Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

RUB-Forscher beobachten das Gehirn beim Lernen

04.10.2001


Mit der Kombination aus psychophysischen Experimenten und Hirnstrommessungen am Menschen konnten RUB-Forscher erstmals eine direkte Verbindung zwischen lernbedingten Änderungen im Gehirn und dem individuellen Ausmaß des Gelernten nachweisen. Die renommierte Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) berichtet in ihrer Online-Ausgabe vom 2. Oktober 2001 über ihre Ergebnisse.

Learning to Feel - Fühlen lernen
PNAS berichtet: Änderungen zeigen Ausmaß des Gelernten

Auf der Suche nach den Mechanismen und dem Ort von Lernvorgängen im Gehirn sind die beiden Bochumer Forschergruppen von PD Dr. Hubert Dinse (Institut für Neuroinformatik) und PD Dr. Martin Tegenthoff (Neurologische Universitätsklinik Bergmannsheil) einen großen Schritt weitergekommen: Mit der Kombination aus psychophysischen Experimenten und Hirnstrommessungen am Menschen konnten sie erstmals eine direkte Verbindung zwischen lernbedingten Änderungen im Gehirn und dem individuellen Ausmaß des Gelernten nachweisen. Die renommierte Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) berichtet in ihrer Online-Ausgabe vom 2. Oktober 2001 über ihre Ergebnisse.

Auch das erwachsene Gehirn lernt noch

Noch vor einigen Jahren hielten Wissenschaftler motorische und sensorische Funktionen im erwachsenen Gehirn für unveränderlich. Inzwischen belegen jedoch viele Untersuchungen, dass sich die Organisation und Funktion unseres Gehirns auch nach dem Ende der Entwicklungsphase an äußere oder krankheitsbedingte Veränderungen anpasst. Besonders Gebrauch, Training und Lernen verändern motorische und Wahrnehmungsfähigkeiten, die ihrerseits von Veränderungen der Hirnrinde begleitet sind. Umstritten war bisher der genaue Ort sowie die Bedeutung solcher Veränderungen.

Eine oder zwei Nadeln?

Entscheidende Erkenntnisse darüber gewannen die Bochumer Forscher in ihrer interdisziplinären Studie über "perzeptuelles Lernen": Sie maßen die so genannte Zweitpunktdiskriminationsfähigkeit von Versuchspersonen. Die Probanden berührten mit der Fingerspitze je zwei Nadeln, die in unterschiedlichen Abständen zu einander montiert waren. Bis zu einer gewissen Nähe nahmen sie die Spitzen noch als zwei getrennte wahr, standen sie jedoch sehr nahe beisammen, wurden sie als eine Nadel wahrgenommen. Gleichzeitig maßen die Forscher die Vorgänge im Gehirn über die so genannten somatosensorisch evozierten Potentiale mit 32 über der gesamten Hirnrinde angebrachten Elektroden. Mit dieser nicht-invasiven Untersuchungstechnik ("neurophysiologisches Mapping") lässt sich beim Menschen die Lage des sensiblen Repräsentationsgebietes der Fingerspitze an der Hirnoberfläche sehr genau bestimmen.

Lernen ohne Mühe

Im nächsten Schritt der Untersuchung ging es ans Lernen: Drei Stunden lang wurden im Abstand von etwa einer Sekunde kleine Reize auf die Fingerspitze der Versuchspersonen ausgeübt. Die Forscher nutzten dazu einen Walkman mit einem kleinen Lautsprecher (Durchmesser ca. ein Zentimeter), der auf der Fingerspitze lag. Seine Impulse reizten verschiedene Bereiche der Haut unter dem Lautsprecher gleichzeitig ("Koaktivierung"). Simultane Reize eignen sich besonders gut zum Lernen, das Wissenschaftler übereinstimmend auf eine Veränderung der Effizienz der Reizübertragung zwischen Hirnzellen zurückführen.

Je stärker der Lernerfolg, desto stärker die Veränderung

Beim Test nach der dreistündigen Koaktivierung hatte sich die Fähigkeit der Versuchspersonen zur Abstandsunterscheidung stark verbessert - sie erkannten bei kleineren Abständen als zuvor noch die zwei getrennten Spitzen. Parallel dazu zeigten die Hirnstrommessungen eine Verschiebung und Vergrößerung der Repräsentation des Zeigefingers auf der Hirnoberfläche. Das Ausmaß des Lernerfolgs war von Person zu Person unterschiedlich. Normalerweise nehmen Forscher derartige Schwankungen als so genanntes "Rauschen" hin - sie können z. B. auf Messfehlern beruhen. Eine Korrelationsanalyse der psychophysischen Daten mit denen der Hirnstrommessungen förderte jedoch einen einfachen, linearen Zusammenhang zwischen der individuelle Verbesserung der Versuchspersonen und der Veränderung in ihrer Hirnrinde zutage: Je stärker sich die Unterscheidungsfähigkeit verbessert hatte, desto größer war die Hirnrindenveränderung.

Unterschätzte Hirnzone

Besonders interessant ist, dass es sich bei dem Ort, für den dieser direkte Zusammenhang gezeigt werden konnte, um den so genannten primären somatosensorischen Cortex handelt - die Eingangszentrale des Gehirns, von der Wissenschaftler annehmen, dass Reize hier noch nicht bewertet oder mit Erfahrungen verbunden werden. Dieses Ergebnis stimmt mit einer Reihe neuerer Befunde überein, wonach bisher die Rolle primärer Hirnareale für "cognitive" Leistungen wahrscheinlich unterschätzt wurde. Es passt außerdem mit dem Befund zusammen, dass das Lernen auch ohne Faktoren wie Aufmerksamkeit, Belohnung oder Langzeittraining möglich ist.

Hirnverletzungen therapieren

Die experimentellen Befunde können z. B. als Basis für Untersuchungen bei Patienten mit Hirnverletzungen dienen, etwa nach Unfällen oder Schlaganfällen. Möglicherweise lassen sich in Zukunft auf dieser Grundlage auch neue Therapieansätze für Rehabilitationsmaßnahmen nach Hirnverletzungen entwickeln. Die Forscher hoffen außerdem, neue Wege für die Behandlung zentraler Schmerzphänomene, deren Ursache im Zentralnervensystem lokalisiert ist, wie z.B. von Phantomschmerzen, zu finden. Sie gehen zudem davon aus, dass solche Ansätze neue Anwendungsbereiche für die Behandlung von Lernstörungen öffnen könnten. Die Studie wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft und die Heinrich-und-Alma-Vogelsang-Stiftung unterstützt.

Titelaufnahme

Burkhard Pleger, Hubert R. Dinse, Patrick Ragert, Peter Schwenkreis, Jean-Pierre Malin und Martin Tegenthoff: Shifts in cortical representations predict human discrimination improvement. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.191176298, http://www.pnas.org/cgi/content/full/191176298v1

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.pnas.org/cgi/content/full/191176298v1
http://www.neuroinformatik.ruhr-uni-bochum.de/PROJECTS/ENB/enb_d.html
http://www.bergmannsheil.de/neurologie

Weitere Berichte zu: Hirnrinde Hirnstrommessung RUB-Forscher

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Gangmessdaten visualisieren und analysieren
16.07.2018 | Fachhochschule St. Pölten

nachricht „Small meets smaller“ – Nanopartikel beeinflussen Schimmelpilzinfektion der Atemwege
05.07.2018 | Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vertikales Begrünungssystem Biolit Vertical Green<sup>®</sup> auf Landesgartenschau Würzburg

16.07.2018 | Architektur Bauwesen

Feinstaub macht Bäume anfälliger gegen Trockenheit

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Krebszellen Winterschlaf halten

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics