"Wenn du es tust, wirst du immer besser darin, aber du kannst nicht wirklich artikulieren, was du lernst."

Viele Aufgaben, wie das Erlernen eines neuen Musikstücks, erfordern jedoch beide Arten des Lernens, stellt er fest.

Als die MIT-Forscher das Verhalten von Tieren untersuchten, die verschiedene Aufgaben lernten, fanden sie Anzeichen dafür, dass verschiedene Aufgaben entweder explizites oder implizites Lernen erfordern könnten.

Bei Aufgaben, bei denen beispielsweise zwei Dinge verglichen und abgeglichen werden mussten, schienen die Tiere sowohl richtige als auch falsche Antworten zu verwenden, um ihre nächsten Übereinstimmungen zu verbessern, was auf eine explizite Form des Lernens hinweist.

Bei einer Aufgabe, bei der die Tiere lernten, ihren Blick in die eine oder andere Richtung zu bewegen, als Reaktion auf unterschiedliche visuelle Muster, verbesserten sie ihre Leistung nur als Reaktion auf korrekte Antworten, was auf implizites Lernen hindeutete.

Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass diese unterschiedlichen Verhaltensweisen von unterschiedlichen Mustern von Gehirnwellen begleitet werden.

Während expliziter Lernaufgaben gab es nach einer richtigen Wahl einen Anstieg der Alpha2-Beta-Gehirnwellen und nach einer falschen Wahl einen Anstieg der Delta-Theta-Wellen. Die Alpha2-Beta-Wellen nahmen mit dem Lernen während expliziter Aufgaben zu und nahmen dann mit fortschreitendem Lernen ab.

Die Forscher sahen auch Anzeichen einer neuronalen Aktivitätsspitze, die als Reaktion auf Verhaltensfehler, die als ereignisbezogene Negativität bezeichnet werden, nur bei den Aufgaben auftritt, von denen angenommen wurde, dass sie explizites Lernen erfordern.

Die Zunahme der Alpha-2-Beta-Gehirnwellen während des expliziten Lernens „könnte den Aufbau eines Modells der Aufgabe widerspiegeln“, erklärt Miller.

"Und nachdem das Tier die Aufgabe gelernt hat, fallen die Alpha-Beta-Rhythmen ab, weil das Modell bereits gebaut ist."

Im Gegensatz dazu nahmen Delta-Theta-Rhythmen nur mit korrekten Antworten während einer impliziten Lernaufgabe zu und während des Lernens ab. Miller sagt, dass dieses Muster eine neuronale „Neuverdrahtung“ widerspiegeln könnte, die die motorischen Fähigkeiten während des Lernens codiert.

„Dies hat uns gezeigt, dass beim expliziten und beim impliziten Lernen unterschiedliche Mechanismen im Spiel sind“, stellt er fest.

Laut Loonis könnten die Gehirnwellensignaturen besonders nützlich sein, um zu bestimmen, wie wir eine Person unterrichten oder trainieren, wenn sie eine bestimmte Aufgabe lernt.

"Wenn wir die Art des Lernens erkennen können, das gerade stattfindet, können wir diese Person möglicherweise verbessern oder ein besseres Feedback geben", sagt er.

"Wenn sie beispielsweise mehr implizites Lernen verwenden, bedeutet dies, dass sie sich eher auf positives Feedback verlassen, und wir könnten ihr Lernen ändern, um dies zu nutzen."

Die neuronalen Signaturen könnten auch dazu beitragen, Störungen wie die Alzheimer-Krankheit in einem früheren Stadium zu erkennen, sagt Loonis.

"Bei Alzheimer verschwindet eine Art explizites Faktenlernen mit Demenz, und es kann zu einer Umkehrung zu einer anderen Art impliziten Lernens kommen", erklärt er. "Da das eine Lernsystem ausgefallen ist, muss man sich auf ein anderes verlassen."

Frühere Studien haben gezeigt, dass bestimmte Teile des Gehirns wie der Hippocampus enger mit dem expliziten Lernen verbunden sind, während Bereiche wie die Basalganglien stärker am impliziten Lernen beteiligt sind.

Aber Miller sagt, dass die Gehirnwellenstudie „eine große Überlappung in diesen beiden Systemen zeigt. Sie teilen viele der gleichen neuronalen Netze. “

Quelle: MIT