Referat: Lernen und Gedächtnis

"Sebastian Lehmann" <[email protected]>
Referat: Lernen und Gedächtnis
Lernen und Gedächtnis hängen sehr eng miteinander zusammen. Lernen bezieht sich auf den
Erwerb von motorischen Fähigkeiten oder von Informationen, Gedächtnis auf deren Anwendung.
Einen Großteil unseres Lernens verwenden wir darauf, Bewegungen, wie zum Beispiel greifen,
laufen, sprechen, zu erlernen.
Beim Gedächtnis unterscheidet man zwischen sensorischem Gedächtnis, Kurzzeitgedächtnis und
Langzeitgedächtnis.
Sensorisches Gedächtnis: bei diesem äußerst kurzen photographischen Gedächtnis, das auch
ikonisches Gedächtnis genannt wird (griech.: ikon = bild) , halten die Erinnerungen nur
ca. eine Zehntelsekunde an. Überraschenderweise kennt man noch nicht die Hirnsysteme, die
ikonische visuelle Erinnerungen aufbewahren. Dafür in Frage kommen Netzhaut, Sehbahn und
die Sehfelder der Großhirnrinde, dafür gibt es jedoch keine Beweise.
Kurzzeitgedächtnis: Hier ist die Erinnerung nach ca. 10 Sekunden auf Null
zusammengeschrumpft. Es reicht dazu aus, sich eine Telefonnummer solang zu merken, bis man
sie eingetippt hat, um sie jedoch ins Langzeitgedächtnis zu überführen, muß man sie wiederholen
und aufsagen. Außerdem verfügt das Kurzzeitgedächtnis nur über eine sehr begrenzte
Aufnahmekapazität. Im alltäglichen Leben hat das Kurzzeitgedächtnis meist mit Ereignissen zu
tun, die uns zumindest teilweise vertraut sind, zum Beispiel einer Unterhaltung. Das
Kurzzeitgedächtnis verschmilzt hier mir dem Langzeitgedächtnis und der Erfahrung, da es nun
viel länger als nur 10 Sekunden anhält, wird es oft Arbeitsgedächtnis genannt.
Bei Versuchen mit Symbolen, die sich die Versuchsperson merken mußte, wurde
herausgefunden, daß die Antwortlatenz beim Kurzzeitgedächtnis eine Gerade bildet, die
proportional zur Anzahl der zu merkenden Symbole ist. Dies deutet darauf hin, daß die Suche im
Kurzeitgedächtnis sehr schnell vor sich geht, es ruft ca. 25 bis 30 Symbole pro Sekunde ab, fast
wie ein Computer.
Langzeitgedächtnis: Durch Übung gelangen neue Informationen und motorische Fertigkeiten in
den Speicher des Langzeit- oder permanenten Gedächtnisses. Möglicherweise ist das visuelle
Langzeitgedächtnis eine Besonderheit, die nur beim Menschen vorkommt.
Es ist unterteilbar in zwei Gedächtnistypen, dem episodischen und dem semantischen Wissen.
Das episodische Wissen ist zeitbezogen, wir erinnern uns an Zeitpunkt und Reihenfolgen von
Erfahrungen. Semantisches Wissen dagegen ist ein nicht zeitbezogenes Wissen, man erinnert sich
zum Beispiel an Wörter, Vokabeln oder das 1mal1.
Das Gedächtnis für motorische Fähigkeiten (z.B. Tennisspielen) ist dem semantischen Wissen
sehr ähnlich. Bei beiden ist es wirkungsvoller, die Übungsstunden zu verteilen (besser 7x 1h als
1x 7h
lernen).
Eine weitere Unterscheidungsmöglichkeit ist mit dem deklarativen Gedächtnis (das Lernen des
Was : episodisch, semantisch) und dem prozeduralen Gedächtnis (das Lernen des Wie:
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motorisch) gegeben, es gibt mannigfaltige Klassifikationsunterschiede, weil am
Erinnerungsvorgang offenbar unterschiedliche Gehirnsysteme beteiligt sind.
Lernen
Der Lernvorgang fängt bereits bei einfachen und ursprünglichen Lebensformen an und tritt in
Form von Habituation und Sensibilisierung auf.
Habituation: Reaktion auf einen Reiz wird abgeschwächt, wenn dieser wiederholt auftritt
Sensibilisierung: Reaktion auf einen Reiz nimmt zu, nachdem zuvor eine andere Reizung
stattgefunden hat (z. B. Stromstoß ! Geräusch)
Ein ständiger Reiz wird mit der im Langzeitgedächtnis gespeicherten Erinnerung verglichen, bei
einer Übereinstimmung erfolgt keine Reaktion mehr.
Assoziatives Lernen:
Bei der Pawlowschen Konditionierung wird ein neutraler Reiz mit einem anderen Reiz, auf den
eine Reaktion folgt, gepaart. Das Versuchstier reagiert dann auf beide Reize mit derselben
Reaktion, dies wird konditionierte Reaktion genannt, z.B. Pawlows Hunde reagierten nur auf den
Klang der Glocke schon mit Speichelfluß. Das Versuchstier hat dabei keinerlei Einfluß auf die
Reaktion.
Grundlagen des assoziativen Lernens sind Kontiguität und Kontingenz, also der zeitlichen
Verknüpfung von Ereignissen (Kontiguität) und der Wahrscheinlichkeit, mit der zwei Ereignisse
zusammen auftreten (Kontingenz).
Instrumentelles Lernen:
Beim instrumentellen Lernen muß sich das Versuchstier auf bestimmte Weise verhalten, um eine
Belohnung zu bekommen oder eine Strafe zu vermeiden, hier kann es also den Vorgang selbst
beeinflussen.
Lernen ist eines der wichtigsten Mittel des Organismus, die Struktur seiner Welt zu erfassen.
Man geht davon aus, daß das Individuum eine Repräsentation der kausalen Struktur der Welt
erlernt und diese anhand seiner Erfahrungen angleicht, um sie in Einklang mit den tatsächlichen
Kausalzusammenhängen in der Welt zu bringen, dabei strebt es an, jeden Widerspruch zwischen
seiner inneren Repräsentation und der äußeren Realität abzumildern.
Habituation und Sensibilisierung von Verhaltensreaktionen kommen bei allen Tieren mit einem
Nervensystem vor. Sogar ein Nervennetz, die einfachste Form eines Nervensystems, kann
habituieren (z.B. Seeanemone).
Habituation scheint auf einen Prozeß synaptischer Depressionen zu beruhen, eine Verminderung
der Übertragungseffektivität an bestimmten Synapsen an motorischen Nervenzellen als Ergebnis
wiederholter Aktivierung. Dabei nimmt die Wahrscheinlichkeit, daß Neurotransmitter an der
Synapse freigesetzt werden, ab. Es scheinen weniger Ca2+ Ionen in den Synapsenknopf
einzuströmen, durch wiederholte Aktivierung werden die Ionenkanäle verändert.
Ohne Habituation würden Lebewesen die meiste Zeit damit verbringen, auf alle möglichen
irrelevanten Reize zu reagieren.
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Bei der Sensibilisierung wird ein “second messenger System” durch einen zweiten Reiz aktiviert:
es fließen nun mehr Ca2+Ionen ein. Die Sensibilisierung versetzt uns in eine wachsame und
reaktionsbereite Position.
Ort des Gedächtnisses ?
Bis heute weiß man nicht besonders viel über die “Orte” des Gedächtnisvorganges im Gehirn.
So wird vermutet, daß die Gehirnsysteme Hypothalamus, Amygdala (Bestandteil des limb.
Systems) und Kleinhirn für das Lernen zuständig sind, z.B. macht es eine Schädigung einer
bestimmten Kleinhirnregion unmöglich, bestimmte Bewegungen zu erlernen.
Visuelles Gedächtnissystem in der Großhirnrinde
Vermutlich gibt es in unsererem Gehirn zwei visuelle Gedächtnissysteme:
" eines verläuft von der primären Sehrinde über visuelle Assoziationsfelder bis zum
posterioren- temporalen Feld (TEO) und schließlich zum visuell-temporären Feld (VTE)
" das andere System entsendet Nervenfasern von der primären Sehrinde zum Scheitelappen
Hippocampus
Der Hippocampus scheint die Hirnstruktur zu sein, die bei Säugetieren speziell für das
Gedächtnis zuständig ist. Er gehört zum limbischen System, der bei primitiven Wirbeltieren die
höchste Hirnregion darstellt, bei Säugern aber im Gegensatz zur Großhirnrinde recht klein ist.
Wie wichtig der Hippocampus für unser Gedächtnis ist zeigt das Beispiel eines legendären
Eingriffs an einem Epilepsiepatienten namens H.M.. Bei der Operation wurde der Hippocampus
beidseitig entfernt. Seitdem ist seine Fähigkeit, neue Informationen und Erfahrungen im
Langzeitgedächtnis zu speichern, empfindlich gestört. Dabei sind seine weiter zurückliegenden
Erinnerungen an Erfahrungen vor der Operation noch vorhanden, auch sein Kurzzeitgedächtnis
ist intakt. Allerdings können keine Informationen vom Kurz- ins Langzeitgedächtnis überführt
werden. Der Hippocampus scheint folglich eine entscheidende Rolle bei der Übertragung neuer
Inhalte ins Gedächtnis zu spielen, ist aber nicht der Ort des Gedächtnisses.
Der Patient H.M. weist eine Störung des deklarativen Gedächtnisses auf, sein prozedurales
Gedächtnis ist jedoch intakt, er kann somit neue motorische Fähigkeiten erwerben. Personen mit
Kleinhirnschäden dagegen haben kein prozedurales Gedächtnis mehr. (Bsp: Spiegelschrift)
Auch ist bei H.M. das implizite Gedächtnis in Ordnung, allerdings ist kein explizites vorhanden.
Implizites Gedächtnis: eine Art Brainstorming, zwei Anfangsbuchstaben eines Wortes sind
gegeben, die Testperson muß Wörter sagen, die ihm zu diesen Buchstaben einfallen
Explizites Gedächtnis: gelernte Wörter sollen aufgesagt werden, die Testperson soll sich folglich
daran erinnern
Auch Untersuchungen bei Tieren ergaben, daß die Nervenzellen des Hippocampus bei “Lernverhalten” erhöhte Entladungsfrequenzen aufweisen.
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Weiterhin ist bekannt, daß die verschiedensten Gedächtnistypen sich in verschiedensten
Gehirnbereichen befinden. Zerstört man z.B. eine bestimmte Region des Stirnlappens beim
Affen, verliert dieser sein räumliches Kurzzeitgedächtnis, das visuelle Kurzzeitgedächtnis ist
jedoch nicht eingeschränkt..Kürzlich wurden noch mehr Felder entdeckt, die alle für
verschiedene Arten von Kurzzeitgedächtnis zuständig zu sein scheinen.
Man versucht auf verschiedene Arten, Gedächtnisschaltkreisen im menschlichen Gehirn auf die
Spur zu kommen.
Eine Möglichkeit ist die Positronenemmisionstomographie (PET) ,dabei wird radioaktiv
markiertes Wasser in die Blutbahn gespritzt. Dann wird die Versuchsperson mit einer Aufgabe
beschäftigt, während das Gehirn auf Radioaktivität abgetastet wird.
Dabei ergibt der Test für das explizite Gedächtnis eine gesteigerte Durchblutung des rechten
Hippocampus, beim impliziten Gedächtnis wird eine gesteigerte Durchblutung der rechten
Großhirnrinde sichtbar.
Auch dieser Versuch beweist, daß für implizites und explizites Gedächtnis verschiedene
Gehirnstrukturen zuständig sind
Wo das Gedächtnis wirklich gespeichert ist, kann man heute noch nicht sagen. Man nimmt an,
daß sich das Langzeitgedächtnis z.B. in strukturellen Veränderungen an den Synapsen
niederschlägt. Wichtig scheint auch die Proteinsynthese zu sein, denn bei Spritzen von
Proteinsynthesehemmern wird kurz zuvor erlerntes nicht gespeichert. Auch Hormone scheinen
eine wichtige Rolle zu spielen, denn Säuger erinnern sich am besten an solche Erfahrungen, die
sie in einem Zustand von Anspannung gemacht haben (!Adrenalin, Noradrenalin). Aber auch
andere Stoffe wie z. B. Glucose beeinflussen die Gedächtnisleistung positiv.
Es ist jedoch unwahrscheinlich, daß es Gedächtnismoleküle gibt, in denen Information
gespeichert wird, wahrscheinlicher sind die Vorgänge der Langzeitpotenzierung und
Langzeitdepression, also der übermäßigen Reizung bzw. Abschwächung der Nervenzellreaktion,
die sowohl im Hippocampus als auch in der Großhirnrinde vorkommen.
Im Biobuch: Möglichkeit der neuronalen Netze, also elektronische Schaltkreise, in denen die
gespeicherten Informationen ständig rotieren. Aufgrund der 14 Milliarden Neuronen im Großhirn
bieten sich so sehr viele Kombinationsmöglichkeiten und damit ein riesiger Speicher.
Copyright: Sebastian Lehmann ☺
e-mail: [email protected]
entnommen: Fachbuch “Gehirn” aus dem Spektrum Akademischer Verlag,
angefertigt für den BioLk 13 JKG HN
Anmerkung: Das Referat enthält nur die nötigsten Bestandteile, Vortragsdauer ca 15-20 min
Note: zwischen 12 und 14 Punkten