Bildgebungsstudie zeigt, wie Kinder Fakten auswendig lernen

Neue Untersuchungen zur Bildgebung des Gehirns zeigen, wie sich das Gehirn neu organisiert, wenn Kinder grundlegende mathematische Fakten lernen.

"Wenn Kinder grundlegende Arithmetik lernen, lösen sie Probleme, indem sie auf ihre Finger zählen, und ziehen Fakten aus dem Gedächtnis", sagten Forscher der Stanford University School of Medicine. "Die Verschiebung ist für einige Kinder einfacher als für andere, aber niemand weiß warum", sagten die Forscher.

Ihre neue Studie zeigt, dass eine präzise orchestrierte Gruppe von Gehirnveränderungen, von denen viele das als Hippocampus bekannte Gedächtniszentrum betreffen, für die Transformation entscheidend sind.

"Wir wollten verstehen, wie Kinder neues Wissen erwerben und herausfinden, warum einige Kinder lernen, Fakten besser aus dem Gedächtnis abzurufen als andere", sagte Vinod Menon, Ph.D., Professor für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften und leitender Autor der Studie.

"Diese Arbeit bietet einen Einblick in die dynamischen Veränderungen, die im Verlauf der kognitiven Entwicklung bei jedem Kind auftreten."

Die Studie ergänzt auch frühere Forschungen zu den Unterschieden zwischen der Lösung von mathematischen Problemen durch das Gehirn von Kindern und Erwachsenen. Kinder verwenden bestimmte Gehirnregionen, einschließlich des Hippocampus und des präfrontalen Kortex, ganz anders als Erwachsene, wenn die beiden Gruppen die gleichen Arten von mathematischen Problemen lösen, wie die Studie zeigte.

"Es war für uns überraschend, dass die hippocampalen und präfrontalen Beiträge zur gedächtnisbasierten Problemlösung in der Kindheit nicht so aussehen, wie wir es für das erwachsene Gehirn erwartet hätten", sagte der Postdoktorand Shaozheng Qin, Ph.D. Hauptautor des Papiers.

Für die Studie lösten 28 Kinder mathematische Probleme, während sie zwei funktionelle Magnetresonanztomographie-Gehirnscans erhielten. Die Scans wurden im Abstand von etwa 1,2 Jahren durchgeführt. Die Forscher scannten außerdem 20 Jugendliche und 20 Erwachsene zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Zu Beginn der Studie waren die Kinder zwischen sieben und neun Jahre alt. Die Jugendlichen waren 14 bis 17 und die Erwachsenen 19 bis 22. Alle Teilnehmer hatten normale IQs.

Da die Studie das normale Lernen von Mathematik untersuchte, wurden potenzielle Teilnehmer mit mathematischen Lernbehinderungen und Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung ausgeschlossen, stellten die Forscher fest.

Während der Studie konnten die Kinder im Alter von durchschnittlich 8,2 bis 9,4 Jahren mathematische Probleme schneller und genauer lösen und sich nach Angaben der Forscher mehr darauf verlassen, mathematische Fakten aus dem Gedächtnis abzurufen, und weniger darauf, zu zählen.

Als diese Strategieänderungen stattfanden, sahen die Forscher verschiedene Veränderungen im Gehirn der Kinder. Der Hippocampus, eine Region mit vielen Rollen bei der Gestaltung neuer Erinnerungen, wurde nach einem Jahr mehr im Gehirn von Kindern aktiviert. Regionen, die an der Zählung beteiligt waren, einschließlich Teilen des präfrontalen und parietalen Kortex, wurden weniger aktiviert, fanden sie.

Die Forscher sahen auch Veränderungen in dem Ausmaß, in dem der Hippocampus mit anderen Teilen des Gehirns von Kindern verbunden war, wobei einige Teile des präfrontalen, anterioren temporalen Cortex und parietalen Cortex nach einem Jahr stärker mit dem Hippocampus verbunden waren.

"Je stärker diese Verbindungen sind, desto besser kann das Kind mathematische Fakten aus dem Gedächtnis abrufen. Diese Erkenntnis legt einen Ausgangspunkt für zukünftige Studien zu Behinderungen beim Lernen von Mathematik nahe", so die Forscher.

Obwohl Kinder ihren Hippocampus nach einem Jahr häufiger benutzten, nutzten Jugendliche und Erwachsene ihren Hippocampus nur minimal, um mathematische Probleme zu lösen, so die Forscher. Stattdessen zogen sie mathematische Fakten aus gut entwickelten Informationsspeichern im Neokortex.

"Dies bedeutet, dass der Hippocampus ein Gerüst für das Lernen und Konsolidieren von Fakten im Langzeitgedächtnis bei Kindern bietet", sagte Menon.

Der Hippocampus hilft dabei, andere Teile des Gehirns zu unterstützen, da erwachsene neuronale Verbindungen zur Lösung mathematischer Probleme aufgebaut werden, erklärte er.

"Bei Erwachsenen wird dieses Gerüst nicht benötigt, da das Gedächtnis für mathematische Fakten höchstwahrscheinlich im Neokortex konsolidiert wurde", sagte er.

"Interessanterweise", sagte er, "hat die Forschung auch gezeigt, dass der erwachsene Hippocampus zwar nicht so stark engagiert ist wie bei Kindern, aber eine Sicherungskopie der mathematischen Informationen zu behalten scheint, die Erwachsene normalerweise aus dem Neokortex ziehen."

Die Forscher verglichen auch den Grad der Variation der Muster der Gehirnaktivität, wenn Kinder, Jugendliche und Erwachsene mathematische Probleme korrekt lösten. Die Aktivitätsmuster des Gehirns waren bei Jugendlichen und Erwachsenen stabiler als bei Kindern, was darauf hindeutet, dass die Aktivität des Gehirns konsistenter wird, wenn das Gehirn mathematische Probleme besser lösen kann, berichteten die Forscher.

Der nächste Schritt besteht laut Menon darin, die neuen Erkenntnisse über das normale Lernen von Mathematik mit denen zu vergleichen, die bei Kindern mit Behinderungen des Lernens von Mathematik passieren.

"Bei Kindern mit Behinderungen beim Lernen von Mathematik wissen wir, dass die Fähigkeit, Fakten fließend abzurufen, ein grundlegendes Problem darstellt und für sie in der High School und im College ein Engpass bleibt", sagte er.

"Ist es so, dass der Hippocampus kein zuverlässiges Gerüst bieten kann, um in den frühen Lernphasen gute Darstellungen von mathematischen Fakten in anderen Teilen des Gehirns zu erstellen, und das Kind daher weiterhin ineffiziente Strategien zur Lösung mathematischer Probleme einsetzt?" Wir wollen das testen. “

Die Studie wurde veröffentlicht in Naturneurowissenschaften.

Quelle: Stanford University Medical Center