Gehirn, Lernen, Plastizität

Transkript

1 Gehirn, Lernen, Plastizität Martin Meyer Neuroplasticity and Learning in the Healthy Aging Brain University of Zurich , KKV-Symposium Bad Horn

2 Ignoramus et Ignorabimus Welche denkbare Verbindung besteht zwischen bestimmten Bewegungen bestimmter Atome in meinem Gehirn einerseits, andererseits den für mich ursprünglichen, nicht weiter definierbaren, nicht wegzuleugnenden Tatsachen? Emil Heinrich du Bois-Reymond (1872)

3 Gliederung Aufbau des Gehirns Hirnentwicklung Wie lernt das Gehirn? Entwicklungsdefizite (Legasthenie, ADHD)

4 Makroanatomie des Gehirns Lappen Windungen Furchen Fissuren Hemisphären Rinde Kerne

5 Gewicht: Frau von 1.2 kg bis Mann 1.4 kg, Volumen: 1.1 bis 1.3 Liter

6 Graue und Weisse Substanz graue Substanz: Neurone etc. weisse Substanz: Axone - Kabelgeflecht

7 Struktur und Funktion Gibt es eine Verbindung zwischen der zellarchitektonischen Struktur und der Funktion der einzelnen Gehirngebiete?

8 Gliederung Aufbau des Gehirns Hirnentwicklung Wie lernt das Gehirn? Entwicklungsdefizite (Legasthenie, ADHD)

9 Intelligenzverteilung IQ Intelligenzgrad Anteil ab 140 genial 1,0% hochbegabt 1,1% talentiert 10,4% intelligent 18,0% normal begabt 48,0% lernbehindert unter 70 geistig behindert 9

10 Gen. Rest 64% 36 % 40% 60 % 42% 58% 10% 90 % 25% 75 % 16% 84 % 4% 10% 4% 10% 4% 9% 9% 4% 4% Minnesota-Twin-Project 10%

11 Genetik und externe Einflüsse auf die Intelligenz Heretabilitätsindex Eineiige Zwillinge getrennt aufgewachsen r = 0.65 genetische Varianz = 42 % Restvarianz = 58% (Lernen, Erfahrung) Eineiige Zwillinge gemeinsam aufgewachsen r = 0.80 genetische Varianz = 64% Restvarianz = 38% (Lernen, Erfahrung) 11

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13 Pränatale Entwicklung der Lateralität Die Anlage für Sprachfunktionen und anderer auditorischer Kommunikationsäußerungen ist in der linken Hemisphäre (wahrscheinlich genetisch determiniert) lokalisiert, aber es besteht bis zum 10. Lebensjahr eine hohe Plastizität für die Repräsentation von Sprache im Gehirn.

14 Auditorisch evozierte Potentiale bei Föten und Neugeborenen Govindan et al. (2008)

15 Ablauf der Reifungsprozesse

16 Entwicklung der Dendriten im Laufe der Ontogenese Dendritisches Wachstum ist langsamer als axonales Wachstum Micrometer/Tag vs. Millimeter/Tag

17 Tangentiale und radiale Zellmigration

18 Genetischer Einfluss auf die Dichte der grauen Substanz Dichte grauer Substanz genetisch perfekt abhängig genetisch unabhängig Thompson et al. 2003

19 Moderne Messverfahren N=13 alle 2 Jahre gemessen (MRI) Zunahme der grauen Substanz bis zur Pubertät Abnahme der grauen Substanz nach der Pubertät Verlust von grauer Substanz in den entwicklungsgeschichtlich alten Hirngebieten zuerst, dann in den jüngeren Hirngebieten Gogtay et al., 2004 Dorsaler Frontalkortex ist die letzte Struktur, die reift!!!! Gogtay et al., 2004

20 Flechsigs Myelinisierungskarte Frühe Myelinisierung Späte Myelinisierung Unterschiedliche Entwicklungsgradienten in distinkten Hirnregionen

21 Reifung der grauen und weissen Substanz bis zur Pubertät Volumenzunahmen, dann Abnahme Regional unterschiedliche Verläufe Wahrscheinlich erfahrungsbedingter Abbau (Pruning) der grauen Substanz

22 Reifung der Sprachregionen Brauer et al Unterschiede zwischen Erwachsenen und Kindern

23 Perisylvische Plastizität zwischen 5 und 11 Jahren Sowell et al. (2004)

24 Developmental differences in white matter architecture between boys and girls Schmithorst et al. (2008)

25 Korrelation IQ und Cortikale Dicke Dynamischer Verlauf der Korrelation Ursachen unklar biologische Einflüsse? Erfahrungseinflüsse? Shaw et al., 2004 Shaw et al. 2004

26 Gliederung Aufbau des Gehirns Hirnentwicklung Wie lernt das Gehirn? Entwicklungsdefizite (ADHD)

27 Plastizität und Lernen Start early and your brain gets big! Use it or lose it!

28 Nervennetzwerk

29 Es gibt Milliarden von Neuronen in unserem Gehirn, aber was sind Neuronen? Nur Zellen. Das Gehirn hat kein Wissen, bevor Verbindungen zwischen Neuronen entstehen. Alles, was wir wissen, was wir sind, kommt von der Art und Weise unserer Neuronenverbindungen.

30 Neuronale Netze Hebbsche Lernregel Fire together wire together Statistisches Lernen je häufiger Neurone gemeinsam aktiviert werden, desto stärker wird ihre Verbindung.

31 Lernzeit-Präsentationshäufigkeit Je länger - desto besser Je häufiger - desto besser Hebbsche Regel Nervenzellgruppe 1 Nervenzellgruppe 2

32 Murray et al. (2004), NeuroImage Der Effekt des multisensorisches Lernens

33 Synaptische Habituation und Sensitisierung Strukturelle Veränderungen durch Erregung an Synapse!

34 Veränderung durch Training Kontrolle Vor dem Training Temple et al. (2003), PNAS Nach dem Training 34

35 Gibt es Talent zum Sprachenlernen??? Vor dem Training Nach dem Training Wong et al. (2007), HBM

36 Anatomisches Substrat des Sprachtalents Golestani et al. 2007, Cereb Cortex

37 Gliederung Aufbau des Gehirns Hirnentwicklung Wie lernt das Gehirn? Entwicklungsdefizite (Legasthenie, ADHD)

38 Begriffschaos Legasthenie Lese- Rechtschreib-Schwäche (LRS) Lese-Rechtschreib-Störung (ICD-10) F81.0) Dyslexia/ Dyslexie 4. Juni 2010 Monika Kast 38

39 Phonologisches Defizit Schwierigkeiten in: Repräsentation Einspeicherung Abruf phonologischer Information (Bradley & Bryant, 1983; Ramus, Rosen et al., 2003) Reduzierte phonologische Bewusstheit 24/9/2010 Theoretischer Hintergrund

40 Wichtige Knotenpunkte für Graphem-Phonem Konversion

41 Dyslexie und neuronale Migration Ektopien als Grund für Entwicklungsdefizite Ramus (2004)

42 Hypoaktivierung bei dyslektischen Erwachsenen Haupteffekt Gruppe 81 Voxel 20 LRS (L) Kontrollpersonen (K) Voxel Mittlere Beta-Werte Gyrus Supramarginalis Links X= -52, Y=-46, Z=34 K L A + AV + V 0 F-Werte K L Mittlere Beta-Werte Sulcus Temporalis Superior X= 54, Y=-20, Z=-12 Rechts K L A + AV + V K L Kast et al. (in preparation)

43 Konzept Bewegung Tonfolgen Farbe Sprache Topologie Form Beleuchtung Textur Informationsaufnahme über verschiedene Kanäle

44 Dybuster Reloaded Stärkere Gewichtung der phonemischen Information durch individuelle Fehlerprotokolle 4. Juni 2010 Monika Kast 44

45 4. Juni 2010 Monika Kast 45 Kast, Baschera, Gross, Jäncke & Meyer (in press)

46 4. Juni 2010 Monika Kast 46 Kast, Baschera, Gross, Jäncke & Meyer (in press)

47 ADHD Defizite in Reaktionsunterdrückung, Exekutivfunktion, Daueraufmerksamkeit Genetische Varianz 60-90%, komplexe Interaktionen Hirnreifung um bis zu 3 Jahre verzögert Gehirne von ADHD-Kindern signifikant kleiner Reduktion des Frontalhirns erklärt 48% der Varianz Globale Reduktion der weissen Substanz vermindert Effizienz der neuralen Kommunikation Unklares Bild bzgl. der einzelnen Subtypen

48 Exekutive Funktionen Txt 1. Aufmerksamkeit 2. Filtern - Hemmung 3. Arbeitsgedächtnis 4. Selbstkontrolle - Selbstdisziplin 5. Emotionskontrolle 6. Motivation 7. Impulskontrolle 8. Planung Gehirnentwicklung, L.Jäncke, WS 06/07, Stand:

49 Bechara, 2006 Das Teenagergehirn eine Baustelle Impulskontrollsystem Erwachsenene normal Jugendliche normal Dopamin Dopamin

50 Die neurale Signatur des Aufmerksamkeitsdefizits (ADHD) Dickstein et al. (2006), J Child Psychol Psychiatry

51 Zusammenfassung Entwicklungsdefizite wie Dyslexie oder ADHD haben hirnorganische Ursachen. Diese sind zu 90% Folgen einer genetischen Disposition. Das Gehirn ist auf eine diffuse, nicht lokale Art betroffen. Die einzige «Heilung» ist Reifung. Reifung kann durch Training und Medikamente unterstützt werden. Training wird oft unspezifisch, Medikamente dagegen spezifisch Vorsicht mit Fehldiagnosen Kinder reagieren sehr unterschiedlich auf Medikamente. Jedes einzelne Kind erfordert individuelles Heran- und Umgehen mit der verzögerten Reifung.

52 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!! Before discussion always think of

53 Macht Neuropädagogik Sinn? Will das Gehirn lernen oder spielen? Machen altersdurchmischte Schulklassen Sinn? Macht Unterricht getrennt nach Geschlechtern Sinn? Wann wird Fördern zu Überfordern? Machen Defizitdiagnosen (ADHD, Legasthenie Sinn?)