Eine Einführung in die Neurobiologie des Lernens


Hans Biegert    

1. Informationsaufnahme und Gedächtnis
2. Das hirninterne Belohnungssystem
3. Nichts macht erfolgreicher als der Erfolg

Nach dem PISA-Schock bleibt die Frage: Wie lässt sich schulisches Lernen optimieren?

Da wahrscheinlich deutsche Schüler nicht dümmer und deutsche Lehrer in den letzten 30 Jahren nicht unfähiger geworden sind, muss etwas mit der Lehrerausbildung und der Lernsituation in den Schulen nicht mehr stimmen. Es scheint dringend geboten, dass sich Bildungspolitiker vor diesem Hintergrund auch an den wissenschaftlichen Fakten der neurobiologischen (hirnbezogenen) Erkenntnisse von Lern- und Motivationsmechanismen orientieren.

1. Informationsaufnahme und Gedächtnis

Unser Gehirn besteht aus 100 Milliarden Nervenzellen - eine Zahl mit 11 Nullen. Neue Informationen, Lerninhalte, z. B. neue Englischvokabeln, werden zunächst kurzfristig, d. h. für wenige Stunden im sog. Kurzzeitgedächtnis gespeichert. Wie viel dann davon ins Langzeitgedächtnis - also fürs längere Behalten - übertragen wird, hängt von mehreren Bedingungen und Faktoren ab, die größtenteils nicht willentlich beeinflussbar, wohl aber trainierbar und damit verbesserbar sind. Es bringt also gar nichts, sich Englischvokabeln auf die Schnelle in den Kopf zwingen zu wollen - jedenfalls nicht, wenn sie langfristig behalten werden sollen. Hinter der Übertragung ins Langzeitgedächtnis verbergen sich molekulare Signalketten in Nervenzellen und deren Verbindungskabeln. Etwa wie hintereinander aufgereihte Wassereimerchen; wenn einer voll ist und dann überläuft, kippt´s in den nächsten u. s. w.

Wenn dieser Prozess in den gleichen Kabelsträngen in mehreren Wellen innerhalb eines Tages und den darauf folgenden abläuft, führt dies zu einer Verstärkung der Kontaktstellen zwischen betroffenen hintereinander geschalteten Nervenzellen, mit der Folge, dass diese Nervenbahnen und Verbindungen künftig immer einfacher und am Ende wie geschmiert anspringen, wenn es um gleiche oder ähnliche Lerninhalte geht. Verstärkend wirkt also die wiederholende Beschäftigung mit denselben oder ähnlichen Lerngegenständen bzw. Informationen nach einer Pause von 3 - 4 Stunden bzw. 1 Tag. Diesen Mechanismus kennt jeder vom Vokabellernen oder Gedichtauswendiglernen: heute Mittag angefangen, heute Abend wiederholt - geht schon viel besser, morgen Mittag nochmals - prima, klappt schon viel schneller und vollständiger. M. a. W., die betreffenden Nervenbahnen sind eingefahrener, springen schneller an, das Hirn findet die erforderlichen Nervenbahnverbindungen zunehmend schneller, sicherer, zuverlässiger und müheloser. Dies ist der Vorgang der Automatisierung.

Fazit 1:
Regelmäßige Wiederholung und Vertiefung, also Automatisierung, sind unverzichtbar, wenn unser Hirn etwas erlernen = aufnehmen und behalten = speichern soll.


Es gibt allerdings ein Problem:
Während der Kurzzeitspeicher für neue Lerninhalte immer wieder frei gemacht werden kann, überlagern sich im Gehirn regional die anschließenden Langzeitprozesse für die gesamten unterschiedlichen Informationen eines Tages. Daraus ergibt sich, dass die Tagesration verschiedener langfristig speicherbarer Inhalte begrenzt ist. Konkurrieren also zu viele unterschiedliche Informationen, die wahllos im Laufe eines Tages aufgenommen wurden um Abspeicherung, so verwässern und/oder verdrängen sie sich gegenseitig. Eine solche negative Auswirkung hat wahrscheinlich ungebremster Fernseh-Video-Internetkonsum. Jeder kennt diesen Effekt: Schaut man sich einen Spielfilm am Abend an und diskutiert danach in der Familie drüber (= Wiederholung + Vertiefung), so erinnert man sich noch nach einer Woche an Details. Jugendliche aber, die - wortwörtlich hirnlos - von 16 - 22 Uhr vor der Flimmerkiste hängen, können bereits am nächsten Tag kaum Titel, geschweige denn Inhalte wiedergeben.

Fazit 2:
Der Langzeitspeicher Gedächtnis hat nur begrenzte Tagesaufnahmekapazität.

Da wundert es nicht, dass bei TV-Dauerberieselung kein Platz für Englischvokabeln im Hirn bleibt - vorausgesetzt, man hat sich überhaupt die Zeit dafür genommen. Diese wissenschaftlich gesicherten Erkenntnisse über Gedächtnisbildung gelten insbesondere für die Aneignung von Faktenwissen - etwa Englischvokabeln. Aber auch für Lerninhalte, die in stärkerem Maße Verständnis, Transfer und Konzeptbildung erfordern, ist Vertiefung und Festigung durch Training am selben und folgenden Tagen zu erreichen, um Verknüpfung mit anderen Inhalten zu erlangen, die bereits im Langzeitgedächtnis abgespeichert sind.

2. Das hirninterne Belohnungssystem

Die Übertragung neuer Inhalte und Erfahrungen ins Langzeitgedächtnis funktioniert besser, wenn diese Bedeutung und Anwendung finden, also wieder gebraucht, benutzt, nochmal beachtet werden. Eine neue Telefonnummer, die uns wichtig ist, weil wir bereits wissen, dass wir sie ab sofort immer wieder benötigen, behalten wir schnell und erinnern sie besser. Andere, von denen wir von vornherein wissen, dass wir sie künftig nicht mehr benötigen, geraten unwillkürlich sofort wieder in Vergessenheit - gelangen erst gar nicht ins Langzeitgedächtnis. 100%ig und auf Anhieb klappt die Langzeitspeicherung bei Informationen mit zusätzlicher herausragender emotionaler, also gefühlsmäßiger Bedeutung - niemand vergisst die nur einmal gehörte gerade eben erfahrene Telefonnummer seiner frischen heißen Liebe. Neurobiologische Priorität haben also neue Lerninhalte und Informationen besonders dann, wenn deren Bedeutung zur Erlangung von Vorteilen oder zur Vermeidung von Nachteilen klar ist. M. a. W., es kommt im Hinblick auf Schnelligkeit und Tiefe der Langzeitabspeicherung auch auf die erwarteten Konsequenzen Erfolg/Misserfolg, Anerkennung/Ablehnung, Stolz/Frustration, Belohnung/Bestrafung an.

Dies geschieht dadurch, dass wir alle in unseren Hirnen einen internen Belohnungsmechanismus haben. Dieser Mechanismus schüttet als Belohnung im Gehirn ganz bestimmte Stoffe und Substanzen aus, die ein extremes Wohlgefühl, ja - einen Kick bewirken. Dieses Gefühl kennen Sportler, die den Wettkampf gewinnen; dies kennt jeder, der als Kleinkind ein Gedicht vor großem Publikum aufgesagt hat und dann rauschenden Applaus bekam, oder jeder, der die entscheidende Mathearbeit geschafft hat.

Fazit 3:
Die Abspeicherung von Informationen, also das Lernen, funktioniert langfristig dann besonders gut, wenn dabei der hirninterne Belohnungsmechanismus anspringt. Jedes Gehirn belohnt sich durch die Ausschüttung "Kick"-auslösender Stoffe quasi selbst und fördert dabei und dadurch die Abspeicherung neuer Lerninhalte.

Dies ist der Zusammenhang zwischen Lernen und Motivation. Die Stärke des hirninternen Belohnungssystems, also die Intensität des Ausschüttens der kickauslösenden Substanzen im Gehirn scheint nach Überwinden von Problemen und beim Vermeiden negativer Konsequenzen besonders groß zu sein. Dies erklärt, warum der Lerneffekt immer dann besonders groß ist, wenn wir etwas trotz großer Hürden und nach enormer Anstrengung geschafft haben. Dies ist der neurobiologische Beleg für:

3. Nichts macht erfolgreicher als der Erfolg

Unser hirninterner Belohnungsmechanismus ist also ein Motor für Lernprozesse und arbeitet optimal in einem Bezugsrahmen von positiven und negativen Erfahrungen. Daraus lässt sich ferner ableiten, dass ein ständiges "Aus-dem-Weg-Räumen" von Hürden, Widrigkeiten und Anstrengungen zu einer Verkümmerung des Belohnungsmechanismus führt. M.a.W.: Eltern, die für ihr Kind alle Schwierigkeiten beseitigen und ständig alles aus dem Weg räumen, erzeugen vorprogrammiert Motivationslosigkeit, sie deaktivieren den Motor des hirninternen Belohnungssystems. Durch Früchte, die einem in den Schoß fallen, wird unser Belohnungssystem nicht anspringen und deshalb entsteht so kaum Anstrengungsbereitschaft, geschweige denn Spitzenleistung. Andererseits kommt das hirninterne Belohnungssystem bei ständigen Misserfolgen und Frustrationen auch nicht zum Zuge. Wer Lernanforderungen ständig nicht schafft oder wo geschaffte und bewältigte Lernanforderungen ständig unbeachtet bleiben, kann das hirninterne Belohnungssystem nicht aktiv werden. Dies kann dann dazu führen, dass man sich dann einen "Kick"-ersatz woanders holt - im schlimmsten Fall über Drogen. Nebenbei bemerkt: Die in Drogen enthaltenen kickauslösenden Stoffe sind jenen Stoffen, die das hirninterne Belohnungssystem ausschüttet, sehr ähnlich - liefern daher auch ein in etwa vergleichbares Empfindungsspektrum.

Fazit 4:
Eine Lehr- und Lernsituation in Schule und Elternhaus ist dann optimal, hirngerecht und wirksam, wenn jeder Schüler eine positive Bilanz von verdienten - also über Anstrengung erlangten - Erfolgen und von überwundenen Misserfolgen erreicht.

Die Chance der Schule und der Lehrer nach PISA liegt darin, Lehrerausbildung und schulische Lernsituationen an den Erkenntnissen der Neurobiologie zum Thema Lernen und Motivation neu zu orientieren und auszurichten:

• nicht mehr, eher weniger Stoff,
• mehr Zeit für´s Wiederholen, Vertiefen und Festigen, (Automatisieren, Generalisieren)
• mehr Routinen, Strukturen und Regelmäßigkeiten,
• für jede passive Stunde vor PC oder Fernsehen eine hirnaktive Stunde mit Buch oder kreativer Tätigkeit (wie wär´s mal mit Schachspielen),
• Lernsituationen in Schule und Elternhaus so gestalten, dass Anstrengung nötig aber Erfolg möglich ist,
• Beachtung von Anstrengung, Anerkennung von Lernerfolgen, verbunden mit dem Anspruch auf Bereitschaft und Durchhaltevermögen,
• und schließlich Begleitung und Unterstützung bei der Überwindung von Misserfolgen.

Wie sagte Albert Einstein:

"Holzhacken ist deshalb so beliebt, weil man sich bei dieser Tätigkeit anstrengt und den Erfolg sofort sieht."

Literatur

H. Scheich, Motor für Lernprozesse, in: Erziehung und Wissenschaft 6/2002

M. Krebler, Lernen und Gedächtnis, Vortrag Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Tübingen 15.07.2004

Gedächtnis, Spektrum der Wissenschaft-Spezial, Heidelberg, Sperrel 1/2002

E. R. Kandel, et al. Neurowissenschaften, Spektrum Heidelberg, 1996

G. Hüther et al, Die neurobiologische Verankerung psychosoz. Erfahrungen, Zeitschrift für Psychosom. Medizin 1999, 45:2-17

H. Hauser, Lexikon der Neurowissenschaft, Spektrum, Heidelberg 2000

M. Spitzer, Geist im Netz, Heidelberg Spektrum 1996, Lernen, Heidelberg Spektrum 2002

J. Ratay, Das menschliche Gehirn, Walter Düsseldorf, 2003

G. Roth, Aus der Sicht des Gehirns, Führkamp, Frankfurt, 2003

E. Goldberg, Die Regie im Gehirn, VAK, Kirchzarten, 2002

S. Pinker, Wie das Denken im Kopf entsteht, Kindler, München, 1998

L. Eliot, Was geht da drinnen vor? Die Gehirnentwicklung in den ersten 5 Lebensjahren, Berlin Verlag, 2002

R. Plomin, J. DeFries, Gene, Umwelt und Verhalten. Bern: Verlag Hans Huber, 1999.

H. Biegert, Individuelle Förderung und persönliche Betreuung. In: Hyperaktive Kinder, 1996.

Gehirn und Geist, Heft-Nr. 2, 2002, Spektrum der Wissenschaft

Autor

- 1978 Gründung der HEBO-Privatschule, staatlich anerkannte höhere Ergänzungsschule gemäß § 45 SchOG u. § 22 SchpfG, NRW
- seither leitender Schuldirektor und Schulträger der HEBO-Privatschule
- seit 1985 Konzeptualisierung als Schule besonderer pädagogischer Prägung für Teilleistungsstörungen/ADHS/HKS/Legastenie/ Dyskalkulie/Eingliederungshilfemaßnahmen nach § 35a SGB VIII (Kinder- und Jugendhilfegesetz)
- zusätzlich seit 1989 Dozent und Referent zum Themenspektrum „ADHS und Schule/Jugendhilfe“, diverse Seminare an freien Bildungseinrichtungen, Universitäten, Akademien auf nationalen/internationalen Kongressen und Symposien
- seit 1993 Dozent und Referent in der staatlichen Lehrerfort- und -weiterbildung zum Themenspektrum „ADHS und Schule“ für staatliche Schulämter, Bezirksregierungen, Schulpsychologische Dienste und Lehrerverbände tätig
- Verfasser zahlreicher Veröffentlichungen

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