Wie sich die Erwartungen des Gehirns auf das Lernen auswirken

Wenn wir etwas Neues lernen, macht unser Gehirn ständig Vorhersagen über unsere Umwelt und registriert dann, ob diese Annahmen wahr sind.

Eine neue Studie hat herausgefunden, dass unsere Erwartungen während dieser Vorhersagen die Aktivität verschiedener Hirnnetzwerke beeinflussen.

Neurowissenschaftler an der Ruhr-Universität Bochum in Deutschland berichteten kürzlich in zwei Artikeln in den Fachzeitschriften über ihre Ergebnisse Zerebraler Kortex und Journal of Neuroscience.

Die Neurowissenschaftler sagen, sie hätten zwei Schlüsselregionen im Gehirn identifiziert, die an diesem Prozess beteiligt sind. Der Thalamus spielt eine zentrale Rolle bei der Entscheidungsfindung. Die Inselrinde hingegen ist besonders aktiv, wenn klar ist, ob die richtige oder die falsche Entscheidung getroffen wurde.

„Die Erwartung während des Lernens reguliert dann spezifische Zusammenhänge im Gehirn und damit die Vorhersage für eine lernrelevante sensorische Wahrnehmung“, sagte Associate Professor Dr. Burkhard Pleger von der Neurologischen Klinik des Berufsgenossenschaftlichen Universitätsklinikums Bergmannsheil.

Für ihre Studie verwendeten die Forscher eine Lernaufgabe, die sich auf den Entscheidungsprozess bei der Wahrnehmung von Hautkontakt im Gehirn konzentriert.

"Es ist, als würde man ein Computer-Strategiespiel mit einem Gamepad lernen, das bestimmten Fingern sensorisches Feedback zu bestimmten Reizen gibt", erklärte Pleger. "Der Punkt ist, dass ein bestimmter Berührungsreiz zum Erfolg führt und dass dies von Stimulation zu Stimulation gelernt werden muss."

Für das Experiment erhielten 28 Teilnehmer in jedem Versuchslauf entweder den taktilen Reiz A oder B am Zeigefinger. Auf Knopfdruck mussten sie dann vorhersagen, ob der nachfolgende taktile Reiz der gleiche sein würde oder nicht. Die Wahrscheinlichkeit von A und B änderte sich ständig, was der Teilnehmer von Vorhersage zu Vorhersage lernen musste, sagten die Forscher.

Während des Tests wurde die Gehirnaktivität der Teilnehmer mithilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) untersucht. Die Forscher zeigten sich besonders an den Probeläufen interessiert, bei denen die Teilnehmer ihre Entscheidungsstrategie änderten. Anschließend stellten sie die Frage, inwieweit die Änderung der Erwartungen die Gehirnaktivität beeinflusste.

Für die Forscher stachen zwei Hirnregionen heraus: der Thalamus und der Inselkortex.

Der Thalamus verarbeitet Informationen, die aus den Sinnesorganen oder anderen Bereichen des Gehirns stammen, und gibt sie an das Großhirn weiter. Laut den Neurowissenschaftlern wird es auch das Tor zum Bewusstsein genannt.

Mithilfe von funktionellen Magnetresonanzbildern konnten die Forscher zeigen, dass unterschiedliche Gehirnverbindungen zwischen dem präfrontalen Kortex und dem Thalamus für die Aufrechterhaltung einer Lernstrategie oder die Änderung der Strategie verantwortlich sind.

Je höher die Erwartungen vor der Entscheidung sind, desto eher wurde die Strategie beibehalten und desto geringer ist die Stärke dieser Verbindungen, so die Ergebnisse der Studie. Mit geringen Erwartungen kam es zu einem Strategiewechsel und die Regionen schienen viel stärker miteinander zu interagieren.

"Das Gehirn scheint besonders aktiv zu sein, wenn eine Lernstrategie geändert werden muss, während die Aufrechterhaltung einer Strategie erheblich weniger Energie benötigt", bemerkte Pleger.

„Bisher wurde der Thalamus als Schalter angesehen. Unsere Ergebnisse unterstreichen seine Rolle bei höheren kognitiven Funktionen, die die Entscheidungsfindung beim Lernen unterstützen. Der Thalamus ist also nicht nur ein Tor zum Sinnesbewusstsein, sondern scheint ihn auch mit kognitiven Prozessen zu verbinden, die zum Beispiel dazu dienen, Entscheidungen zu treffen. “

Der Inselkortex hingegen ist an Wahrnehmung, motorischer Kontrolle, Selbstvertrauen, kognitiven Funktionen und zwischenmenschlichen Erfahrungen beteiligt. Dieser Teil war besonders aktiv, wenn ein Teilnehmer bereits seine Entscheidung getroffen hatte und dann nach den Ergebnissen der Studie herausfand, ob er richtig oder falsch lag.

"Verschiedene Netzwerke, die in der Inselrinde verankert sind, werden durch Erwartungen reguliert und scheinen daher einen direkten Einfluss auf die zukünftige sensorische Wahrnehmung zu haben", sagte Pleger.

Quelle: Ruhr-Universität Bochum

Foto: