Unser Gehirn Wie wir denken, lernen und fühlen

Zeit Akademie GmbH

Impressum Unser Gehirn Wie wir denken, lernen und fühlen Autor: Prof. Dr. Onur Güntürkün Wissenschaftliche Leitung: Matthias Naß Redaktion: Ulrich Schnabel Grafische Konzeption: Ingrid Wernitz Infografik: Hansen/2 Umsetzung: Madlen Domann, Anja Kallendorf Bildbearbeitung: Andrea Drewes Korrektorat: Mechthild Warmbier (verantwortlich) Satz und Reproduktion: Zeitverlag Gerd Bucerius GmbH & Co. KG Druck und Bindung: optimal media GmbH, Röbel ZEIT Akademie GmbH, Hamburg Zeit Akademie GmbH

Vorwort Der Mensch, das denkende Wesen dies ist das erhabene Bild, das wir von uns haben. Damit grenzen wir uns als Spezies ab, und das nicht ganz zu Unrecht. Denn tatsächlich unterscheidet unser Denkvermögen uns signifikant von unseren nächsten Verwandten unter den Säugetieren. Wobei, und das ist dann doch eine recht ernüchternde Erkenntnis, diese Überlegenheit eine rein quantitative ist: Unser Gehirn, dieses Wunderwerk von eben mal 1,3 Kilogramm Gewicht, enthält einfach mehr Nervenzellen als das Gehirn jedes anderen Lebewesens. Deshalb hat sich der Mensch evolutionsgeschichtlich durchgesetzt, deshalb konnte er sich die Erde untertan machen. Aber wie funktioniert unser Gehirn? Wie lernen und wieso vergessen wir? Warum erinnern wir uns im Alter problemlos an die frühesten Erlebnisse unserer Kindheit, vergessen jedoch, was gestern war. Lässt sich das Gehirn trainieren, hilft»gehirnjogging«gegen unsere Vergesslichkeit? Weiter gefragt: Haben wir wirklich zwei unterschiedliche Gehirnhälften? Welche Fähigkeiten hat die linke, welche die rechte Hälfte? Schließlich: Lässt sich Intelligenz messen, und ist der Intelligenzquotient (IQ) dafür ein verlässliches Maß? Die Hirnforschung versucht Antworten auf all diese Fragen zu finden. Einer der herausragenden Vertreter des Faches ist Onur Güntürkün, Professor für Biopsychologie an der Ruhr-Universität Bochum. Seine Arbeiten, etwa zur Evolution des Denkens bei Mensch und Tier oder zu den kognitiven Unterschieden zwischen den Geschlechtern, zeichnen sich dadurch aus, dass sie viele verschiedene Perspektiven psychologische, biologische und neurologische verknüpfen. Anschaulich und verständlich präsentiert er in dieser Vorlesungsreihe die neuesten Erkenntnisse der Hirnforschung. Wir hören ihm zu und Milliarden Nervenzellen beginnen zu arbeiten, unsere Synapsen wandeln sich, Gedächtnis entsteht. Wir können uns in dieser Vorlesungsreihe gewissermaßen selbst beim Denken beobachten. Ein tolles Erlebnis! Ich heiße Sie bei der ZEIT Akademie herzlich willkommen! Ihr Matthias Naß Wissenschaftlicher Leiter der ZEIT Akademie

Inhalt Lektionen 1 3 Lektion 1: ein einzigartiges Organ 21 Warum unser Gehirn so besonders und so enorm leistungsfähig ist Lektion 2 Wie wir die Welt wahrnehmen 27 Von der Repräsentation der Welt in unserem Kopf Lektion 3 Wie lernen wir? 34 Vom Einfluss der äußern Umstände Lektionen 4 6 Lektion 4 Wie funktioniert mein Gedächtnis? 43 Die ausgefeilte Verarbeitung unserer Erinnerungen Lektion 5 Wie Erinnerungen entstehen 49 Warum wir Wichtiges vergessen und mitunter Falsches behalten Lektion 6 Wenn das Gedächtnis versagt 54 Wie es zu geistigen Ausfällen kommt und was man dagegen tun kann

Lektionen 7 9 Lektion 7 Was macht ein Gehirn intelligent? 63 Warum manche schneller denken und Intelligenz kein Schicksal ist Lektion 8 Vom Wert der Emotionen 68 Warum Gefühle so wichtig sind Lektion 9 Das asymmetrische Gehirn 75 Warum wir links und rechts so unterschiedlich denken Lektion 10 Lektion 10 Können Hirnforscher Gedanken lesen? 83 Von den Möglichkeiten und Grenzen einer spannenden Disziplin Anhang Lebensläufe 93 Bildnachweise 96

Lektionen 1 3

Lektion x Lektion 1 Ein einzigartiges Organ Warum unser Gehirn so besonders und so enorm leistungsfähig ist Wir sind unser Gehirn. Alles was wir sehen, hören oder fühlen, all unsere Gedanken, Erinnerungen und Pläne für die Zukunft all das findet in unserem Gehirn statt. Wie ist es möglich, dass ein biologisches Organ von gerade einmal 1,3 Kilogramm Gewicht das gesamte Innenerleben eines Menschen erzeugen und verarbeiten kann? Um diese zentralen Frage geht es in diesem Seminar. Die Hirnforschung beschäftigt sich mit grundlegenden Aspekten unseres Menschseins. Sie erklärt uns beispielsweise, wie wir lernen und weshalb unsere Spezies so ungeheuer lernfähig ist; sie erkundet, wie das Gedächtnis funktioniert und weshalb es mitunter versagt aber auch, wie man sein Gedächtnis trainieren kann. Denn eine der Erkenntnisse der modernen Neurobiologie lautet, dass unser Gehirn enorm»plastisch«ist, das heißt, dass es sich je nach Denktätigkeit in Form und Funktion verändern kann. Deshalb ist es auch in vielerlei Hinsicht trainierbar: Gedächtnis und Erinnerungsfähigkeit lassen sich in gewissem Rahmen ebenso schulen wie Intelligenz oder Wahrnehmungsfähigkeit. Man kann auch sagen: Unser Denkorgan hält immer wieder Überraschungen für uns bereit. Wie schafft das Gehirn all dies? Zunächst einmal ein paar Zahlen und Fakten: In unserem Gehirn befinden sich circa 100 Milliarden Nervenzellen (Neuronen), die insgesamt eine Billiarde Verbindungsstellen (Synapsen) aufweisen. Und fast alle diese Synapsen können sich verändern und somit den Informationsfluss in unserem Gehirn steuern. Wenn wir neue Erfahrungen machen, wandeln sich Synapsen. Dadurch lernen wir, dadurch entsteht Gedächtnis. 20 21

Bereits während Sie diese Sätze lesen, sind Milliarden Nervenzellen Ihres Gehirns aktiv, um neue Eiweiße herzustellen, mit denen die Synapsen Ihres Gehirns verändert werden. Neue Verbindungen entstehen, andere gehen unter; Ihr Gehirn, Ihr Denken verändert sich in diesem Augenblick. Deshalb ist auch der gern gezogene Vergleich zwischen dem Gehirn und einem Computer nicht stimmig: Denn das Gehirn kennt keine Software; es ist gewissermaßen nur Hardware, aber eine Hardware, die sich ständig selbst verändert. Lektion 1 Blick ins Gehirn: Kegelförmige Synapsen verbinden die Vielzahl der Nervenzellen miteinander Corbis; Science Picture Dieses faszinierende Organ hat eine Evolutionsgeschichte von mehreren Hundert Millionen Jahren. Was das menschliche Gehirn auszeichnet, erkennen wir im Vergleich mit den Gehirnen anderer Tiere. Zunächst gibt es da viele Gemeinsamkeiten: Menschen sind Säugetiere, die zusammen mit Vögeln, Reptilien, Amphibien und Fischen zu den Wirbeltieren gehören. Und deren Gehirne haben einen ziemlich standardisierten Aufbau: Rückenmark, Stammhirn und Kleinhirn kommen bei allen Wirbeltieren vor, auch beim Menschen. Was hingegen speziell die Säugetiere auszeichnet, ist der sogenannte Cortex im Vorderhirn, der aus einer sechsschichtigen Rinde besteht und den man im Deutschen auch häufig»hirnrinde«nennt. Hier finden alle»höheren«denkprozesse des Menschen statt. Da sich der Cortex weder in den Gehirnen von Vögeln noch von Reptilien, Amphibien oder Fischen findet, nahmen Wissenschaftler lange an, dass die kognitiven Fähigkeiten der Säugetiere einzigartig seien. Mittlerweile wissen wir: Diese Sicht ist wahrscheinlich falsch. Das Vorderhirn von Vögeln besteht aus denselben Zelltypen wie der Cortex der Säugetiere. Einziger Unterschied: Das Vorderhirn der Vögel ist nicht geschichtet. So ist vermutlich nur der sechsschichtige Aufbau des Cortex typisch für Säugetiere, nicht aber das Hirngewebe selbst. Und was erklärt unsere kognitive Überlegenheit gegenüber anderen Säugetieren? Die Antwort: Wir Menschen haben die meisten Nervenzellen im Cortex. Selbst Säugetiere mit einem größeren Cortex, etwa Elefanten oder einige Walarten, besitzen in ihrer voluminösen Hirnrinde weniger Neuronen als Menschen. Die Hirnforschung beschert uns also die ernüchternde Einsicht, dass unsere menschlichen Denkfähigkeiten nicht auf einem einzigartigen Gehirn beruhen, sondern auf rein quantitativer Überlegenheit. Mehr nicht. Doch das genügt. Literaturhinweise Onur Güntürkün,»Biologische Psychologie«; Hogrefe Verlag 2012 Lutz Jäncke,»Lehrbuch Kognitive Neurowissenschaften«; Huber 2013 Eric Kandel, James Schwartz, Thomas Jessell,»Neurowissenschaften: Eine Einführung«; Spektrum der Wissenschaft Verlag 2012 Richard Thompson,»Das Gehirn: Von der Nervenzelle zur Verhaltenssteuerung«; Spektrum der Wissenschaft Verlag 2010 22 23

Lektion 1 Blicken wir etwas genauer ins Gehirn: Es besteht im Wesentlichen aus zwei Zelltypen, den Neuronen (Nervenzellen) und den Gliazellen. Die Anzahl der Gliazellen ist mindesten zehnmal so hoch wie die der Neuronen. Doch Letztere leisten die Informationsverarbeitung. Und auch wenn Neuronen zum Teil sehr unterschiedlich aussehen, sind ihre Funktionsmechanismen nahezu immer gleich, sowohl bei Menschen wie Tieren. Daher können Forscher die neuronalen Mechanismen bei Schnecken oder Tintenfischen untersuchen und daraus Schlussfolgerungen für das Gehirn von Menschen ziehen. Wahrscheinlich stammen sogar alle existierenden Nervenzellen von einem gemeinsamen Vorfahren ab, der vor fast einer Milliarde Jahren lebte. Die Geschichte der Informationsverarbeitung ist also fast so alt wie das Leben selbst. Um diese Geschichte zu verstehen, betrachten wir jetzt eine Nervenzelle im Detail: Das Soma ist das Herz der Zelle. Hier sitzt die genetische Information. Sie wird ständig an verschiedenen Stellen abgelesen, um Proteine (Eiweiße) für die lernabhängige Umgestaltung der Zellstruktur herzustellen und an die jeweiligen Orte zu verschicken. Die Dendriten sind quasi die Antennen der Nervenzellen, mit denen diese Informationen von Tausenden anderen Nervenzellen empfangen. Ein Axon ist ein Nervenzellfortsatz, über den Informationen an andere Nervenzellen weitergegeben werden. Am Beginn des Axons, dem Axonhügel, entscheidet sich, ob das Neuron aktiv wird oder nicht. Nervenzellen können ununterbrochen Zehntausende von Informationseinheiten an ihren Dendriten integrieren doch nur aus manchen entsteht am Axonhügel ein Aktionspotenzial, aus anderen nicht. Im ersten Fall wandeln die Neuronen am Axonhügel ein analoges in ein digitales (elektrisches) Signal um. Dieses läuft dann mit großer Geschwindigkeit das Axon entlang in Richtung von anderen Neuronen, die dieses Signal empfangen. Die Synapse am Ende des Axons dient als Kontaktstelle zu einem anderen Neuron. Dabei muss die Information einen winzigen Spalt überwinden, der etwa ein fünfzigstel Millimeter breit ist. Das elektrische Signal muss also wieder in ein chemisches umgewandelt werden: Das eintreffende Aktionspotenzial führt zur Freisetzung von Botenstoffen (Neurotransmittern). Diese diffundieren durch den synaptischen Spalt und aktivieren auf der anderen Seite Rezeptoren, die Lektion 1 Dendriten Zeitpunkt Signaltransport: Durch chemische Veränderungen entsteht ein elektrisches Signal, das dann das Axon entlangläuft Axon Axonhügel Soma Zellkern Synapse Na+-Kanäle werden refraktär Na + -Ionen fließen ein Eine Nervenzelle (Neuron) leistet die Informationsverarbeitung und ist zugleich Empfänger, Filter und Sender. 24 25

Lektion 1 wiederum zu einer elektrischen Erregung des nächsten Neurons führen. Dabei gibt es wahrscheinlich an die hundert Neurotransmitter und mehrere Hundert Rezeptoren das Gehirn ist gewissermaßen ein vielsprachiges System, in dem verschiedene Botenstoffe auf engstem Raum unterschiedliche Nachrichten austauschen, ohne dass sich die jeweiligen Signale gegenseitig stören. Zusammengefasst kann man sagen: Unser Gehirn ist gerade deshalb so effizient, weil es nicht wie ein Computer funktioniert. Es ist vielmehr eine elektrisch leitende Hardware, die sich ununterbrochen selbst umbaut und auf diese Weise Erfahrungen speichert. Dabei können Informationen superparallel und auf vielfältige Weise zugleich verarbeitet werden. Zugleich optimiert sich das Gehirn ständig selbst: Synapsen, die ein wichtiges Signal übermitteln, werden gestärkt, andere geschwächt. Und schließlich ist der neuronale»speicherplatz«insbesondere in so großen Gehirnen wie dem des Menschen nahezu unbegrenzt. Es ist fürwahr ein einzigartiges Organ. Lektion 2 Wie wir die Welt wahrnehmen Von der Repräsentation der Welt in unserem Kopf Optische Täuschungen verblüffen uns immer wieder. Sie sind nicht nur unterhaltsam, sondern machen uns zugleich klar, wie leicht sich unsere Wahrnehmung täuschen lässt. Mitunter sehen wir Dinge, die gar nicht vorhanden sind, ein andermal sind wir gegenüber Offensichtlichem blind. Woran liegt das? Warum sehen, hören oder fühlen wir die Welt nicht exakt so, wie sie tatsächlich ist? Fakten Gehirne bestehen aus Milliarden von Nervenzellen, die durch Billionen von Synapsen miteinander verbunden sind. Nervenzellen sind in der Lage, ihre Synapsen durch Erfahrungen zu verändern. Dadurch werden Synapsen zu Speichern vergangener Erfahrungen. Nehmen wir zum Beispiel das Bild mit dem Zylinder, der auf einem schachbrettartigen Fundament steht (Schachbrett 1). Würden Sie glauben, dass die Quadrate A und B gleich hell sind? Wahrscheinlich nicht. Dass A und B tatsächlich dieselbe Helligkeit haben, erkennt man, sobald man sie durch eine Brücke verbindet (Schachbrett 2). Warum aber nehmen wir sie dann so verschieden wahr? Der Grund ist, dass unser Gehirn in vielen Millionen Jahren eine Evolution durchlaufen und dabei gelernt hat, dass Schatten in der Regel einen Gegenstand verdunkeln. Es geht also davon aus, dass Feld B»eigentlich«heller sein muss, als es erscheint, und korrigiert dementsprechend den Sinneseindruck: Das Feld wird in unserer Wahrnehmung aufgehellt obwohl es tatsächlich genauso dunkel ist wie Feld A. Schachbrett 1 B A Nervenzellen arbeiten elektrisch. Wird die Nervenzelle erregt, kann dies ein Aktionspotenzial erzeugen, das an einem Axon entlangzieht und weiter entfernt liegende Nervenzellen aktiviert. Neben der digitalen (elektrischen) Sprache des Aktionspotenzials beherrscht das Gehirn auch noch eine Vielzahl analoger (chemischer) Sprachen. Gehirne verarbeiten Information parallel und somit eine enorme Informationsmenge zeitgleich. Dieses Beispiel illustriert ein generelles Prinzip: Unser Gehirn nimmt die Welt niemals»roh«und unverfälscht wahr, sondern bezieht stets sein Vorwissen darüber mit ein, wie die Dinge üblicherweise sind. Denn das hat sich im Laufe der Evolution ausgezahlt: Diejenigen unserer Vorfahren, deren Gehirne zum Beispiel Oberflächen im Schatten heller haben erscheinen lassen, konnten sich in kritischen Situationen besser auf ihre Wahrnehmung verlassen und richtigere Entscheidungen treffen, weil ihnen die Gegenstände in der Sonne und diejenigen im Schatten ähnlich hell erschienen. Wir sind die Nachkommen dieser Lebewesen und besitzen somit ein Gehirn, das unsere Wahrnehmung durch solche Schachbrett 2 26 27

Warum ist die Landkarte unseres Körpers so verzerrt? Ganz einfach: Die Rezeptoren für unseren Tastsinn weisen in wichtigen Körperbereichen, wie zum Beispiel in den Fingern oder der Zunge, eine hohe Dichte auf. In weniger wichtigen Bereichen, wie dem Rumpf und den Beinen dagegen, finden sich deutlich weniger Rezeptoren. Deshalb können zum Beispiel auch blinde Menschen mit ihren Fingerspitzen Blindenschrift ertasten. Müssten sie dies mit ihrem Rücken machen, müsste die Blindenschrift viel größer sein, da durch die niedrige Dichte von Tastrezeptoren auf dem Rücken unsere Auflösung dort viel schlechter ist. Lektion 2 In der Großhirnrinde werden allerdings die ungleich verteilten Hautrezeptoren äquidistant abgebildet, das heißt, die zugehörigen Neuronen sind alle in gleichem Abstand angeordnet. Dadurch nehmen privilegierte Körperbereiche wie Finger und Mund im Gehirn einen enorm großen Raum ein, sie werden gleichsam aufgebläht, während Rumpf und Beine wie winzige Anhängsel wirken. Für die Effizienz unseres Tastgefühls ist dies von großem Vorteil, leider aber hat diese Organisation auch einen großen Nachteil: Wenn es zu Verletzungen in einem der primären sensorischen Areale kommt, werden mit größerer Wahrscheinlichkeit genau jene (übergroßen) Bereiche unserer Wahrnehmung geschädigt, in denen wir besonders sensibel und auf die wir besonders angewiesen sind. Dieses zweischneidige Prinzip gilt übrigens nicht nur für unseren Tastsinn, sondern genauso für Seh- und Hörsinn. Literaturhinweise Die Repräsentation des Körpers im Gehirn ist verzerrt: Sensible Partien (Zunge, Mund, Hand) erscheinen größer Korrekturmaßnahmen ständig unterstützt. Und meist nehmen wir diese Tricks unseres Gehirns gar nicht wahr, sondern bemerken sie erst, wenn sie sich durch geschickt konstruierte optische Täuschungen offenbaren. Das gilt nicht nur für den Sehsinn, sondern für alle unsere fünf Hauptsinne (Sehen, Hören, Fühlen, Riechen, Schmecken). Keiner von ihnen bietet uns einen völlig unverfälschten Zugang zur Welt, sondern durchläuft stets eine Art Interpretationsfilter im Gehirn. Dabei werden die Informationen, die durch unsere Sinne strömen, auf Landkarten im Gehirn abgebildet in Bereichen, die wir»primäre sensorische Areale«nennen. Allerdings bilden diese Bereiche unserer Hirnrinde die Wahrnehmung merkwürdig verzerrt ab. Bestes Beispiel dafür ist die Repräsentation unserer Körperoberfläche auf der Hirnrinde, im sogenannten sensomotorischen Cortex. Diese Bild ist keinesfalls realitätstreu: Der Oberkörper und die Beine sind eher zu klein repräsentiert, jene Organe dagegen, die für die Welterfahrung wichtig sind wie die Zunge, die Lippen, aber auch die Hände, überproportional groß repräsentiert. Wie aber transformiert man chemische Sinne (Geruch, Geschmack) in eine kortikale Landkarte? Dafür kennt unser Gehirn einen genialen Trick, den man am besten anhand des Geruchssystems erläutert. Alles, was wir riechen können, besteht aus einem Gemisch verschiedener Geruchskomponenten. In unserer Riechschleimhaut in der Tiefe unserer Nasengänge befinden sich Rezeptoren, die auf jeweils eine Geruchskomponente spezialisiert sind (in der nebenstehenden Abbildung ist das schematisch dargestellt). Dabei ziehen die Axone der Riechrezeptoren durch das Siebbein in unser Gehirn und bilden Synapsen im Riechkolben. Wenn man genau hinschaut, erkennt man, dass die gleichfarbigen Axone jeweils in ein kugelförmiges Gebilde namens Glomerulus ziehen. Hier sammeln sich also die Geruchsinformationen jeweils einer Geruchskomponente. Die Informationen dieser Komponente werden über Mitralzellen an weitere Stationen der Geruchsverarbeitung weitergeschickt. Für jede von uns Menschen wahrnehmbare Geruchskomponente gibt es im Riechkolben viele Glomeruli. Wenn man zum Beispiel Kaffee riecht, werden einige Dutzend Geruchskomponenten aktiviert (schematisch als zwei Komponenten gelb und blau dargestellt) und diese bilden ein ganz spezifisches Muster im Riechkolben. Dieses Muster ist ebenso einzigartig für den Geruch von Kaffee Oliver Sacks:»Das innere Auge. Neue Fallgeschichten«; rororo 2012 Thomas Ditzinger:»Illusionen des Sehens. Eine Reise in die Welt der visuellen Wahrnehmung«; Springer 2013 Hanns Hatt, Regine Dee:»Das kleine Buch vom Riechen und Schmecken«; Knaus 2012 Jochen Müsseler:»Visuelle Wahrnehmung, in: Allgemeine Psychologie«, Jochen Müsseler (Hrsg.); Spektrum 2007 15 57. 28 29

Lektion 2 wie für Zimt- oder Rosenduft. Jedes zu riechende (und zu schmeckende) Objekt ist also für unser Gehirn ein individuelles Fleckenmuster. Man könnte auch sagen: Unser Denkorgan verwandelt Gerüche in Bilder und zwar Bilder, die an Gemälde von Jackson Pollock erinnern. Lektion 2 Mitralzelle Glomerulus Bulbus olfactorius Der Riechkolben (Bulbus olfactorius) ist ein kleines Areal an der vorderen Basis des Gehirns Ganz allgemein gilt: Wahrnehmungen sind aus Sicht unseres Gehirns Aktivierungsmuster auf der Oberfläche des Cortexes. Für unser Sehen und Fühlen ist das leicht zu verstehen, da die Bilder, die wir sehen, und die Berührungen auf unserer Haut leicht als visuelle oder taktile Landkarte abgebildet werden können. Auch wenn diese Karte verzerrt ist, bleibt sie dennoch eine Landkarte. Bei unserem Hören besteht diese Landkarte aus Frequenzfolgen. Und wie sich am Beispiel des Riechens zeigt, können sogar Gerüche und in gleicher Art und Weise auch Geschmacksinformationen als Aktivierungskarten auf unserem Cortex repräsentiert werden. Der Unterschied zwischen diesen Aktivierungskarten und der Welt»da draußen«ist dabei ähnlich groß wie jener zwischen einer Landkarte und der tatsächlichen, realen Landschaft. Überraschungen nicht ausgeschlossen. Siebbein Riechschleimhaut Zilien Fakten Unsere Wahrnehmung bildet die Welt nicht exakt so ab, wie sie ist. Vielmehr bezieht sie unsere subjektive Wahrnehmung mit ein und das Vorwissen um die physikalischen Regelmäßigkeiten der Natur. Der Aufbau des Riechkolbens in der Vergrößerung Alle fünf Hauptsinne bilden jeweils eigene sensorische Karten auf der Oberfläche unseres Cortex aus. Diese sensorischen Karten sind verzerrt. Bereiche mit vielen, eng zusammenstehenden Rezeptoren werden im Gehirn überrepräsentiert, Bereiche mit wenigen, locker verteilten Rezeptoren dagegen unterrepräsentiert. So wird die Wahrnehmung effizienter, die sensiblen übergroßen Bereiche sind aber auch anfälliger bei Verletzungen. Jeder Geruch bildet ein spezifisches Muster im Riechkolben Kaffe Zimt Rosen Beim Geruchssinn werden einzelne Geruchskomponenten getrennt wahrgenommen und dann separat als Fleckenmuster repräsentiert. Jedes Objekt, das wir riechen, aktiviert dann einen ganz bestimmten Teil dieses Musters. Ganz ähnlich erfolgt die Repräsentation von Geschmack. 30 31

Experiment Lektion 2 Versuchsaufbau ZEIT-Redakteur Ulrich Schnabel sieht seinen eigenen Arm und den Gummiarm bis zur Hand abgedeckt vor sich liegen. Die gefühlte dritte Hand Ein Experiment zur Wahrnehmungstäuschung Welche Hand ist die richtige? Das Gehirn löst den Konflikt, indem es beide»rechten Hände«als Teil des Körpers akzeptiert. Stresstest Was passiert bei drohendem Schmerz, wenn ein Hammer auf die Gummihand trifft? Simultanes Streicheln der Gummihand und der echten Hand suggerieren, dass die Gummihand zum Körper gehört. Der drohende Schmerz hat unseren Redakteur Ulrich Schnabel zurückschrecken und die Hand wegziehen lassen. Er hatte die Gummihand als seine eigene dritte Hand wahrgenommen und versuchte sie zu schützen. 32 33

Lektion 3 Wie lernen wir? Vom Einfluss der äußeren Umstände Das Gehirn ist eine gewaltige Lernmaschine. Ständig speichert es Informationen. Wie ein rastloser mentaler Staubsauger saugt es Bilder, Worte, Bewegungen, Informationen auf und verwandelt einen Teil davon in Gedächtnis. Doch nicht immer bleibt das Wichtigste hängen. Wir alle kennen das Gefühl, dass wir uns zuweilen an belanglose Dinge erinnern, während wir Wichtiges vergessen. Wie also funktioniert Lernen und wie funktioniert Gedächtnis? Schon im ersten Kapitel war die Rede von der»synaptischen Plastizität«. Damit bezeichnet man die Fähigkeit der Kontaktstelle (Synapse), sich zu verändern, wenn etwas Neues gelernt wird. Wenn sie ein wichtiges Signal übermittelt, wird diese Verbindung zwischen zwei Nervenzellen gestärkt, wenn sie dagegen selten benutzt wird, wird sie geschwächt. Das ist die morphologische Grundlage der Gedächtnisbildung. Zwar kann auch eine kleine, schwach ausgebildete Synapse Informationen von einem Neuron zum nächsten übertragen; doch die Erregung, die sie beim empfangenden Neuron verursacht, ist meist zu schwach, um ein Aktionspotenzial auszulösen. Eine starke Synapse hingegen ist dazu wesentlich besser in der Lage. Wird also eine Kontaktstelle beim Abspeichern einer Information verstärkt, wird sie mit größerer Wahrscheinlichkeit beim empfangenden Neuron ein Aktionspotenzial erzeugen. Das bedeutet: Diese gespeicherte Gedächtnisspur kann andere Neuronen aktivieren und dadurch unser Denken und Verhalten modifizieren. Diese lernabhängige Veränderung von Synapsen kann man heute sogar im Tierexperiment sichtbar machen. Man kann regelrecht zuschauen, wie etwa einzelne Synapsen in einem Mäusegehirn ihre Form ändern oder größer werden. Zwar ist es unmöglich, solche Detailaufnahmen auch im menschlichen Gehirn zu machen. Aber da die Prinzipien dieser Modifikationen von Schnecke bis Ratte absolut gleich sind, können wir davon ausgehen, dass Ähnliches auch für uns gilt. Untersuchungen zum Lernen zeigen überdies, dass monatelanges oder sogar jahrelanges Üben von Handlungen diejenigen Bereiche des menschlichen Gehirns vergrößert, die die Erinnerungen speichern. Dieser Effekt entsteht wahrscheinlich durch die gemeinsame Vergrößerung von Milliarden am Lernen beteiligter Synapsen. Doch welche Ereignisse verändern nun unsere Synapsen in lernabhängiger Art und Weise und welche tun das nicht? Mit anderen Worten: Wie identifiziert unser Gehirn jene Ereignisse, die wichtig sind und die es sich merken soll? Eines der wichtigsten Kriterien dafür ist die sogenannte Erwartungsverletzung: Immer, wenn etwas Unvorhergesehenes geschieht, wird das Gehirn besonders aktiv. Nehmen wir ein simples Beispiel: Dass abends um 20 Uhr beim Beginn der Tagesschau ein Sprecher oder eine Sprecherin uns mit den Worten»Guten Abend, meine Damen und Herren«begrüßt, fällt uns in der Regel nicht besonders auf. Denn da dies jeden Abend passiert, registrieren wir diese Begrüßung gar nicht mehr. Sie geht unter im gleichförmigen Strom der erwartbaren Begrüßungsformeln. Würde uns aber eines Abends eine Sprecherin im Trachtenkleid mit einem fröhlichen Jodler begrüßen, erlebten wir das als eine deutliche Erwartungsverletzung. Diese Begrüßung würden wir uns sofort merken und könnten uns noch Jahre später daran erinnern. Lernen findet also vor allem dann statt, wenn etwas Überraschendes passiert. Solche Erwartungsverletzungen werden im Gehirn durch den Botenstoff Dopamin kodiert. In unserem Hirnstamm befindet sich eine kleine Gruppe von Nervenzellen, die den Neurotransmitter Dopamin nutzt und mit ihren Axonen weite Teile des Gehirns beeinflusst. Dieses»dopaminerge System«setzt den Botenstoff immer dann frei, wenn etwas Überraschendes geschieht. Und der Transmitter Dopamin wiederum beeinflusst die Arbeit von vielen benachbarten Synapsen. Stellen wir uns beispielsweise vor, dass in der Nähe einer Dopaminsynapse sich eine weitere Synapse befindet, die die Information über den Klang des Jodelns der Tagesschau-Sprecherin übermittelt. Da das Jodeln überraschend kommt, wird Dopamin freigesetzt und verstärkt nun die Synapse, die das Jodeln verarbeitet. Dadurch verfügt die Information»Tagesschau-Sprecherin jodelt«nun über eine effektivere Synapse und wird besser erinnert. Da bei dem hohen Überraschungsgrad dieses Ereignisses nicht nur eine, sondern wahrscheinlich Millionen von beteiligten Synapsen durch Dopamin verstärkt werden, bildet sich ein stabiles Gedächtnis von diesem einmaligen Ereignis. Literaturhinweise Sarah-Jayne Blakemore, Uta Frith,»Wie wir lernen: Was die Hirnforschung darüber weiß«; DVA 2006 Hans-Otto Karnath, Georg Goldenberg, Wolfram Ziegler,»Klinische Neuropsychologie Kognitive Neurologie«; Thieme 2014 Josef Dudel, Randolf Menzel, Robert F. Schmidt,»Neurowissenschaft: Vom Molekül zur Kognition«; Springer 2012 James E. Mazur,»Lernen und Verhalten«; Pearson 2006 34 35

24 Jahre 44 Jahre 86 Jahre Diese Art des Gedächtnisses nennen Psychologen snapshot memory, weil es ein bestimmtes Ereignis wie ein mit Blitzlicht fotografiertes Bild in unserem Gedächtnis einfriert. Ein bekanntes Beispiel dafür ist der Angriff auf das World Trade Center am 11. September 2001: Die meisten Menschen können sich noch sehr gut daran erinnern, was sie taten und wo sie gerade waren, als sie erstmals von diesem extrem erwartungsverletzenden Ereignis hörten. Das Prinzip der snapshot memories hat noch eine weitere, wichtige Implikation. Wenn wir zum Beispiel für eine Prüfung einen Text auswendig lernen, dann memorieren wir nicht nur den Text selbst, sondern zugleich auch die Umstände des Lernens etwa den Ort, an dem wir uns befinden, die Zeit, das Hintergrundgeräusch et cetera. Und genau diese Zusatzinformationen können uns später helfen, uns in der Prüfung an den Text zu erinnern. Wir müssen uns dazu nur alle Umstände des Lernens möglichst plastisch in Erinnerung rufen; das aktiviert dann die gesamte abgespeicherte Information und erleichtert so das Abrufen des Textes. Lektion 3 Im Laufe des Alters nimmt die Dichte der Dopaminrezeptoren (gelb/rot) ab, es fällt immer schwerer, Neues zu lernen Leider sterben im Verlauf des Alterns immer mehr dopaminerge Zellen. Das zeigt sich auf sehr beeindruckende Art und Weise, wenn man Gehirne verschiedener Altersstufen untersucht: Man stellt fest, dass die Dichte der Dopaminrezeptoren im Laufe des Lebens kontinuierlich abnimmt. Das heißt nicht, dass ältere Menschen nichts Neues mehr lernen könnten; aber es bedeutet, dass die Effizienz des Lernens abnimmt, weil die Kodierung der Erwartungsverletzung nicht mehr massiv in alle beteiligten Hirnregionen übermittelt werden kann. Beim Lernen tritt noch ein wichtiges Phänomen auf: Häufig wird nicht nur ein bestimmtes überraschendes Ereignis gelernt, sondern auch alles, was damit zusammenhängt. Nehmen wir zum Beispiel an, Sie hätten sich an jenem Abend, bevor sie die Tagesschau einschalteten, ein Käsebrot geschmiert. Normalerweise hätten Sie das wahrscheinlich schon wenige Tage später vergessen und könnten nicht mehr sicher angeben, ob sie zur Tagesschau ein Käsebrot gegessen haben oder nicht. Wenn nun allerdings die jodelnde Tagesschau-Sprecherin im Gehirn eine Erwartungsverletzung auslöst, wird auch ihr Käsebrot in den Genuss der entsprechenden Dopaminverstärkung kommen. Denn der Botenstoff Dopamin verstärkt sämtliche Synapsen, die mit dieser überraschenden Episode in Zusammenhang stehen, und dazu gehören nun einmal alle Dinge, die in diesem Augenblick in Ihrem Gehirn als Information übermittelt werden inklusive Käsebrot. Fakten Synapsen können ihre Größe und somit ihre Effektivität abhängig vom Lernen verändern. Sie fungieren dann als Gedächtnisspeicher für das Erlernte. Gelernt wird vor allem das Überraschende, welches eine Erwartungsverletzung mit sich bringt. Dopamin ist ein Neurotransmitter, der Erwartungsverletzungen kodiert. Die Ausschüttung von Dopamin bei einem überraschenden Ereignis führt zur Verstärkung derjenigen Synapsen, die das überraschende Ereignis verarbeiten. Doch nicht nur das Ereignis selbst, sondern auch die Umstände des Ereignisses werden mitgelernt und sind dann Teil der Gesamterinnerung. Die Summe der durch das Lernen größer werdenden Synapsen in einer Hirnregion kann zu einer Volumenvergrößerung dieses Areals führen. 36 37

Experiment Lektion 3 Vier Taucher stehen am Rand eines Sees, sie bekommen alle die gleiche Aufgabe. Ihnen werden 40 Silben vorgelesen, und sie sollen nach kurzer Zeit wiederholen, woran sie sich erinnern. Welchen Einfluss hat unsere Umgebung auf das Lernen? Das Taucherexperiment So lernt der erste Taucher an Land und wird unter Wasser gefragt, an wie viele Silben er sich erinnert. Der zweite Taucher bekommt die Informationen unter Wasser und wird auch unter Wasser befragt. Der zweite erzielt ein deutlich besseres Ergebnis. Der dritte Taucher lernt unter Wasser und wird an Land befragt, der vierte hingegen lernt an Land und wird an Land befragt. Auch in diesem Fall ist der Taucher, bei dem Lernumgebung und der Ort der Wiedergabe identisch sind, deutlich besser. Der Unterschied: Die Orte, an denen gelernt wird, und die Orte, an denen das Gelernte abgerufen wird, variieren. Nicht nur das Gelernte selbst, auch die Umgebung wird mitgelernt und Teil der Erinnerung. Diese zusätzlichen Informationen helfen, das Gelernte abzurufen. 38 39

Lektionen 4 6

Lektion x Lektion 4 Wie funktioniert mein Gedächtnis? Die ausgefeilte Verarbeitung unserer Erinnerungen Wenn wir über Gedächtnis reden, gilt es als Erstes, ein Missverständnis auszuräumen: Das Gedächtnis gibt es nämlich gar nicht. Genauer gesagt: Wir besitzen kein einheitliches Gedächtnis, sondern verschiedene Gedächtnisspeicher, die sehr unterschiedliche Eigenschaften haben. Beginnen wir mit dem sogenannten Kurzzeitgedächtnis: Dieses ist dann aktiv, wenn Ihnen zum Beispiel jemand eine Telefonnummer nennt und Sie diese in Ihre Adressdatei übertragen wollen. In der Zeit zwischen Vernehmen und dem Notieren der Information befindet sich die Nummer in Ihrem Kurzzeitgedächtnis. Wie der Name schon sagt, hält dieser Gedächtnisspeicher etwas nur sehr kurze Zeit fest und ist äußerst anfällig für Störimpulse. Verwickelt Sie zum Beispiel jemand in ein Gespräch, bevor Sie die Telefonnummer aufgeschrieben haben, kann es sein, dass Sie die Nummer sofort vergessen. Und spätestens, wenn Sie einschlafen, wird Ihr Kurzzeitgedächtnisspeicher vollständig geleert. Das Kurzzeitgedächtnis ist somit für das reine»am Leben halten«einer Information (zum Beispiel einer Telefonnummer) zuständig. Sobald wir über diese Information nachdenken (zum Beispiel die Nummer mit einer anderen vergleichen), laufen weitere Prozesse in unserem Gehirn ab. In diesem Fall ist das sogenannte Arbeitsgedächtnis aktiv. Dieses gleicht ein wenig den berühmten russischen Matrjoschka-Puppen: Im Kern sitzt das Kurzzeitgedächtnis, mit dem wir uns nur etwas merken. Darum herum organisiert sich das Arbeitsgedächtnis, mit dem wir die Informationen des Kurzzeitgedächtnisses kognitiv verwenden. 42 43

Lektion 4 Das Kurzzeitgedächtnis speichert jene Information, die gerade im Moment wichtig ist ARBEITS- GEDÄCHTNIS KURZZEIT- GEDÄCHTNIS Das Arbeitsgedächtnis wird aktiv, wenn wir mit dieser Information arbeiten Wenn dabei eine Information aus dem Kurzzeitgedächtnis vergessen wird, ist natürlich auch das Arbeitsgedächtnis für diese Information gelöscht. Das Arbeitsgedächtnis hängt von den Prozessen in unserem präfrontalen Cortex (PFC) ab. Interessant ist, was im PFC passiert, während wir eine Arbeitsgedächtnisaufgabe durchführen: Studien an Affen zeigen nämlich, dass die Nervenzellen im präfrontalen Cortex genau dann aktiv werden, wenn die Information, die man sich merken soll, nicht mehr wahrgenommen wird (also etwa dann, wenn die Stimme, die die Telefonnummer nannte, verklingt und Sie nun die gehörte Nummer in Ihrem Kurzzeitgedächtnis am Leben halten müssen). Das heißt: Die Neuronen im PFC sind während der Darbietung des zu merkenden Reizes kaum aktiv, doch sobald der Reiz verschwindet, produzieren die Nervenzellen anhaltende Salven von Aktionspotenzialen. Die präfrontalen Neuronen sind somit das zelluläre Korrelat des Arbeitsgedächtnisses. Entsprechend führen Verletzungen des präfrontalen Cortex bei den Betroffenen oft zu schweren Störungen im Arbeitsgedächtnis. bereits hochgradig aktiv sind; und es unterdrückt anderseits die eher inaktiven Zellen. Dadurch wird der Unterschied zwischen aktiven und inaktiven Neuronen noch verstärkt, es entsteht ein hoher Signal-Rausch-Abstand. Auf diese Weise wird das zu merkende Signal gestärkt und gegenüber eher unwichtigen Hintergrundgeräuschen stabilisiert. Das hilft, die Telefonnummer selbst dann noch zu memorieren, wenn etwa Hundegebell oder andere Gespräche an Ihr Ohr dringen. Da die Zahl der Dopaminneurone im Alter allerdings abnimmt, sind ältere Menschen anfälliger für solche Interferenzen; sie können Störungen nicht mehr so gut ausblenden und haben Mühe, sich auf eine Aufgabe zu konzentrieren, während im Hintergrund etwa das Radio läuft oder sich viele Menschen unterhalten. Aktivieren wir jetzt eine ganz andere Gedächtnisart Ihres Gehirns: Erinnern Sie sich an Ihren letzten Geburtstag? Gab es eine Feier und wenn ja, wer war eingeladen? Fragen wie diese führen zu einer Zeitreise in unsere Vergangenheit. Diese Zeitreise ist die Funktion unseres episodischen Gedächtnisses. In ihm sind Ereignisse unseres Lebens abgespeichert, die sich in genau dieser Art und Weise nur ein einziges Mal abgespielt haben. Das episodische Gedächtnis ist Teil Ihres Langzeitgedächtnisses und hält eventuell Ihr ganzes Leben lang. Aber wie entsteht der Unterschied von Kurz- und Langzeitgedächtnis? Während das Kurzzeitgedächtnis durch Veränderungen der Aktivitäten von Gruppen von Neuronen realisiert wird, muss unser Gehirn für die Erzeugung eines Langzeitgedächtnisses größere Umbauten vornehmen: Dafür werden die Synapsen von Zellverbindungen morphologisch verändert. Deshalb ist das Kurzzeitgedächtnis sofort verfügbar, aber kurzlebig, während unser Langzeitgedächtnis länger zum Aufbau braucht, aber dafür auch lange hält. Lektion 4 Signalverstärkung: Durch den Botenstoff Dopamin werden aktive Neurone zusätzlich aktiviert, die anderen gedämpft Um das Arbeitsgedächtnis zu stabilisieren, bedient sich das Gehirn des Botenstoffs Dopamin (siehe auch Lektion 3). Dieser Stoff wird während einer Merkaufgabe im PFC ausgeschüttet. Dabei aktiviert Dopamin einerseits jene Neuronen, die 44 45

Lektion 4 Gedächtnissystem Lektion 4 Langzeitspeicher Kurzzeitspeicher Literaturhinweise Axel Buchner, Matthias Brandt,»Gedächtniskonzeptionen und Wissensrepräsentationen«; in: Allgemeine Psychologie, Jochen Müsseler (Hrsg.), pp. 429 465, Spektrum 2007 Henry Gustav Molaison Nicht-deklaratives Gedächtnis Prozedurales Lernen (Basalganglien) Klassische Konditionierung (Kleinhirn) Deklaratives Gedächtnis Semantisches Gedächtnis (Cortex) Arbeitsgedächtnis (Präfrontaler Cortex) Episodisches Gedächtnis (Cortex Hippocampus) Douwe Draaisma,»Warum das Leben schneller vergeht, wenn man älter wird: Von den Rätseln unserer Erinnerung«; Piper 2012 Mark A. Gluck, Eduardo Mercado, Catherine E. Myers,»Lernen und Gedächtnis: Vom Gehirn zum Verhalten«; Spektrum 2010 Thomas Gruber,»Gedächtnis«VS Verlag 2012 Hans. J. Markowitsch,»Das Gedächtnis: Entwicklung, Funktionen, Störungen«; Beck 2009 Wie so oft in der Hirnforschung war es vor allem die tragische Lebensgeschichte eines Mannes, die entscheidend zur Aufklärung einer Hirnfunktion beitrug. Im Falle des episodischen Gedächtnisses war es Henry Gustav Molaison, der in der Wissenschaft bis zu seinem Tod nur unter dem anonymisierenden Kürzel H. M. bekannt war. H. M. hatte als Jugendlicher einen schweren Fahrradunfall und entwickelte daraufhin schwerste Epilepsien, die nicht durch Medikamente kontrolliert werden konnten. Da der Hauptherd der epileptischen Anfälle im Hippocampus lag, entschieden sich die Ärzte in den 1950er Jahren, die Hippocampi beider Hirnhälften zu entfernen. Tatsächlich ließen die epileptischen Anfälle nach, aber H. M. konnte kein neues episodisches Gedächtnis mehr bilden und kein neues Faktenwissen (semantisches Gedächtnis) mehr aufnehmen. Für ihn regierte auch Jahrzehnte nach der Operation noch immer Stalin in der Sowjetunion, und der Zweite Weltkrieg war für ihn gerade erst vorbei. Die Erinnerung an seine persönlichen Erlebnisse endete mit dem Tag der Operation. Neue Informationen nahm er zwar erstaunt zur Kenntnis und konnte damit im Gespräch auch klug umgehen. Doch sobald er anfing, über andere Dinge nachzudenken, war die soeben aufgenommene Information umgehend wieder gelöscht. H. M. war gewissermaßen gefangen im Hier und Jetzt, und sein ganzes bewusstes Leben spielte sich ausschließlich im Arbeitsgedächtnis ab. Tierexperimentelle Studien und genauere Untersuchungen zeigten, warum diese bizarren Defizite auftreten: Der Hippocampus spielt dabei eine entscheidende Rolle. Er ist zwar nicht der Speicher für das Langzeitgedächtnis (da H. M. sonst keine Erinnerungen an frühere Zeiten mehr besessen hätte). Aber der Hippocampus stellt eine Art Adressenverwaltung dar, in deren System die Ortsinformationen der im Cortex abgelegten Erinnerungsfragmente sind und zwar sowohl jene für das episodische wie für das semantische Gedächtnis. Und nun eine letzte Frage: Können Sie mir beschreiben, wie Sie es beim langsamen Fahrradfahren schaffen, nicht umzufallen? Wahrscheinlich machen Sie jetzt Bewegungen nach, die Sie in einer solchen Situation üblicherweise ausführen, um zu beschreiben, was Sie dann tun. Das Gedächtnis für motorische Wohlgeordnet: Eine Übersicht über die verschiedenen Arten unseres Gedächtnisses 46 47

Routinen nennen wir prozedurales Gedächtnis. Während wir die Inhalte des episodischen und des semantischen Gedächtnisses problemlos verbalisieren können, fällt uns das beim prozeduralen Gedächtnis schwer. Deshalb ist die nächste wichtige Unterscheidung innerhalb unseres Gedächtnissystems diejenige zwischen deklarativem (verbalisierbarem) und nicht-deklarativem (nicht oder nur schwer verbalisierbarem) Gedächtnis. Deklaratives und nicht-deklaratives Gedächtnis werden im Gehirn sehr unterschiedlich verarbeitet. Für Letzteres sind vor allem die sogenannten Basalganglien wichtig. Der Cortex hingegen, der für das deklarative Gedächtnis eine wichtige Rolle spielt, ist für das prozedurale Gedächtnis weniger wichtig. Lektion 5 Wie Erinnerungen entstehen Warum wir Wichtiges vergessen und mitunter Falsches behalten Fakten Wir haben nicht ein Gedächtnis, sondern viele verschiedene Gedächtnisarten. Diese haben unterschiedliche Gehirnspeicher und Funktionsweisen. Das Arbeitsgedächtnis hält Informationen kurzfristig im Gehirn aktiv und verarbeitet sie. Der präfrontale Cortex ist für das Arbeitsgedächtnis von zentraler Bedeutung. Neben dem Kurzzeit- gibt es das Langzeitgedächtnis. Dafür ist der Hippocampus von zentraler Bedeutung. Er funktioniert wie eine Adressenverwaltung des Cortex. Wenn wir neues Faktenwissen (semantisches Gedächtnis) oder biografisches Wissen (episodisches Gedächtnis) erwerben, befindet sich die eigentliche Information im Cortex. Über den Hippocampus können aber die teilweise im Cortex verstreut liegenden Erinnerungsfragmente gemeinsam aktiviert werden. Eine weitere wichtige Gedächtnisart ist das prozedurale Gedächtnis. Dieses speichert Handlungsroutinen, die nur schwer verbalisierbar sind, auf die wir aber automatisch zurückgreifen (wie beim Fahrradfahren oder Schuhebinden). Viele von uns klagen darüber, dass sie Dinge vergessen, die sie gern im Gedächtnis behalten würden. Aber die wenigsten wissen, dass sie auch Erinnerungen an Episoden ihres Lebens besitzen, die nie stattgefunden haben. Wie kommt es, dass wir einerseits manches vergessen und uns andererseits an nie Geschehenes erinnern? Schauen wir uns zunächst ein typisches Experiment an, in dem einer Versuchsperson ein falsches Gedächtnis eingeimpft wird. Die Psychologin Elisabeth Loftus bat dazu die Eltern eines 14-jährigen Jungen namens Chris, drei erlebte Geschichten aus der Kindheit von Chris aufzuschreiben. Dann erfand Frau Loftus eine vierte Geschichte, die nie stattgefunden hatte. Diese falsche Geschichte handelte davon, dass Chris angeblich als Fünfjähriger in einem Einkaufszentrum verloren gegangen war, laut geweint hatte und von einem älteren Mann gefunden und zu seiner Familie zurückgeführt worden war. Alle vier Geschichten wurden aufgeschrieben und Chris mit der Instruktion überreicht, über einen Zeitraum von fünf Tagen zu jeder Episode täglich alle Details aufzuschreiben, die ihm dazu einfielen. Erstaunlicherweise»erinnerte«sich Chris im Verlauf der fünf Tage an immer mehr Details des erfundenen Dramas im Einkaufszentrum. Und schließlich gehörte diese Geschichte sogar zu den lebhaften und plastischen Erinnerungen des Jungen. Als man ihm am Ende des Experiments sagte, dass eine der vier Episoden nie stattgefunden habe und er raten solle, welche das sei, entschied sich Chris für eine der drei wahren Episoden. Und als man ihn aufklärte, dass die Kaufhausgeschichte nie passiert war, konnte Chris es nicht glauben, denn er sah vor seinem inneren Auge alle Details des Mannes, der ihn gerettet hatte. 48 49

Lektion 5 Lektion 5 (Bild 1 und Bild 2). Das heißt: Es kommt nicht auf das individuelle Neuron an, sondern auf die jeweilige Kombination von Nervenzellen. Diese bestimmt den Inhalt eines Assemblys. (Das ist ein wenig wie in der Politik: Auch dort sind die jeweiligen Koalitionen meist bedeutender als der einzelne Abgeordnete.) Es ist auch wichtig, festzuhalten, dass die Neuronen, die ein Assembly bilden, nicht zwangsläufig räumlich benachbart sein müssen. Im Gegenteil, es ist sogar recht wahrscheinlich, dass sie über weit entfernte Bereiche der Hirnrinde verteilt sind. Assemblys sind Gruppen von gemeinsam aktiven Neuronen. Für jeden Begriff (etwa»auto«oder»wohnung«) bilden sich typische Anordnungen. Dabei können einzelne Neuronen auch Mitglied mehrerer Assemblys sein Bild 1: Auto Bild 2: Wohnung Bild 3: Wohnung alt Bild 4: Wohnung neu Dieses Experiment und viele ähnliche belegen, dass man tatsächlich Menschen»Erinnerungen«einimpfen kann, die nie stattgefunden haben. Das zeigt nicht nur, wie vorsichtig man bei der Beurteilung von Zeugenaussagen sein sollte, sondern impliziert auch, dass eventuell einige unserer eigenen Erinnerungen fiktive Konstruktionen sind. Wir mögen felsenfest davon überzeugt sein, dass es sich so und nicht anders verhielt und können dennoch völlig falsch liegen. Wie kann das sein? Um das zu verstehen, müssen wir uns zunächst einmal anschauen, wie Wissen im Cortex repräsentiert ist. Die zelluläre Grundlage aller Erinnerungen sind, wie schon im vorigen Kapitel erläutert, die Synapsen. Wenn neue Informationen gelernt werden, kann sich die Form der beteiligten Synapsen innerhalb weniger Minuten verändern. In Bezug auf unsere Erinnerungen kommt es natürlich nicht so sehr auf eine einzelne Synapse an. Bedeutsam dafür ist vielmehr die gemeinsame Aktivität einer Vielzahl synaptisch gekoppelter Nervenzellen. Diese gemeinsam aktiven Nervenzellen nennt man in der Fachsprache ein»assembly«(engl. für Versammlung, Anordnung). Assemblys sind somit temporäre Koalitionen von aktiven Nervenzellen. Und diese Koalitionen entstehen, zerfallen und bilden sich neu in veränderter Zusammensetzung ebenso wie die Gedanken in unserem Kopf. So kann zum Beispiel ein Neuron A zu einem bestimmten Zeitpunkt Teil des Assemblys»Auto«sein und wenige Minuten später im Assembly für»wohnung«aktiv sein. Wenn sich nun die Erinnerung an ein Objekt verändert, dann verändert sich auch das zugehörige Assembly. Wenn Sie etwa Ihre Wohnung verändern, indem Sie neue Möbel kaufen und das Wohnzimmer in einer anderen Farbe streichen, dann wird dadurch auch Ihre innere Repräsentation der Wohnung modifiziert die Zusammensetzung des Assemblys ändert sich (Bild 3). Das Prinzip der Assemblys hilft uns auch zu verstehen, weshalb es oft genügt, nur ein Stück eines Raumes oder einen Teil des Gesichts einer Person zu sehen, um uns sofort an den ganzen Raum oder das vollständige Gesicht erinnern zu können. Denn erinnern wir uns: Lernen ist mit einer Stärkung der beteiligten Synapsen verbunden. Assemblys, die öfter aktiviert werden, haben untereinander sehr effektive synaptische Koppelungen. Deshalb genügt es bei einem fest etablierten Assembly, wenn nur ein Teil der zugehörigen Neuronen aktiviert wird aufgrund der effektiven Kopplungen»zündet«prompt das gesamte Assembly. Dadurch vervollständigt sich das erinnerte Objekt in Ihrem Gedächtnis, obwohl Sie nur einen Teil von ihm wahrgenommen haben. Dieses Verständnis hilft uns nun,»falsche Erinnerungen«wie die eingangs beschriebene zu verstehen. Nehmen wir an, dass Sie zusammen mit einem Freund zu einer Geburtstagsfeier eingeladen sind. Es ist eine nette Party, und Sie unterhalten sich den ganzen Abend mit vielen Gästen. Bei der Verarbeitung dieser Ereignisse sind viele Neuronen beteiligt und bilden untereinander synaptische Kontakte. In den darauffolgenden Tagen erinnern Sie sich noch häufig an die Feier. Dabei wird das in Ihrem Cortex abgespeicherte Party-Assembly stets von Neuem aktiviert. Dadurch»erleben«Sie die Geburtstagsparty immer wieder und stabilisieren so das Assembly als Ganzes. Nun nehmen wir an, dass Sie einige Zeit später wieder Ihren Freund treffen und dieser die Erinnerung an die gemeinsam besuchte Geburtstagsfeier wachruft. Während das Assembly der Party-Erinnerung aktiv ist, sagt Ihr Freund plötzlich:»ich hätte nicht gedacht, dass wir dort auch Kathi treffen würden.«sie sind zunächst irritiert, denn Sie können sich nicht daran erinnern, Kathi auf der Feier getroffen zu haben. Im Gegenteil; Sie sind eigentlich der Meinung, dass Kathi zu dieser Zeit im Ausland war. Sie Literaturhinweise Douwe Draaisma,»Das Buch des Vergessens: Warum Träume so schnell verloren gehen und Erinnerungen sich ständig verändern«; Galiani Berlin 2012 Onur Güntürkün, in Geist Genorm Gehirn Gesellschaft:»Wie wurde ich zu der Person, die ich bin?«onur Güntürkün, Jörg Hacker (Hrsg.), pp. 11 35. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart 2014 Sina Kühnel, Hans J. Markowitsch,»Falsche Erinnerungen: Die Sünden des Gedächtnisses«; Spektrum 2009 Elizabeth F. Loftus,»Die therapierte Erinnerung«; Ingrid Klein Verlag 1997 50 51

Kathi und die Party gemeinsam repräsentiert waren. Damit stieg die Wahrscheinlichkeit, dass Sie irgendwann anfangen würden, sich an die Anwesenheit von Kathi auf der Party zu»erinnern«. Und zugleich kümmerte sich Ihr Gehirn darum, die Inkonsistenz aus dem Weg zu räumen, dass Kathi nicht zeitgleich auf der Party und im Ausland gewesen sein konnte. So wuchs allmählich die Überzeugung, dass Kathi früher als erwartet nach Deutschland zurückgekehrt sein musste auch wenn Ihr Freund tatsächlich unrecht hatte und Kathi gar nicht anwesend war. Lektion 5 Eine falsche Erinnerung etwa an Kathi, die auf der Party gar nicht anwesend war entsteht durch das gemeinsame Aktivieren der Assemblys für»party«und»kathi«kommen zu der Schlussfolgerung, dass Ihr Freund sich irren muss. Doch allein durch die Bemerkung Ihres Freundes wird jenes Assembly, das Erinnerungen an Kathi repräsentiert, aktiviert. Am nächsten Tag sind Sie sich schon gar nicht mehr so sicher, ob Kathi nicht doch eventuell auf der Party war. Vielleicht ist sie ja früher aus dem Ausland zurückgekommen? Je mehr Sie im Laufe der nächsten Tage an die Feier denken, desto sicherer sind Sie sich, dass Kathi doch auf der Feier gewesen sein muss. Sie rufen sich sogar einzelne visuelle Erinnerungsfetzen ins Gedächtnis, die es wahrscheinlich machen, dass Kathi anwesend war. Und allmählich glauben Sie immer fester, dass Kathi früher als angekündigt aus dem Ausland zurückgekommen ist. Am Ende sind Sie überzeugt: Ja, Ihr Freund hatte recht! Kathi war auf der Party, und jetzt erinnern Sie sich auch daran. Wie kommt es, dass Sie ursprünglich gegenteiliger Meinung waren und diese Überzeugung sukzessive kippte? Ein wichtiges Merkmal einer echten Erinnerung ist die Existenz eines bereits abgelegten Assemblys von einem Ereignis. Als Ihr Freund die Anwesenheit von Kathi auf der Party erwähnte, hatten Sie für die Kombination von»party«und»kathi«noch kein Assembly und waren sich daher sicher, dass Kathi nicht dabei war. Jedoch erzeugte die Äußerung Ihres Freundes ein neues Assembly, in dem zeitgleich die Erinnerung an die Party und jene an Kathi repräsentiert wurde. Bei jedem weiteren Grübeln stieß Ihr Gehirn somit auf ein mit jedem Nachdenken immer besser vernetztes Assembly, in dem Fakten Erinnerungen sind in Form von temporären Koalitionen synaptisch miteinander verkoppelter Neuronen in unserem Cortex gespeichert. Eine solche Koalition nennt man ein Assembly. Assemblys können sich durch neue Erfahrungen verändern. Dadurch ändern sich auch die Erinnerungen an Objekte oder Ereignisse. Wenn wir nur Teile einer Szene oder eines Gegenstandes sehen, können wir dennoch die fehlenden Komponenten geistig ergänzen, weil auch das gesehene Fragment ausreicht, das Assembly in Gänze zu aktivieren. Psychologen weisen nach, dass falsche Erinnerungen induziert werden können. Dabei entsteht wahrscheinlich ein neues Assembly, das zunehmend synaptische Kontakte mit anderen, bereits etablierten Assemblys aufbaut, dadurch neue (falsche) Erinnerungsfragmente inkorporiert und sich nach und nach real anfühlt. 52 53