Erstmals haben Wissenschaftler eine direkte Verbindung zwischen Änderungen im Gehirn, die auf Lernvorgänge zurückzuführen sind, und dem Ausmaß des Gelernten nachgewiesen. Neurowissenschaftler der Universität Bochum haben dazu mit Menschen sowohl psychophysische Experimente durchgeführt als auch Hirnstrommessungen vorgenommen. Ihre Ergebnisse haben die Forscher in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.
Seit einigen Jahren weiß man, dass sich auch das voll ausgebildete Gehirn an äußere oder krankheitsbedingte Veränderungen anpasst. Besonders Gebrauch, Training und Lernen verändern die Wahrnehmungsfähigkeiten, die ihrerseits von Veränderungen der Hirnrinde begleitet sind. Unklar war bisher der genaue Ort sowie die Bedeutung solcher Veränderungen.
Zwei Forscher-Gruppen um Hubert Dinse vom Institut für Neuroinformatik der Universität Bochum und Martin Tegenthoff von der Neurologischen Universitätsklinik Bergmannsheil experimentierten zur Klärung dieser Fragen mit der Wahrnehmung von Nadelstichen in den Zeigefinger.
Sie ließen Versuchspersonen mit der Fingerspitze immer zwei von einander entfernt stehende Nadeln berühren. Bis zu einer gewissen Nähe nahmen sie die Nadeln noch als zwei getrennte wahr. Wenn sie jedoch sehr nahe beieinander standen, wurden sie als eine einzige Nadel wahrgenommen.
Die Forscher hatten bei den Versuchspersonen 32 über die gesamte Hirnrinde verteilte Elektroden angebracht. Mit dieser Untersuchungstechnik, die “neurophysiologisches Mapping” genannt wird, konnten die Forscher bei den Versuchspersonen die Lage der Gebiete im Gehirn beziehungsweise an der Gehirnoberfläche, in denen die Fingerspitzen repräsentiert werden, sehr genau bestimmen. Dieses neurophysiologische Mapping nutzten die Forscher auch, um die Spuren von Lernvorgängen aufzudecken.
Die Versuchspersonen wurden jeweils drei Stunden lang kleinen Reizen auf die Fingerspitzen ausgesetzt. Dabei waren die Orte der Reizung nicht weit von einander entfernt. Die Testteilnehmer sollten im Laufe der Zeit lernen, immer kleinere Abstände zwischen den Reizorten auseinanderzuhalten. Tatsächlich konnten sie nach drei Stunden sehr viel kleinere Abstände zwischen zwei Reizorten unterscheiden als am Anfang. Die Hirnstrommessungen zeigten parallel dazu eine Verschiebung und Vergrößerung der Repräsentation des Zeigefingers auf der Hirnoberfläche.
Der Lernerfolg war nicht bei allen Versuchspersonen gleich gut, so dass sich ganz unterschiedliche Repräsentationen des Zeigefingers ergaben. Dadurch konnen die Bochumer Wissenschaftler einen individuellen Zusammenhang zwischen der individuellen Verbesserung der Versuchspersonen und den Veränderungen in ihrer Hirnrinde feststellen: Je stärker sich die Unterscheidungsfähigkeit verbessert hatte, desto größer war die Hirnrindenveränderung.
Überdies gewannen die Wissenschaftler auch neue Erkenntnisse uber den Ort der Reizverarbeitung im Gehirn. Die Stimuli wurden im so genannten primären somatosensorischen Cortex registriert. Diese Region gilt als die Eingangszentrale des Gehirns, von der man annimmt, dass eintreffende Reize hier noch nicht bewertet werden. Wenn sich gleichwohl ein Lernerfolg einstellt, bedeutet dies, dass Lernen auch ohne zusätzliche Faktoren wie Aufmerksamkeit, Belohnung oder Langzeittraining möglich ist.
Doris Marszk
