EEG-Aktivität sagt Lernerfolg voraus

Warum manche Menschen schlechter lernen als andere, untersuchte ein Team von Forschern aus Berlin, Bochum und Leipzig in einer EEG-Untersuchung.

Die Fähigkeit, Neues zu lernen, ist eine fundamentale Eigenschaft des menschlichen Gehirns – und sie ist uns allen gemein. Wie gut wir lernen, ist allerdings individuell sehr unterschiedlich und hängt von genetischen Aspekten, der individuellen Gehirnanatomie und nicht zuletzt von der Aufmerksamkeit während des Lernens ab. Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum, der Humboldt-Universität zu Berlin, der Charité-Universitätsmedizin Berlin und des Leipziger Max-Planck-Instituts (MPI) für Kognitions- und Neurowissenschaften untersuchten in einer aktuellen Studie nun, inwiefern Lernerfolg durch die Gehirn-Aktivität vorausgesagt werden kann.
In ihrem Versuch nutzten die Forscher ein Lernverfahren, das keine Aufmerksamkeit erfordert: 30 Minuten lang reizten sie wiederholt den Tastsinn ihrer 26 Probanden, indem sie die Haut an der Hand elektrisch stimulierten. Dieses passive Training führt üblicherweise zu einer Zunahme der Sensibilität. Vor und nach dem Lerntraining testeten die Wissenschaftler die sogenannte Zwei-Punkt-Diskriminationsschwelle – ein Maß für die Tast-Sensibilität. Mit zwei Nadeln übten sie sanften Druck auf die Hand aus und bestimmten den kleinsten Abstand zwischen den Nadeln, bei dem der Proband diese noch als separate Reize wahrnahm.
Im Durchschnitt verbesserte das Training die Diskriminationsschwelle der Teilnehmer um zwölf Prozent. Diese Verbesserung trat jedoch nicht bei allen Probanden auf. Eine mögliche Erklärung für die Unterschiede im Lernen zeigte sich in der Gehirnaktivität der Teilnehmer. Vor und während des passiven Lerntrainings hatten die Wissenschaftler das spontane Elektroenzephalogramm (EEG) der Probanden aufgezeichnet. Spezielles Augenmerk legten sie auf den somatosensorischen Kortex, also den Gehirnbereich, in dem der Tastsinn verortet ist.
Mit Hilfe der erhobenen EEG-Daten identifizierten die Forscher eine Komponenten der Hirnaktivität, die mit einer Verbesserung beim Diskriminationstest zusammenhing: Bei guten Lernern veränderten sich die Alpha-Wellen, also die Hirnaktivität im Frequenzbereich von 8 bis 12 Hertz, im EEG auf charakteristische Art und Weise. Je höher die Alpha-Aktivität vor dem passiven Training, desto besser der Lernerfolg. Zudem lernten die Teilnehmer umso einfacher, je mehr die Alpha-Aktivität während des Trainings abnahm.
Eine hohe Alpha-Aktivität gilt als Marker für die Bereitschaft des Gehirns, neu eintreffende Informationen zu verwerten. Umgekehrt gilt eine starke Abnahme während der sensorischen Stimulation als Indikator dafür, dass das Gehirn die Reize besonders effizient verarbeitet. Die Ergebnisse legen also nahe: Das Hauptproblem beim wahrnehmungsbasierten Lernen war nicht etwa ein ineffizienter Lernprozess, sondern dass das Gehirn die zu lernende sensorische Information unzureichend an den entscheidenden Stellen verarbeitete.
Die Forscher betonen die Wichtigkeit ihrer Erkenntnisse für die Entwicklung neuer Therapien nach Hirnschädigungen oder ganz allgemein für das Verständnis von Lernvorgängen. In weiteren Untersuchungen müsse nun geklärt werden, inwieweit sich die Alpha-Aktivität – zum Beispiel mit Hilfe von Biofeedback – willentlich beeinflussen lasse.

Literatur

Freyer, F., Becker, R., Dinse, H. R. & Ritter P. (2013): State-dependent perceptual learning. Journal of Neuroscience, 33 (7), 2900-2907.

Quelle: Informationsdienst Wissenschaft
Foto © Tim Sheerman-Chase / flickr.com unter CC BY 2.0

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