Neuropsychologische Gedächtnisstudien

Siehe auch Das Korsakow-Syndrom

Das perfekte Gedächtnis

James McNaugh (University of California, Irvine) fand eine Patientin mit einem hyperthymestischen Syndrom. Die 40-jährige Frau wird vom Forscher beispielsweise nach allen Osterfeiertagen seit 1980 gefragt. Binnen zehn Minuten schreibt die Patientin die Datumsangaben und ihre Erlebnisse an diesen Tagen nieder. Auch zwei Jahre später liefert sie identische Resultate. Ihre Erinnerungen sind sehr persönlich, also auf das eigene Leben und auf für sie interessante Erlebnisse bezogen. Allerdings tut sich die Patientin mit dem Auswendiglernen schwer und erbrachte auch in der Schule keine überdurchschnittlichen Leistungen. Ihr Leben mit diesem perfekten Gedächtnis beschreibt die Frau als "endlosen Film in meinem Kopf".

Quelle: Neurocase, Vol. 12(1), pp 35-49.

Die Bedeutung des präverbalen Zahlensinns

Starr et al. (2013) haben übrigens herausgefunden, dass nicht nur Fleiß allein für die mathematischen Fähigkeiten von Kindern verantwortlich ist, sondern dass auch die Gene einen großen Anteil daran haben, wobei sich schon bei Babys erkennen lässt, wie gut die künftigen mathematische Fähigkeiten ausgeprägt sein können. In der Studie wurden Kleinkinder von sechs Monateen mit einer einfachen Versuchsanordnung konfrontiert: Auf weißem Untergrund befanden sich schwarze Punkte, die sich in Anordnung und Anzahl veränderten, wobei man beobachtete, wie schnell die Kinder auf solche Änderungen reagierten. Bei einem weiteren Test im Alter von dreieinhalb Jahren wurde das Verständnis von Zahlen und Mengen an praktischen Beispielen erhoben. Es zeigte sich, dass schon Kleinkinder einen mehr oder minder ausgeprägten Zahlen- und Mengensinn haben, woraus sich Prognosen über die künftigen mathematischen Fähigkeiten ableiten ließen. Offenbar ist der präverbale Zahlensinn bei Säuglingen ein konzeptueller Vorläufer, der die menschliche mathematische Entwicklung begründet. Dieser präverbale Zahlensinn kann als ein Entwicklungsbaustein für die einzigartige menschliche Fähigkeit zur Mathematik dienen. Allerdings gibt es noch keinen direkten Beweis dafür, dass die numerischen Fähigkeiten von Säuglingen mit den mathematischen Fähigkeiten im späteren Kindesalter korreliert sind. Sicher ist, dass der präverbale Zahlensinn den Erwerb von numerischen Symbolen und mathematischen Fähigkeiten später erleichtert, wobei diese Beziehung auch nach der Kontrolle der allgemeinen Intelligenz Bestand hatte, was darauf hindeutet, dass der präverbale Zahlensinn einen einzigartigen Beitrag zu den mathematischen Fähigkeiten leistet. Diese Ergebnisse stützen die Hypothesen früherer Untersuchungen, dass die Mathematik auf einem intuitiven Zahlensinn beruht, der der Sprache vorausgeht.

Buchstaben- und Zahlenerkennen in beiden Hemisphären lokalisiert

Im menschlichen Gehirn übernehmen unterschiedliche Areale in der Regel unterschiedliche Aufgaben, denn während etwa Wörter und Sprache vorrangig in der linken Hemisphäre verarbeitet werden, ist für das Zahlenverständnis überwiegend die rechte Gehirnhälfte zuständig. Bisher vermutete man, dass die grundlegenden Prozesse des Erkennens von Buchstaben und Zahlen unterschiedlich in den Hirnhälften lokalisiert sind, doch konnte nun in eine Untersuchung zur visuellen Verarbeitung von Zahlen im menschlichen Gehirn konnte gezeigt werden, dass dabei beide Hirnhälften aktiv sind. In der Studie wurden den Versuchsteilnehmern jeweils für Sekundenbruchteile Zahlen, Buchstaben und Abbildungen von Alltagsgegenständen gezeigt und währenddessen ihre Hirnaktivität im Magnetresonanztomographen aufgezeichnet. Dabei konnten man die Region, in der die visuelle Verarbeitung von Zahlen abläuft, eindeutig eingegrenzt werden, denn das kleine Areal an der Unterseite des linken und rechten Schläfenlappens reagiert bei der Präsentation von Ziffern mit erhöhter Aktivität. Buchstaben oder andere Abbildungen, aber auch verfremdete Zahlen führen zu einer deutlich geringeren Hirnaktivität in diesem Bereich. Dieses Areal war bisher eine Art blinder Fleck im menschlichen Gehirn, denn es liegt unter Ohr und Gehörgang, umgeben von Knochen und Luft. Übrigens werden in diesen Arealen nicht nur Zahlen erkannt, sondern auch Gesichter und Objekte. Siehe dazu Lesenlernen reduziert Gehirnareale zur Gesichtserkennung.

Literatur
Grotheer, M., Herrmann, K. H., and Kovács, G. (2016). Neuroimaging Evidence of a Bilateral Representation for Visually Presented Numbers. The Journal of Neuroscience, 36, 88-97.

Gehirn und Zahlenverständnis

Die bildhafte Vorstellung von Zahlen und die abstrakte Fähigkeit, zwei Zahlen zu addieren, beanspruchen völlig unterschiedliche Areale im Gehirn und erst die Kombination der beiden Zahlenmodule ermöglicht das Rechnen. Ein Areal des Gehirns führt exakte Berechnungen durch und gibt den Zahlen Namen, ist also mit Sprache verknüpft. Im anderen Areal befindet sich der eher intuitive Zahlensinn, eine Art mentale Zahlenreihe, mit dem Grössenordnungen abgeschätzt werden. So können manche Patienten nach einem Gehirnschlag nicht mehr entscheiden, ob 9 näher bei 10 oder 5 liegt, und dies, obwohl ihnen einfache Additionen wie 7 plus 3 gleich 10 überhaupt keine Probleme bereiten. Andere Patienten können sich hingegen nicht entscheiden, ob 2 plus 2 eher 3 oder 4 ergibt. Werden sie jedoch gefragt, ob sie als Ergebnis eher 3 oder 9 vorziehen würden, wählen alle die 3.

Stanislas Dehaene (Institut National de la Santé et de la Recherche Medicale, Orsay) überprüfte diese Hypothese gemeinsam mit Elizabeth Spelke (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge) in einem Rechenexperiment. Dafür wählten sie zweisprachige Studenten (Englisch und Russisch), die in einem ersten Experiment einfache Rechenaufgaben lösen mussten ("Ist 53 plus 68 gleich 121 oder 127?"), also eine Aufgabe, die die exakte Kalkulation erfordert. Eine Schätzung erfordert hingegen die Frage, ob das Ergebnis von 53 plus 68 eher bei 120 oder 150 liegt. Man instruierte die Studenten entweder auf Englisch oder Russisch und testete sie danach in derselben oder in der anderen Sprache. Keine Rolle spielte die Sprache bei der zweiten Kategorie von Aufgaben, wo die Studenten nur abschätzen mussten, welche Antwort zutrifft: Egal ob der Test in der gleichen oder in der anderen Sprache wie die Instruktion durchgeführt wurde, benötigten die Studenten etwa gleich lang für die Lösung.

Wurden die Studenten auf Englisch instruiert und auf Englisch getestet, antworteten sie rund eine Sekunde schneller als wenn die Sprache gewechselt wurde. Auch als die Forscher den Schwierigkeitsgrad der Aufgaben erhöhten, änderte sich nichts: Mussten die Studenten das Resultat einer Wurzelgleichung nur abschätzen, spielte die Sprache keine Rolle; bei komplizierten exakten Additionen hingegen war die Sprache der entscheidende Faktor, wie lange sie zur Lösung brauchten. Das Lösen von exakten Aufgaben scheint daher eng mit sprachlichen Fähigkeiten gekoppelt, , während die Fähigkeit, Grössenordnungen zu schätzen, unabhängig von der Sprache ist.

In einem zweiten Experiment wurden die Freiwilligen gleichzeitig mit einem Kernspintomographen untersucht. Mussten die Studenten exakte Additionen ausführen, war jene Region im linken Stirnlappen besonders aktiv, wo das Gehirn auch Tätigkeits- und Hauptwörter verarbeitet. Hatten die Freiwilligen hingegen eine Schätzaufgabe zu lösen, leuchtete in beiden Hirnhälften eine Region im Scheitellappen auf, die das Gehirn für räumliche und visuelle Aufgaben nutzt, wo es geistig Objekte rotiert, es die Aufmerksamkeit lenkt und Finger- und Augenbewegungen gesteuert werden.

Dass Fingerbewegungen und der nichtsprachliche Zahlensinn am gleichen Ort gespeichert sind, erklärt, warum Säuglinge ab einem Alter von sechs Monaten ihre Finger benutzen, um Änderungen in der Anzahl von Objekten festzustellen. Sie besitzen also einen Zahlensinn, lange bevor sie sprechen können, und sind in dieser Phase Rhesusaffen, Schimpansen, Vögeln und Ratten ähnlich, die solche einfachen "Rechnungen" ebenfalls beherrschen. Erst mit dem Sprechenlernen kommt beim Kind das exakte Rechenmodul hinzu, das sich der Mensch im Verlauf der Evolution mit der Sprache angeeignet hat. Erst die Kombination der beiden gaben dem Menschen schliesslich die Fähigkeit, mit Zahlen zu jonglieren und komplizierte mathematische Probleme zu lösen.

Die neuen Erkenntnisse von Dehaene und Spelke könnten auch den Matheunterricht beeinflussen. Denn in jenen Schulen, wo Schüler immer noch ein Stöckli nach dem anderen rechnen müssen, wird nur die sprachabhängige, eher mechanische Mathefähigkeit trainiert. Die Entwicklung des Zahlensinns hingegen wird durch das drillmässige Pauken vernachlässigt. Spelke fordert daher, in der Ausbildung mehr Wert auf die mathematische Intuition zu legen. Einstein würde es ihr danken.

Dehaene, Stanislas (1999). Mathematik und Hirn: Der Zahlensinn". Birkhäuser Verlag.

Klugheit aus dem Bauch

Mit immer raffinierteren Methoden versuchen Psychologen unser Unterbewußtsein zu ergründen. Thomas Hill und Pawel Lewicki von der amerikanischen University of Tulsa haben jetzt bei Experimenten herausgefunden, dass es unsere (Vor-)Urteilsbildung entscheidend beeinflussen kann und dabei mitunter "schlauer" ist als unser Bewußtsein. Besonders deutlich zeigt dies ein Versuch, bei dem Probanden die Aufgabe hatten, nach Abschluß eines kurzen Trainings "intuitive" Urteile über den Charakter von Personen abzugeben, deren Portrait ihnen jeweils präsentiert wurde. Zur Vorbereitung wählten Hill und Lewicki aus einer amerikanischen Tageszeitung neun Portraits von etwa gleichaltrigen und vom Gesichtsausdruck her ähnlichen Männern aus. Sie achteten dabei darauf, dass bei allen Köpfen der Abstand zwischen Kinn und Augen genauso groß war wie der zwischen Augen und dem im Bild sichtbaren oberstem Haar-Rand - nämlich jeweils zehn Längeneinheiten. Dies sind die Proportionen eines durchschnittlichen Gesichts. Von jedem dieser Portraits erzeugten die Psychologen nun mit Computerhilfe eine "gestauchte" und eine "gelängte" Variante: Nach dem "Stauchen" entstanden "Kurzgesichter" mit einem Längenverhältnis von neun zu elf. Nach dem "Strecken" ergaben sich "Langgesichter" mit einem Verhältnis von elf zu neun. Die Deformationen waren klein genug, dass sie nicht bewußt als solche wahrgenommen werden konnten. Auch waren alle Gesichtsvarianten mit jeweils insgesamt 20 Einheiten gleich lang. Mit diesem Bildmaterial führten Hill und Lewicki zunächst ein Training durch: Sie zeigten 22 Probanden jeweils zwei kurze, zwei normale und zwei lange Gesichter, die nach einem Zufallsverfahren aus dem Material ausgewählt waren, und behaupteten, die Bilder stellten College-Professoren dar. Während die Probanden die Portraits begutachteten, gaben die Forscher jeweils einen kurzen Kommentar zu der Persönlichkeit des "Professors" ab, der angeblich von deren "Studenten" stamme: Einige seien in der Bewertung der Studienleistungen großzügig, andere normal, andere streng. Die Zuordnung dieser Attribute erfolgte jedoch nicht wahllos. Hill und Lewicki unterteilten ihre Prüflinge vielmehr in zwei Gruppen: Den einen erzählten sie jeweils beim Betrachten der Kurzgesichter, diese seien streng, und attestierten jeweils den Langgesichtern Großzügigkeit. Den Probanden der anderen Gruppe erzählten sie genau das Gegenteil - nämlich dass die Langgesichter streng und die Kurzgesichter großzügig seien. Den Normalgesichtern sprachen sie in beiden Gruppen jeweils durchschnittlich faires Benotungsverhalten zu. Nach diesem Vortraining zeigten die beiden Psychologen ihren Prüflingen nun jeweils ein von diesen bislang noch nicht gesehenes Kurz-, Normal- und Langgesicht und baten sie, ihrer "Intuition" folgend ein Urteil über den Charakter dieser Personen abzugeben. Der vermuteten "Benotungsfairness" sollten sie dabei einen Wert zwischen "Eins" (sehr unfair) und "Zehn" (sehr fair) geben. Die Ergebnisse bestätigten Hills und Lewickis Vermutung aufs beste: Diejenigen Probanden, denen Kurzgesichter als großzügig vorgestellt worden waren, bewerteten das neue Kurzgesicht im Durchschnitt mit 7,1, das neue Langgesicht hingegen mit 3,4. Die Probanden der anderen Gruppe hingegen gaben dem neuen Kurzgesicht eine Durchschnittsnote von 5 ,3, dem Langgesicht hingegen von 7,0. Die neuen Normalgesichter erhielten in beiden Gruppen fast die gleiche Durchschnittsbewertung von 6,0. Als die Forscher die Teilnehmer im Anschluß fragten, worauf sie ihr Urteil gegründet hätten, sagten die meisten: "Ich habe einfach nur geraten." Sie ahnten nicht im geringsten, kommentiert Lewicki, "dass sie Regeln gelernt hatten". Auch bei anderen Versuchen - etwa beim Verfolgen und Vorhersagen eines komplizierten Bewegungsmusters, das eine Figur auf einem Bildschirm beschrieb - konnten die Psychologen ihre These erhärten: Unser Unterbewußtsein ist in der Lage, Bewertungskriterien zu "erarbeiten", die so komplex sein können, dass wir diese rational kaum zu verstehen vermögen.
Quelle: GEO 2009/92, S. 190.

Negatives wird automatisch im Gedächtnis gespeichert

Eine mögliche Erklärung für das Phänomen, warum sich die Menschen viel häufiger an negative Erfahrungen erinnern als an positive, erbrachten zwei Gedächtnisforscherinnen aus Cambridge. Elizabeth Kensinger und Suzanne Corkin zeigten 28 Teilnehmern einer Versuchsanordnung jeweils zwei Sekunden lang Begriffe, die nach ihrer Wirkung auf Menschen in drei Gruppen eingeteilt waren:

• Emotionsgeladene Reizwörter wie "Entführung" oder "Raubmord".
• Negativ beetzte Wörter wie "Kummer" oder "Sarg", die aber nicht schockieren sollten,
• Neutrale Wörter, die keine Gefühlsregung auslösen.

Zehn Minuten später wiederholten sie diese Wörter gemischt mit einigen neuen Begriffen. Die Versuchspersonen sollten nun angeben, welche davon sie wieder erkannten und ob diese Begriffe sie persönlich berührten. Mithilfe der funktionalen Magnetresonanztomographie machte man dabei die neuronalen Aktivitäten im Gehirn sichtbar, die nötig sind, Begriffe dauerhaft im Gedächtnis zu verankern. Außer dem Areal des Hippocampus, das an einer Gedächtnisleistung stets beteiligt ist, wurde abhängig von der Art des Begriffes auch die Amygdala, die für die emotionale Bewertung von Eindrücken zuständig ist, aktiviert. Bei negativ besetzten Begriffen beobachteten sie eine Aktivierung des präfrontalen Cortex, der für das bewusste Auswendiglernen wichtig ist.

Die Probanden dieser Gruppe erinnerten sich an die negativ besetzten genau so gut wie an die emotionsgeladenen, obwohl hier die Verstärkung durch die Amygdala fehlte. Diese Erinnerungsfähigkeit wurde aber deutlich geschmälert, wenn die Probanden nicht ihre volle Aufmerksamkeit auf die Begriffe lenken konnten. Das Gedächtnis, das von der Amyddala kontrolliert wird, wird offensichtlich nahezu unbewusst gebildet, möglicherweise wird diese Gedächtnisleistung durch die Ausschüttung von Stresshormonen des limbischen Systems begünstigt. Dabei wirkt diese Region als "innere Alarmanlage" für Gefahren, die sogar funktioniert, wenn die Probanden zwischendurch immer wieder abgelenkt werden.

Das Sprachhirn unterscheidet zwischen Wortarten

Wiener Wissenschaftler am Institut für Hirnforschung wiesen nach, dass Abstrakta und Konkreta nicht nur sprachwissenschaftliche Kategorien sind, sondern dass diese Unterscheidung auch neuronale Grundlagen hat. Die Verarbeitung konkreter Wörter beruht demnach auf einer anderen Art von Gehirnaktivität als die von abstrakten Wörtern, indem an der kognitiven Verarbeitung von Konkreta mehr Gehirnbereiche beteiligt sind als an der Verarbeitung von Abstrakta. Bei Konkreta liegen die beteiligten Gehirnbereiche bisweilen weit auseinander, sodass eine synchrone Arbeitsweise verschiedenster Hinnbereiche vorliegt, insbesondere findet ein Austausch zwischen linker und rechter Gehirnhälfte statt. Abstrakta hingegen lösen nur lokal begrenzte Aktivitäten im Gehirn aus und die Information fließt im Wesentlichen nur von der linken in die rechte Gehirnhälfte.

Daraus ergibt sich auch eine praktische Konsequenz für das Lernen: Wörter, die einen regen Austausch zwischen den beiden Gehirnhälften auslösen, kann man sich leichter merken. Konkreta werden in unserem Gehirn meist auch mit Bildern verbunden. Tatsächlich stellt sich ja bei Wörtern wie Maus, Mann, Schiff sehr leicht ein passendes Bild ein, während ein Abstraktum wie Sehnsucht oder Freiheit bildlos bleibt oder bestenfalls durch Symbole repräsentiert werden kann,.

Es wurde auch festgestellt, dass die Verarbeitung von bildhaften Zeitwörtern zu mehr Austausch zwischen den Gehirnhälften führt als die Verarbeitung von nicht bildhaften Zeitwörtern. Abermals wurde bestätigt, dass die alte Vorstellung, die sprachliche Aktivität finde in exakt lokalisierbaren Zentren statt, nicht haltbar ist. Zwar finden die Basisaktivitäten in den schon lange bekannten Zentren statt, allerdings müssen für komplexere Verarbeitungsprozesse weit voneinander entfernte Gehiruregionen ihre Aktivitäten synchronisiere, wobei diese kurzlebigen funktionellen Netzwerk nur etwa 200 Millisekunden lang existieren.

Gestörte Gehirnentwicklung in der Pubertät

Nach Beverley A. Wright & Steven G. Zecker (Northwestern University) sind Legasthenie oder andere Sprachbehinderungen möglicherweise die Folge einer Verzögerung der Gehirnentwicklung. Sie beobachteten, dass sich die für manche Sprachkompetenzen zuständigen Regionen im Gehirn ab der Pubertät bei manchen Kindern nicht mehr weiterentwickeln. Zahlreiche sprachliche Defizite, die bei Erwachsenen mit Lernproblemen beobachtet wurden, könnten daher auf abnormale Verteilungen in der weißen Gehirnsubstanz zurückgeführt werden. Die Forscher stellten fest, dass Kinder mit Beeinträchtigungen zunächst drei Jahre zurück waren, sich aber soweit bessern konnten, dass sie Kindern ohne Behinderung gleich kamen. Jedoch um das zehnte Lebensjahr herum bemerkt man einen Stillstand in der weiteren Entwicklung der Kinder mit Lernproblemen. Da diese Verzögerungen der Gehirnentwicklung auch mit bestimmten Auffälligkeiten einhergehen wie einem verspäteten Spracherwerb oder einem verspäteten Erlernen motorischer Fertigkeiten wie Fahrrad fahren, könnten frühe Tests zu rechtzeitiger Förderung solcher Kinder führen.

Quelle: Brain Development, Puberty: Key to Learning Problems? Northwestern University News Release June 22, 2004.
WWW: http://www.northwestern.edu/univ-relations/media_relations/releases/2004/06/learning-text.html (04-06-25)

Kurioses zur Gedächtnisverbesserung

Vor einigen Jahren geisterte eine Studie der Universität Reading durch die Medien, in der drei Gruppen von Ratten zum Trinken gezwungen worden waren: eine Gruppe erhielt Champagner, eine andere Normalalkoholisches, die dritte Alkoholfreies. Von den alkoholisierten Ratten der Champagner-Gruppe schafften es mehr, aus einem Labyrinth herauszufinden. Danach stand in der Pressemeldung der Wissenschaftler lapidar: Champagner kann helfen, das Gedächtnis zu verbessern. Auch wenn es keinerlei Beweise gab, dass dieses Studienergebnis auf den Menschen übertragbar ist, taucht dieses Experiment immer wieder in den Medien auf.

Was ist übrigens Neuropsychologie?

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