Lernen und Vergessen
Eine der wichtigsten Eigenschaften des Gehirns ist seine Lernfähigkeit. Bei einem neugeborenen Kind gibt es die meisten Gehirnzellen und viele Verbindungen bereits. Doch nur wenn sie auch benutzt werden, werden sie ausgebaut und gefestigt.
Die detaillierte Struktur des Gehirns entsteht somit erst beim Lernen. Beim Menschen dauert diese Entwicklung bis zur Pubertät. Doch auch das Gehirn von Erwachsenen wird ständig umgebaut – wenn auch in geringerem Maße. So kann der Mensch lebenslang lernen.
Lernen bedeutet, dass sich die Verbindungen zwischen den Nervenzellen im Gehirn verändern. Das passiert an den Synapsen – also dort, wo sich zwei Nervenzellen treffen. Denn die Synapsen übertragen nicht nur die Nervenimpulse von Zelle zu Zelle, sie sind auch der Informationsspeicher des Gehirns. Je wichtiger die Verbindung zwischen zwei Nervenzellen ist, desto mehr Synapsen entstehen. Wenig genutzte Verbindungen werden dagegen abgebaut. Außerdem können die Synapsen die elektrischen Signale mit unterschiedlicher Intensität von einer Zelle zur nächsten leiten, sie also verstärken oder abschwächen. Diese „synaptische Plastizität“ ist die Ursache dafür, dass das Gehirn anpassungs- und lernfähig ist. Immer wenn das Gehirn etwas speichert, wird die Signalübertragung verstärkt. Wird die Übertragung abgeschwächt oder gar unterbrochen, vergisst das Gehirn das Gelernte.
Das Gedächtnis hinterlässt Spuren
Neurowissenschaftler*innen schauen mithilfe neuer Mikroskopie-Techniken immer genauer auf die Strukturen, die dem Lernen anatomisch zugrunde liegen. So beobachten Tobias Bonhoeffer und seine Mitarbeiter*innen vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie im Gehirn von Mäusen, wie neue Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen entstehen: Die Dendriten einer einzigen Nervenzelle tragen Zehntausende winzige Verdickungen, sogenannte dendritische Dornen, auf denen die meisten Synapsen liegen. Diese Dornen verändern sich ständig. So können Verbindungen zwischen Nervenzellen sehr schnell auf- und abgebaut werden. Wenn Gedankenwege nicht genutzt werden, werden die Dornen reduziert – wir vergessen das Erlernte. Doch immer bleiben dabei einige Synapsen übrig, sie gehen sozusagen auf „Stand-by“. Wenn wir uns später wieder mit demselben Lerninhalt beschäftigen, werden diese Synapsen als Anfang für neue Verbindungen genutzt. Deshalb lernt man zum Beispiel eine Fremdsprache beim zweiten Mal viel leichter.
Synaptische Dornen auf einem Dendriten einer Hippo-campus- Nervenzelle | © Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Chaos im Kopf
Das Gehirn von Jugendlichen ist eine große Baustelle. Nicht mehr benötigte Synapsen verschwinden und immer mehr Axone werden von Myelinscheiden umgeben. Die Übertragung von Informationen wird dadurch immer schneller und besser. Am Ende dieses Prozesses steht ein deutlich leistungsfähigeres Gehirn mit gut funktionierenden neuronalen Netzwerken. Während der Veränderungen wird es oft „chaotisch“, weil nicht alle Gehirnregionen gleich schnell reifen. Das limbische System entwickelt sich jetzt schnell – das Belohnungssystem und emotionale Prozesse gewinnen an Bedeutung. Im Frontallappen, wo Handlungen geplant und verschiedene Möglichkeiten verglichen werden, ist die Entwicklung deutlich langsamer. Das erklärt, warum Jugendliche oft unerwartet und risikofreudig handeln.
© Roman Zaiets /Shutterstock
Lernen bedeutet, dass sich die Verbindungen zwischen den Nervenzellen im Gehirn verändern. Das passiert an den Synapsen – also dort, wo sich zwei Nervenzellen treffen. Denn die Synapsen übertragen nicht nur die Nervenimpulse von Zelle zu Zelle, sie sind auch der Informationsspeicher des Gehirns. Je wichtiger die Verbindung zwischen zwei Nervenzellen ist, desto mehr Synapsen entstehen. Wenig genutzte Verbindungen werden dagegen abgebaut. Außerdem können die Synapsen die elektrischen Signale mit unterschiedlicher Intensität von einer Zelle zur nächsten leiten, sie also verstärken oder abschwächen. Diese „synaptische Plastizität“ ist die Ursache dafür, dass das Gehirn anpassungs- und lernfähig ist. Immer wenn das Gehirn etwas speichert, wird die Signalübertragung verstärkt. Wird die Übertragung abgeschwächt oder gar unterbrochen, vergisst das Gehirn das Gelernte.
Das Gedächtnis hinterlässt Spuren
Neurowissenschaftler*innen schauen mithilfe neuer Mikroskopie-Techniken immer genauer auf die Strukturen, die dem Lernen anatomisch zugrunde liegen. So beobachten Tobias Bonhoeffer und seine Mitarbeiter*innen vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie im Gehirn von Mäusen, wie neue Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen entstehen: Die Dendriten einer einzigen Nervenzelle tragen Zehntausende winzige Verdickungen, sogenannte dendritische Dornen, auf denen die meisten Synapsen liegen. Diese Dornen verändern sich ständig. So können Verbindungen zwischen Nervenzellen sehr schnell auf- und abgebaut werden. Wenn Gedankenwege nicht genutzt werden, werden die Dornen reduziert – wir vergessen das Erlernte. Doch immer bleiben dabei einige Synapsen übrig, sie gehen sozusagen auf „Stand-by“. Wenn wir uns später wieder mit demselben Lerninhalt beschäftigen, werden diese Synapsen als Anfang für neue Verbindungen genutzt. Deshalb lernt man zum Beispiel eine Fremdsprache beim zweiten Mal viel leichter.
Chaos im Kopf
Das Gehirn von Jugendlichen ist eine große Baustelle. Nicht mehr benötigte Synapsen verschwinden und immer mehr Axone werden von Myelinscheiden umgeben. Die Übertragung von Informationen wird dadurch immer schneller und besser. Am Ende dieses Prozesses steht ein deutlich leistungsfähigeres Gehirn mit gut funktionierenden neuronalen Netzwerken. Während der Veränderungen wird es oft „chaotisch“, weil nicht alle Gehirnregionen gleich schnell reifen. Das limbische System entwickelt sich jetzt schnell – das Belohnungssystem und emotionale Prozesse gewinnen an Bedeutung. Im Frontallappen, wo Handlungen geplant und verschiedene Möglichkeiten verglichen werden, ist die Entwicklung deutlich langsamer. Das erklärt, warum Jugendliche oft unerwartet und risikofreudig handeln.
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