Hirnforscher können schlechte Lerner am EEG erkennen

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BERLIN. Warum manche Menschen schlechter lernen als andere, hat ein Forscherteam aus Berlin, Bochum und Leipzig aufgedeckt. Das Hauptproblem sind nicht etwa ineffiziente Lernprozesse, sondern dass das Gehirn die zu lernende Information unzureichend an den entscheidenden Stellen verarbeitet.

Die Forscher maßen die elektrische Aktivität des Gehirns durch Aufzeichnung der Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche. Foto: Aschoeke / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
Die Forscher maßen die elektrische Aktivität des Gehirns durch Aufzeichnung der Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche. Foto: Aschoeke / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

Die Wissenschaftler von der Ruhr-Universität Bochum, der Humboldt-Universität zu Berlin, der Charité – Universitätsmedizin Berlin und des Leipziger Max-Planck-Instituts (MPI) für Kognitions- und Neurowissenschaften trainierten den Tastsinn der Probanden, der dadurch üblicherweise an Sensibilität gewinnt. Bei guten Lernern verändert sich die Hirnaktivität im EEG auf charakteristische Art und Weise, genauer gesagt die Alpha-Wellen. Diese zeigen unter anderem an, wie effektiv das Gehirn die sensorische Information, die man zum Lernen braucht, verwertet.

Wie gut Menschen lernen, hängt von genetischen Aspekten, der individuellen Gehirnanatomie und nicht zuletzt der Aufmerksamkeit ab. „Wir haben in den vergangenen Jahren ein Verfahren etabliert, mit dem wir bei Menschen Lernprozesse auslösen, die keine Aufmerksamkeit erfordern“, erklärt Dr. Hubert Dinse vom Neural Plasticity Lab der Ruhr-Universität Bochum. Diesen Faktor konnten die Forscher also ausklammern: Sie reizten 30 Minuten lang wiederholt den Tastsinn der Teilnehmer, indem sie die Haut an der Hand elektrisch stimulierten.

Vor und nach diesem passiven Lerntraining testeten sie die sogenannte Zwei-Punkt-Diskriminationsschwelle – ein Maß für die Sensibilität des Tastsinns. Dabei übten sie mit zwei Nadeln sanften Druck auf die Hand aus und bestimmten den kleinsten Abstand zwischen den Nadeln, bei dem der Proband sie noch als separate Reize wahrnahm. Im Durchschnitt verbesserte das passive Training die Diskriminationsschwelle um zwölf Prozent – aber nicht bei jedem der 26 Teilnehmer. Warum manche Leute besser lernten als andere, untersuchte das Team mittels EEG.er

Je höher die Alpha-Aktivität, desto besser lernt ein Mensch

Die Wissenschaftler zeichneten vor und während des passiven Lerntrainings das spontane EEG der Probanden auf. Dann identifizierten sie die Komponenten der Hirnaktivität, die mit einer Verbesserung beim Diskriminationstest zusammenhingen. Entscheidend war die Alpha-Aktivität, also die Hirnaktivität im Frequenzbereich von 8 bis 12 Hertz. Je höher die Alpha-Aktivität vor dem passiven Training, desto besser lernten die Leute. Außerdem lernten sie umso einfacher, je mehr die Alpha-Aktivität während des passiven Trainings abnahm. Diese Effekte traten über dem somatosensorischen Kortex auf, also dort wo der Tastsinn im Gehirn verortet ist.

Eine hohe Alpha-Aktivität gilt als Marker für die Bereitschaft des Gehirns, neu eintreffende Informationen zu verwerten. Umgekehrt gilt eine starke Abnahme während der sensorischen Stimulation als Indikator dafür, dass das Gehirn die Reize besonders effizient verarbeitet. Die Ergebnisse legen also nahe: Wahrnehmungsbasiertes Lernen ist stark davon abhängig, wie zugänglich die sensorische Information ist. Die Alpha-Aktivität als Marker sich ständig verändernder Hirnzustände moduliert diese Zugänglichkeit.

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„Wie der Alpha-Rhythmus es schafft, das Lernen zu beeinflussen, untersuchen wir mit Computermodellen“, sagt Dr. Petra Ritter, Leiterin der Arbeitsgruppe BrainModes am MPI Leipzig und der Berliner Charité. „Erst wenn wir die Art der komplexen Informationsverarbeitung des Gehirns verstehen, können wir ganz gezielt in die Prozesse eingreifen, um bei Störungen zu helfen“, fügt sie hinzu. Neue Therapieansätze zu entwickeln, ist das gesteckte Ziel des Kooperations-Netzwerkes, das Ritter koordiniert, des internationalen „The Virtual Brain“-Projektes, an dem ihr Team beteiligt ist, und des von Dinse geleiteten „Neural Plasticity Lab“ an der RUB.

„Eine spannende Frage ist nun, in wieweit sich die Alpha-Aktivität mit Biofeedback willentlich beeinflussen lässt“, sagt Dr. Hubert Dinse „Das könnte enorme Implikationen für die Therapie nach Hirnschädigung oder ganz allgemein für das Verständnis von Lernvorgängen haben.“

Die Elektroenzephalografie (EEG) ist eine Methode der medizinischen Diagnostik und der neurologischen Forschung zur Messung der summierten elektrischen Aktivität des Gehirns durch Aufzeichnung der Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche – das Elektroenzephalogramm (ebenfalls EEG abgekürzt) ist die grafische Darstellung dieser Schwankungen. News4teachers

(17.2.2013)

Zum Bericht: „Studie: Hang zu Drogen lässt sich im Hirn erkennen“

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