Lernprozesse von Schülern mit posttraumatischer Belastungsstörung aus neurowissenschaftlicher Perspektive

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Zentrale Aspekte der Neurowissenschaften
2.1. Methoden der Neurowissenschaften
2.2. Die strukturellen und funktionellen Erkenntnisse der Hirnforschung
2.2.1. Die anatomische Einteilung des Gehirns
2.2.2. Relevante Strukturen im Lernprozess

3. Lernen und Gedächtnis
3.1. Hirnforschung und Lernen
3.2. Hirnforschung und Gedächtnis
3.2.1. Die zeitliche Ebene des Gedächtnisses
3.2.1. Die inhaltliche Ebene des Gedächtnisses

4. Die Bedeutung der Emotionen im Lernprozess
4.1. Zentrale Strukturen der emotionalen Verarbeitung
4.2. Emotionales Lernen und Gedächtnis
4.3. Pädagogische Relevanz

5. Posttraumatischer Belastungsstörung und Lernprozesse aus neurowissenschaftlicher Perspektive
5.1. Die Posttraumatische Belastungsstörung bei Kindern und Jugendlichen
5.2. Neurowissenschaftliche Erklärungsmodelle
5.2.1. Neurobiologische Risikofaktoren
5.2.2. Modelle zur Entstehung einer PTBS
5.3. Strukturelle und neuropsychologische Veränderugnen bei Kindern und Jugendlichen nach Psychotraumata
5.3.1. Methodisches Vorgehen
5.3.2. Strukturelle Veränderungen bei Kindern und Jugendlichen mit PTBS
5.3.3. Neuropsychologische Funktionen bei Kindern- und Jugendlichen mit PTBS
5.3.4. Zusammenfassung der Ergebnisse im Hinblick auf die Sonderpädagogik

6. Die Relevanz neurowissenschaftlicher Erkenntnisse für die Sonderpädagogik
6.1. Die Neurowissenschaften in der (Sonder-) Pädagogik
6.2. Der Beitrag der Neurowissenschaften für die schulischen Praxis
6.3. Die Förderdiagnostik als Aufgabe der Neurowissenschaften
6.4. Fazit

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

„Wer lehrt, sollte etwas vom Lernen und dem Organ des Lernens, dem Gehirn, verstehen“, fordert Spitzer (2006, S. 19) und sieht somit das ganzheitliche und damit auch neurowissenschaftliche Verständnis von Lernen, als Handwerkszeug von Lehrerinnen und Lehrern.

Die Neurowissenschaften wollen keinen Trichter und kein Patentrezept für die Pädagogik bereitstellen, mit dem Lernen automatisch besser und effektiver wird, sie wollen vielmehr, dass das Lernen als aktiver Aneignungsprozess verstanden wird, für den gewisse Rahmenbedingungen herrschen müssen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass Emotionen und Lernen unweigerlich miteinander verknüpft sind (vgl. a.a.O., S.4f).

Es kann angenommen werden, dass sich diese Forderungen an die allgemeine Pädagogik, die Erkenntnisse der Hirnforschung in der Ausbildung von Lehrkräften zu berücksichtigen (vgl. Becker 2006, S. 10), auch auf den Förderschwerpunkt soziale und emotionale Entwicklung übertragen lassen kann, wo Lehrkräfte täglich mit emotional auffälligen Kindern und Jugendlichen konfrontiert sind.

Sowohl pädagogisch -psychologische, als auch neurowissenschaftliche Forschungsbefunde zeigen, dass Emotionen für den Lernprozess entscheidende Einflussgrößen sind (vgl. Cahill et al. 1994, Erk et al. 2003). Qualitativ und quantitativ methodisch orientierte Studien verdeutlichen, dass die individuellen Lernvoraussetzungen und der schulische Erfolg von positiven Emotionen begünstigt und von negativen Emotionen gehemmt werden (vgl. Pekrun et al. 2002). Die Neurowissenschaften gehen davon aus, dass die emotionale Verarbeitung eng mit Lern- und Gedächtnisprozessen verknüpft ist, wonach sich diese reziprok beeinflussen.

Im Bereich Pädagogik bei Verhaltensstörungen ist das emotionale Erleben der Schüler häufig mit psychischen Störungsbildern verbunden(vgl. Schmid, M/ Fegert, J. M./ Schmeck, K./Kölch, M. 2007), welche durch neurowissenschaftliche Forschung und Theorienbildung erklärt werden können.

Die vorliegende Arbeit will die Erkenntnisse der Neurowissenschaften im Bereich des emotionalen Lernens in Zusammenhang mit psychischen Störungsbildern auf das Praxisfeld der Sonderpädagogik übertragen und die Frage beantworten, ob strukturelle und funktionelle zerebralen Veränderungen bei posttraumatischen Belastungsstörungen Lern- und Gedächtnisprozesse beeinflussen und inwieweit diese Befunde für die Pädagogik bei Verhaltensstörungen relevant sind.

Für eine kritische Auseinandersetzung mit Ergebnissen einer fremden Fachdisziplin, welche auch für die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Pädagogik und Medizin bzw. Neurowissenschaften, von Bedeutung ist, sind gewisse Grundkenntnisse über diese notwendig. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Arbeit aktuelle Forschungsmethoden und allgemeine Erkenntnisse der Hirnforschung kurz dargestellt. Es wird ins Besondere auf Strukturen und Funktionen eingegangen, welche bei Lern- und Gedächtnisprozessen relevant sind (Kap. 2). Hierzu wurde die einschlägige Grundlagenliteratur der Biologischen Psychologie (z.B. Schandry 2011; Gluck/Mercado/Myers 2010), sowie einzelne pädagogische Werke mit neurodidaktischem Interesse (z.B. Reich 2005, Spitzer 2006, Speck 2009) zur Hand genommen. Auf den allgemeinen Erkenntnissen der Hirnforschung aufbauend, erfolgt eine Darstellung der neurowissenschaftlichen Erkenntnisse von Lern- und Gedächtnisprozessen unter Bezugnahme auf Gedächtnismodelle, welche auch in der pädagogischen Psychologie verwendet werden (Kap. 3).

Neurowissenschaftlich betrachtet sind Lern- und Gedächtnisprozesse hoch-komplexe Vorgänge, welche dem Einfluss von zahlreichen Faktoren unterliegen. Im Hinblick auf den Förderschwerpunkt emotionale Entwicklung wird der Zusammenhang dieser Prozesse mit den Strukturen und Funktionen der Emotionsverarbeitung betrachtet (Kap. 4).

An die dargestellten allgemeinen Erkenntnisse aus dem Bereich der neurowissenschaftlichen Lernforschung schließt sich die näherer Betrachtung eines, für den Förderschwerpunkt soziale und emotionale Entwicklung, relevantes Störungsbildes an.

Die in dieser Arbeit behandelte PTBS wird exemplarisch für zahlreiche emotional bedingte Störungsbilder, wie z.B. Depressionen, Angst- oder Zwangsstörungen, bipolare Störung, gewählt, da sie zum Einen eine häufige Diagnose im Bereich der Sonderpädagogik darstellt, zum Anderen eine hohe Komorbidität mir anderen Störungsbildern, sowie mit allgemein externalisierten und internalisierten Verhaltensproblemen aufweist (vgl. Maercker 2009, S. 326). Hierbei soll die PTBS stellvertretend für andere Störungsbilder im Förderschwerpunkt emotionale und soziale Entwicklung, Lehrkräfte für neurologische Auffälligkeiten in diesem Bereich sensibilisieren, da diese den Lernprozess direkt und unmittelbar beeinflussen (Kap. 5).

Die PTBS wird zunächst kurz hinsichtlich ihres Begriffs, der Diagnosekriterien und der Prävalenz im Kinder- und Jugendalter vorgestellt. Die Prävalenzraten und die Komorbidität begründen hier wiederum die Wahl des Störungsbildes als allgemeines Beispiel für psychische Auffälligkeiten im Kinder- und Jugendalter. Anschließend wird auf Risikofaktoren und neurobiologische Entstehungsbedingungen eingegangen. Hierzu wurde Literatur aus der pädiatrischen Neuropsychologie herangezogen, um einen Überblick über relevante Theorien und Erkenntnisse zu erlangen.

In Bezug auf schulische Lern- und Gedächtnisprozesse werden anschließend relevante, strukturelle und funktionelle Veränderungen bei einer pädiatrischen PTBS vorgestellt. Hierzu werden aktuelle Studien aus der biologischen Psychologie und der medizinischen Neurowissenschaften vorgestellt und deren Ergebnisse kurz diskutiert. Diese Darstellung soll Lehrkräfte dafür sensibilisieren, inwieweit die hirnspezifischen Auffälligkeiten bei Schülerinnen und Schülern mit psychischen Auffälligkeiten mit den Strukturen und Funktionen von Lern- und Gedächtnisprozessen im Zusammenhang stehen.

In einer abschließenden Diskussion soll der Frage nach der tatsächlichen Relevanz der Neurowissenschaften in der allgemeinen Pädagogik und im Besonderen im Förderschwerpunkt soziale und emotionale Entwicklung nachgegangen werden (Kap 6).

Die dargestellte Grafik (Abb. 1) fasst den Aufbau der Arbeit überblicksartig zusammen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Der inhaltliche Aufbau der Arbeit (in eigener Darstellung)

2. Zentrale Aspekte der Neurowissenschaften

Im Gegensatz zu dem Wort „Neurowissenschaft“ ist die Untersuchung des Gehirns nicht neu, sondern so alt wie die Wissenschaft selbst. Bereits in der Antike beschäftigten sich Wissenschaftler aus den verschiedensten Disziplinen mit der Erforschung des Nervensystems (vgl. Bear/Connors/Paradiso 2008, S. 5). Die großen Fortschritte in der Methodik der Hirnforschung trieb die Disziplin in den letzten Jahrzehnten stark voran.

Im Folgenden liegt der Schwerpunkt auf den Erkenntnissen der kognitiven Neurowissenschaft, welche sich der Erforschung höherer kognitiver Prozesse widmet.

2.1. Methoden der Neurowissenschaften

Die moderne kognitive Neurowissenschaft bedient sich häufig an den sogenannten „nicht- invasiven“, bildgebenden Methoden, für welche kein operativer Eingriff in das Gehirn notwendig ist. Aufgrund der Komplexität und der Vielzahl von neurowissenschaftlichen Methoden zur Erkenntnisgewinnung wird hier nur auf die gängigsten bildgebenden Verfahren eingegangen. Gluck, Mercado und Myers (2010, S. 53f) unterteilen die aktuellsten Verfahren in strukturelle bildgebende Verfahren und funktionelle bildgebende Verfahren, welche sich hinsichtlich ihres Informationscharakters unterscheiden. Um ein möglichst umfassendes Bild der Gehirnaktivitäten zu bekommen, sollten in der Praxis verschiedene funktionelle und strukturelle Bildgebungsverfahren kombiniert werden.

Strukturelle Bildgebung

Strukturelle Bildgebung zielt darauf ab, Aufnahmen der Gehirnanatomie zu erstellen. Sie geben die Größe und die Struktur von gesunden und geschädigten Gehirnarealen wider. Die wichtigsten Verfahren stellen hier die Computertomographie (CT) und deren Weiterentwicklung, die Magnetresonanztomographie (MRT) dar (vgl. ebd.). Bei der gängigen Methode, der MRT, werden Querschnittsbilder des Gehirns erzeugt, welche nicht auf dem Einsatz von Kontrastmittel oder Strahlenbelastung basieren. Es wird von jeder gewünschten Ebene des Gehirns eine Abbildung, auf der Basis magnetisch bedingter Reaktionen von Wasserstoffatomen, erstellt. Durch die computergestützte MRT- Analyse erfolgt eine detaillierte visuelle Darstellung des gesamten, wodurch Strukturen bzw. Strukturveränderungen erkannt werden können (vgl., Schandry 2011, S. 533).

Funktionelle Bildgebung

Mithilfe der funktionell-bildgebenden Verfahren kann die Aktivität des Gehirns, und somit indirekt die Funktion einzelner Hirnstrukturen, erfasst werden. Aktivierte Gehirnareale lassen sich abbilden, indem die Veränderung des Blutflusses im Gehirn aufgezeichnet wird. Die gängigsten funktionellen Verfahren stellen die Positronenemissionstomographie (PET) und die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) dar. Beide Verfahren erzielen eine hohe räumliche Auffassung (1-2mm), können jedoch, im Gegensatz zum MRT, nur alle paar Sekunden (fMRT) oder Minuten (PET) ein Bild aufnehmen. Ein indirektes Verfahren, zur zeitlich konkreteren Erfassung der Gehirnaktivitäten ist die Electroencepahlographie (EEG), die mit Hilfe von Elektroden die elektrischen Signale im Gehirn misst. Die hohe zeitliche Präzision erfolgt hier auf Kosten der räumlichen Präzision. (vgl. Gluck/Mercado/ Myers 2010, S. 61 ff)

2.2. Die strukturellen und funktionellen Erkenntnisse der Hirnforschung

Mercado, Gluck und Myers (2010, S. 46) definieren Neurowissenschaften kurz und knapp als die „Wissenschaft von Gehirn und Nervensystem“.

Das menschliche Nervensystem unterteilt sich in das Zentralnervensystem, mit Gehirn und Rückenmark, sowie dem peripheren Nervensystem, welches aus Nerven bzw. Nervenfaserbündel und peripheren Nervenzellkörpern, besteht. Das Gehirn als größter Teil des Zentralnervensystems übernimmt hier eine Kontroll- und Steuerungsfunktion für das von ihm ausgehende komplexe Nervensystem im Körper (vgl. Schandry 2011, S. 108f).

Mit Hilfe der Neurowissenschaften, welche sich hauptsächlich auf bildgebende Verfahren und Läsionsstudien berufen, ist es nicht nur möglich die Anatomie des Gehirns zu beschreiben, sondern auch gewisse Grenzen zu ziehen und diesen Hirnarealen eine Funktion zuzuschreiben. Diese Zuordnung wird jedoch mit wachsender Komplexität der Funktionen schwieriger (vgl. a.a.O., S. 116f). Im Folgenden soll ein kurzer Überblick über den allgemeinen Aufbau und ins Besondere, die für das Themengebiet relevanten Funktionen des Gehirns, gegeben werden.

2.2.1. Die anatomische Einteilung des Gehirns

Das Gehirn besteht aus Milliarden von Nervenkörperzellen, deren Fasern und Blutgefäße aus Glia- bzw. Stützzellen bestehen. Es lässt sich sowohl entwicklungsgeschichtlich, phylogenetischen, als auch anatomisch gliedern (vgl. Schandry 2011, S. )

Hinsichtlich der entwicklungsgeschichtlichen Entstehung unterteilt sich das Gehirn wie folgt:

Tabelle 1: Gliederungssystematik und Hauptabschnitte des Gehirns (modifiziert nach Schandry 2011, S. 117)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Der anatomische Aufbau des Gehirns (modifiziert nach Carlson 2010, S. 78)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.2.2. Relevante Strukturen im Lernprozess

Aufbauend auf der vorausgehenden Einteilung (Abb. 2) wird nun auf die, für die vorliegende Arbeit relevanten Gehirnstrukturen, näher eingegangen. Auf die Darstellung des Rhombencephalons und des Mesencephalons wird hier verzichtet, da diese phylogenetisch älteren Hirnbereich vorrangig für vegetative Prozesse und motorische Reflexe zuständig sind (vgl. ebd.). Im Sinne der Thematik werden hier wichtige Strukturen und Funktionen des Telencephalons (Vorderhirn) vorgestellt, welches aus Zwischenhirn (Dienzephalon) und Großhirn (Telencephalon) besteht. Auf deren jeweilige Funktion in Lern- und Emotionsprozesse wird in den nachfolgenden Kapiteln (Kap. 4 & Kap. 5) näher eingegangen.

2.2.2.1. Der Aufbau des Zwischenhirns

Das Dienzephalon (Zwischenhirn) befindet sich zwischen den beiden Großhirnhemisphären und besteht u.a. aus Thalamus, Hypothalamus und Hypophyse.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Die Lage der Bestandteile des Zwischenhirns (Schandry 2011, S. 120)

Der Thalamus, welcher sich aus vielfältigen Kerngruppen zusammensetzt, wird auch als „Tor zum Bewusstsein“ (Schandry 2011, S. 121) bezeichnet, da er eine wichtige sensorische Umschaltstelle ist. In den einzelnen Kernen werden Informationen aus den Sinnesorganen gefiltert. Außerdem besitzt er Aufgaben im Bereich der Koordination, der Schmerzwahrnehmung und höherer psychischer Prozesse (vgl. ebd.). Im Hinblick auf den Lernprozess hat der Thalamus mit seiner engen Verschaltung zu den Basalganglien einen Einfluss auf das Erlernen von Fertigkeiten (vgl. Gluck/Mercado/Myers 2010, S. 151). Aufgrund seiner Verbindung zum Präfrontalen Kortex (PFC) nimmt der Thalamus außerdem Einfluss auf höhere psychische Funktionen, wie motivationale, emotionale und kognitive Prozesse. (vgl. Schandry 2011, S. 122)

Der Hypothalamus besteht, wie auch der Thalamus, aus einer Ansammlung von kleinen Kernen und ist die zentrale Umschaltstelle für Signale zwischen Gehirn und Körperperipherie. Er ist zuständig für die kontinuierliche Anpassung von vegetativen Funktionen auf emotionale und motivationale Prozesse und steuert instinktive Verhaltensmuster wie Reproduktions-, Flucht- und Abwehrverhalten (vgl. ebd.).

Die Hypophyse, welche direkt mit dem Hypothalamus verbunden ist, ist innerhalb des endokrinen Systems die wichtigste Steuereinheit des Körpers. Die hier produzierten und freigesetzten Hormone regen in anderen Drüsen hormonelle Prozesse an oder wirken direkt auf körperliche Effekte ein. (vgl. a.a.O., S. 126f)

2.2.1.2. Der Aufbau des Großhirns

Das Telencephalon (Großhirn) gliedert sich in kortikale (= Kortex, Limbisches System) und subkortikale Strukturen (= Basalganglien).

Der Kortex (Hirnrinde, Cortex cerebri) besteht aus den zwei Großhirnhemisphären und bildet mit seinen zahlreichen Furchen (Sulci) und Windungen (Gyri) den Großhirnmantel. Entwicklungsgeschichtlich betrachtet unterscheidet sich hier der Neokortex von dem phylogenetisch älteren Allokortex. Zunächst wird der Neokortex, also der äußere Teil der Hirnrinde, betrachtet. Auf die größtenteils im Allokortex lokalisierten Systeme, die Basalganglien und das limbische System, wird im Anschluss eingegangen. Die nachfolgende Grafik zeigt, wie sich der Neokortex anatomisch in Frontallappen, Temporallappen, Parietallappen und Okzipitallappen unterteilt (vgl. Abb.3). Die vier Bereiche, welche primäre und sensorische Assoziationsareale beinhalten, sind stark untereinander verknüpft.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Die vier Lappen der Hirnrinde (Schandry 2011, S. 146)

Es wird zwischen der linken und der rechten Hemisphäre differenziert, welche auf den ersten Blick nahezu identisch aufgebaut erscheinen, sich jedoch hinsichtlich Größe, sowie ihrer Windungen und Furchen unterscheiden. Im Allgemeinen lässt sich der rechten Hemisphäre eher das abrufbare Wissen und der linken Hemisphäre eher das Zusammenhangswissen, die Assoziationsbildung bei der Informationsverarbeitung, zuschreiben.

Eine vollständige Repräsentation von Information bedarf einen interhemisphärischen Austausch. Dies geschieht hauptsächlich über die Kommissurenfasern des Corpus Callosums (Balken), welche Informationen aus den beiden gegenüberliegenden neokortikalen Hemisphären miteinander verknüpft (vgl. Schandry 2011, S. 135f).

Für die Funktionen Lernen, Gedächtnis und Emotion ist im Neokortex vor allem der Präfrontale Kortex zu nennen Der Präfrontale Kortex (PFC) lässt sich auf auf zytoarchitektonischer und funktioneller Basis in den dorsolateralen, den ventromedialen und den orbitofrontalen (Präfrontalen-) Kortex gliedern, welchen jeweils bestimmte Funktionen in Emotions- und Lernprozessen zukommen (vgl. a.a.O., S. 497). Abb. 4 zeigt die Lage der einzelnen Areale. Im Allgemeinen wird dem PFC eine zentrale Rolle in den exekutiven Funktionen zugeschrieben, welche u.a. die Aufmerksamkeitssteuerung, die Planung komplexer Handlungsabläufe und die fortlaufende Überwachung des Arbeitsgedächtnisses umfassen (vgl. Gluck/Mercado/Myers 2010, S. 187ff).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Die Strukturen des Präfrontalen Kortex (PFC) (modifiziert nach Carlson 2010, S. 376; Gluck/Mercado/Myers 2010, s. 191)

Unter dem limbischen System wird eine Zusammenfassung von Hirnstrukturen verstanden, welche hauptsächliche für Motivation und Emotionsprozesse verantwortlich sind. Trotz der Wiederlegung der alleinigen Verantwortlichkeit für die Emotions- und Motivationsbildung können einzelnen Strukturen des limbischen Systems eine große Rolle im Bereich Lernen und Emotionen zugesprochen werden. Die zentralen Strukturen der limbischen Rinde sind der Hippocampus, die Amygdala, der Fornix, der Gyrus Cinguli und die Marmillarkörper (vgl. Abb. 6).

Für die Bereiche Lernen, Gedächtnis und Emotionen werden die die drei wichtigsten Strukturen, der Hippocampus, die Amygdala und der Gyrus Cinguli, kurz vorgestellt (vgl. Schandry 2011, S. 135ff).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Das limbische System in zwei verschiedenen Ansichten (Schandry 2011, S. 136)

Hippocampus ist die große bogenförmige Struktur im limbischen System, welche aus dem Gyrus dentatus, dem Ammonshorn und dem Subiculum besteht. Er besitzt sowohl innerhalb seiner Regionen, also auch zu vielen Hirnarealen zahlreiche afferente und efferente Nervenbahnen, wodurch er im Gehirn eine „Schalt-und Integrationszentrale“ darstellt. Die wichtigsten Afferenzen laufen u.a. zu verschiedenen Gebieten des Neokortex, zur Amygdala und zum Thalamus. Aufgrund der engen Verknüpfung zu den Assoziationsfeldern im Neokortex erhält der Hippocampus eine sehr gute sensorische Informationsversorgung. Die hippocampalen Efferenzen beziehen sich hauptsächlich auf andere limbische Strukturen, wie z.B. der benachbarten Amygdala, aber auch auf die sensorischen und assoziativen Areale des Neokortex (vgl. a.a.O., S. 144ff). Der Hippocampus spielt sowohl bei der Einspeicherung als auch beim Abruf von Gedächtnisinhalten eine entscheidende Rolle.

Der Gyrus cinguli bildet einen Übergang vom Allokortex zum Neokortex und zieht sich durch alle Kortexlappen der Großhirnrinde, wodurch er zahlreiche sensorische Informationen erhält. Des Weiteren ist er eng mit den einzelnen Strukturen des limbischen Systems verbunden. Der Gyrus cinguli besitzt, entsprechend seiner verschiedenen Anteile und Verbindungen, Einfluss auf funktionelle Prozesse wie z.B. vegetative Steuerung, Motorik, Sensorik, Aufmerksamkeit und Emotionen. (vgl. ebd.)

Die Amygdala, oder auch die Mandelkerne, befinden sich beidseitig am rostralen Ende des Hippocampus und bestehen jeweils aus einer kleinen Anzahl von Subnuclei.

Hinsichtlich ihrer Funktionen unterscheiden sich die Amygdala-Kerne erheblich, wobei hier vor allem der laterale Nucleus, der zentrale Nucleus und der basolaterale Nucleus zu nennen sind. Im Allgemeinen wird der Amygdala eine wichtige Funktion im Bereich Lernen und Gedächtnis, sowie bei der klassischen Angst- Konditionierung zugesprochen. Beim Erlernen affektiver Reaktionen, auf bestimmte, einfache Reizkontexte sind vor allem die Lateralkerne der Amygdala beteiligt. (vgl. ebd.). Des Weiteren steht die Amygdala in einem engen Zusammenhang mit dem Empfinden von Stress. Studien zeigen, dass aufgrund der Verbindung zum Nervus vagus die Effekte stressvoller Reize und Reizkomplex eher von der Amygdala- Bewertung abhängig sind, als durch deren deklarative Bedeutung (vgl. Bösel 2006, S. 155).

Die Basalganglien

Die Basalganglien sind Endhirnkerne im Allokortex. Die Zuordnung, welche Kerne zu den Basalganglien gezählt werden variiert in der Literatur. Im Allgemeinen wird jedoch vom Striatum mit den Subnulei Nucleus caudatus und dem Putamen, sowie dem Pallidum, und den assoziierten Basalganglienkernen gesprochen (Abb. 6). Die untereinander engverschalteten Kerngebiete empfangen Afferenzen aus weit gestreuten Arealen der Großhirnrinde. Ihre Funktion liegt hauptsächlich darin, einen reibungslosen, koordinierten Bewegungsablauf zu gewährleisten, indem sie vielfältige Informationen aus dem Kortex verarbeiten. (vgl. Schandry 2011, S. 129f). Sie spielen eine zentrale Rolle im Bereich des motorischen und nicht-motorischen prozeduralen Lernens. Das Striatum hat Funktionen in der gelernten Verhaltensanpassung (vgl. Bösel 2006, S. 123).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Die Lage der Basalganglien und der Amygdala (Schandry 2011, S. 130)

3. Lernen und Gedächtnis

Der Prozess des Lernens wird in der Pädagogik und Psychologie inzwischen als ein aktiver Vorgang betrachtet, welchem sich unter anderem die Hirnforschung zugewandt hat. Nach Rudy (2014, S. 6) beschäftigt sich die klassische Psychologie mit dem theoretischen Konzept Lernen, indem sie Hypothesen und Theorien über den nichtbeobachtbaren Lernvorgang, zwischen beobachtbarer Erfahrung und beobachtbarem nachfolgenden Verhalten, aufstellt. Die Neurowissenschaft macht sich diesem Wissen und die behavioralen Methoden der Psychologie zu Nutze und geht einen Schritt weiter. Sie will untersuchen, wie Erfahrungen Verhalten auf der Basis von Gehirnsystemen, Synapsen und den Molekülen, verändern kann.

Rudy (2014, S. 3) definiert das Forschungsgebiet der Neurowissenschaften hinsichtlich Lernen und Gedächtnis als „the goal of neurobiologist working in this field is to understand how the brain acquires, stores, and maintains representations of experience in a state that permits the information contained in the representation to be retrieved and influence behavior.”

Das Ziel und die Motivation der Neurowissenschaften ist es also, die Grundlagen von Lernen und Gedächtnis auf Basis von Gehirnvorgängen zu erklären.

Nach Schandry (2011, S. 465) sind

Lernen und Gedächtnis …untrennbar miteinander verbunden. Durch Kodierung, Speicherung und Abruf von Informationen (=Gedächtnis) kann ein vorangegangenes Geschehen zukünftiges Verhalten beeinflussen (=Lernen). Das Gelernte wiederum wird im Gedächtnis eingespeichert, um später wieder zur Verfügung zu stehen.

Aufgrund der hohen Komplexität der lern- und gedächtnisrelevanten Prozesse werden hier die grundlegenden Annahmen der Neurowissenschaften zunächst separiert dargestellt.

3.1. Hirnforschung und Lernen

Meier (2004, S. 189) liefert eine allgemeine Definition für das Konstrukt Lernen, welche aus neurowissenschaftlicher Sicht sinnvoll erscheint. Er versteht unter Lernen „das Speichern von individuellen und selektiv erworbenen Informationen aus der Umwelt im Gedächtnis in abrufbarer Form: es zeigt sich in einem mehr oder weniger lang anhaltenden, veränderten Verhalten, abhängig von früheren Erfahrungen“ Hierbei läuft diese Verhaltensänderung nicht immer so bewusst ab, wie wenn wir beispielsweise Vokabeln lernen. Manfred Spitzer (2006, S. 11) sagt deutlich: „Unser Gehirn lernt immer“. Es wird demzufolge zwischen bewusstes und unbewusstes Lernen unterschieden. Unbewusste Lernvorgänge, wie der Erwerb von motorischen oder wahrnehmungsbezogenen Fähigkeiten, werden im sogenannten impliziten Gedächtnis eingespeichert. Bewusste Lerninhalte zunächst im expliziten.

Neurowissenschaftlich betrachtet vollzieht sich Lernen, je nach betrachteter Ebene über Sekunden, Stunden, Tage oder sogar Jahre. Es wird hier aufbauend zwischen der synaptischen und der neuronalen Ebene, sowie der Ebene der kortikalen Karte unterschieden. Am besten und längsten untersucht ist die synaptische Ebene. Hier findet Lernen durch eine Veränderung der Stärke von synaptischen Verbindungen statt. Dieser Prozess, welcher auf biochemischer Ebene abläuft, kann Sekunden oder Stunden dauern und führt anschießend zu einem Neuronenwachstum und über längere Zeit zu einer veränderten Repräsentation des Gelernten auf der kortikalen Karte. Voraussetzung für die Veränderungsprozesse im Gehirn ist die die Fähigkeit von Nervenzellen sich an Erfahrungen anzupassen und sich zu verändern. Diese Fähigkeit wird im Allgemeinen als Neuroplastizität des Gehirns bezeichnet (vgl. Spitzer 2006, S 95f). Der Basisprozess auf synaptischer Ebene ist die Langzeitpotentierung (LTP), was einen biochemischen Vorgang beschreibt, welcher zu einer verstärkten Verbindung zwischen Synapsen führt und schließlich eine verbesserte Informationsübertragung zur Folge hat. Das Lernen durch LTP lässt sich gut an einfachen Formen des Lernens, wie der klassischen Konditionierung, erklären und beobachten (vgl. ebd.). Der Psychiater Eric Kandel konnte an einer Meeresschnecke, Apslysia, nachweisen, dass ein bedingter, erlernter Reflex auf Basis einer veränderten synaptischen Übertragungsstärke erfolgt. (vgl. Kandel/Schwartz/Jessell 1996, S. 695ff). Spitzer (2006, S. 96) überträgt diese Erkenntnisse auf das älteste und bekannteste Beispiel der Klassischen Konditionierung: Den Pawlovschen Hund: Die Verbindung Glock-Speichelfluss“ wird auf der Grundlage von der veränderten Synapsenstärke zwischen dem Input „Glock“ und dem Output „Speichelfluss“ gelernt. Veränderungen im Gehirn bei Lernprozessen lassen sich durch zahlreiche Studien in relativ kurzer Zeit nachweisen. Alvaro Pascual-Leone et al. (2005) führte beispielsweise einen Versuch durch, bei dem ungeübte Probanden fünf Tage lang, jeden Tag 2 Stunden, Fingerübungen am Klavier durchführten. Bereits nach fünf Tagen zeigte sich eine Zunahme der Größe und Aktivierung in den zuständigen Hirnregionen.

3.2. Hirnforschung und Gedächtnis

Wie bereits aufgeführt, sind Lernen und Gedächtnis zwei untrennbar miteinander verknüpfte Prozesse. Bei der Gedächtnisbildung, welche die Grundlage von lernbedingten Verhaltensänderungen darstellt, werden drei Phasen unterschieden: die Informationsenkodierung, -speicherung und der Abruf. Bei der wissenschaftlichen Untersuchungen des Gedächtnisses werden in der Regel zwei Modelle hinzugezogen: Das inhaltliche Modell der vier Gedächtnissysteme und das Mehrspeichermodell, welches die zeitliche Dimension des Gedächtnisses betrachtet.

3.2.1. Die zeitliche Ebene des Gedächtnisses

Hinsichtlich des zeitlichen Gedächtnisprozesses werden im Mehrspeichermodell, welches von Atkinson und Shiffrin entwickelt und anschließend u.a. von Baddeley weiterentwickelt wurde, drei Speicherorte unterschieden (vgl. Gluck/Mercado/Myers 2010, S. 174ff). Je nach Speicherdauer handelt es sich um das sensorische Gedächtnis, das Arbeits- oder Kurzzeitgedächtnis und das Langzeitgedächtnis. Dem Kurzzeit- bzw. Arbeitsgedächtnis kommt hier eine besondere Bedeutung zu, da dieses nicht nur eine Speicher- sondern auch eine Informationsverarbeitungsfunktion aufweist. Gluck/Mercado/Myers (2010, S. 198) definieren das KZG als „eine aktive, temporäre Repräsentation von Informationen, die entweder gerade wahrgenommen oder gerade aus dem Langzeitgedächtnis abgerufen werden“. Dies macht den engen Zusammenhang der unterschiedlichen Speicherorte deutlich, welche als System betrachtet werden müssen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 7: Das Mehrspeichermodell (in eigener Bearbeitung)

Die Abbildung (Abb. 7) zeigt den Informationsfluss durch das Gedächtnis. Umweltreize gelangen je nach ihrer sensorischen Qualität in das jeweilige sensorische Register, welches einen Teil der Informationen an das KZG überträgt. Abhängig von Kontrollprozessen gelangen diese Informationen im LZG oder führen zu einer Reaktion. Informationen die aus dem LZG abgerufen werden, werden im Arbeitsgedächtnis aktiv bearbeitet. Ein zentrales Ziel von Bildungs- bzw. schulischen Lernprozessen, im Sinne der Qualifikationsfunktion von Schule, ist es Wissen, Fähigkeiten und Fertigkeiten zu vermitteln. Hierbei geht es um die langfristige Speicherung im Langzeitgedächtnis. Hinsichtlich der Gedächtnisbildung im LZG unterscheidet man hier drei Phasen: die Enkodierung, die Konsolidierung und den Abruf (vgl. Bellebaum/Thoma/Daum 2012, S. 90f). Es müssen dementsprechend Mittel und Methoden gefunden werden, die das Abspeichern und der Abruf relevanter Inhalte in das LZG erleichtern.

Zentrale Hirnstrukturen des Mehrspeichermodells

Je nach sensorische Input werden unterschiedliche sensorische Register im Gehirn aktiv. Im Allgemeinen kann, mit Hilfe von bildgebenden Verfahren (v.a. fMRT und PET) eine erhöhte Aktivität im präfrontalen und parahippocampalen Kortex nachgewiesen werden Bei der Übertragung sensorischer Reize in das Arbeitsgedächtnis spielt der Thalamus, als „Tor zum Bewusstsein“, eine große Rolle. Die Reize aus den sensorischen Arealen werden zum Thalamus weitergeleitet, wo sie gefiltert und sortiert und anschließend in unterschiedliche Kortexbereiche weitergeleitet werden. Die aktive Bearbeitung im Arbeitsgedächtnis, findet je nach der Art des sensorischen Inputs in verschiedenen Kortexarealen statt. Bei der Bearbeitung von sprachlichen Informationen (phonlogische Schleife) wird beispielsweise das Broca-Areal aktiv, der räumlich-visuelle Notizblock ist dem visuellen Kortex zuzuordnen und die zentrale Exekutive dem Frontallappen. Im Allgemeinen zeigen bildgebende Verfahren während der Bearbeitung von Aufgaben, bei denen das Arbeitsgedächtnis gefordert wird, eine Aktivitätserhöhung im präfrontalen Kortex. Bei der Übertragung von Informationen in das Langzeitgedächtnis kommt dem Hippocampus sowohl bei der Konsolidierung, als auch beim Abruf von Gedächtnisinhalten, eine zentrale Rolle zu. Diese Erkenntnisse zeigen, dass der Hippocampus über „reziproke Verbindungen zu allen Assoziationskortizes verfügt, die als Langzeitspeicherort gelten. Außerdem besitzt er aufgrund von Langzeitpotenzierung die Fähigkeit, Informationen über kürzere und längere Zeiträume - Stunden bis Wochen - zwischenzuspeichern (vgl. Schandry 2011, S. 488ff). Das Langzeitgedächtnis hat, im Gegensatz zu den andern Speicherorten, eine unbegrenzte Speicherdauer und -kapazität.

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