Lernen: Entstehen neue Neuronen oder nur Verbindungen?

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3 Antworten

Nabend superhans,

du stellst eine sehr spannende Frage und ich hab jetzt schon ein schlechtes Gewissen, dass ich sie nicht so ausführlich beantworten kann, wie ich gern würde. Könnte aber trotzdem ein langer Text werden. Ich hoffe, das ist in Ordnung =)

Grundsätzlich kannst du dir merken, dass lernen über Neubildung, Abbau, Verstärkung und Abschwächung von Synapsen funktioniert. Zwar entstehen auch neue Nervenzellen, überwiegend im Hippocampus, aber man ist sich noch nicht einig darüber, welchen Wert dies bei der Bildung von Lerninhalten spielt. Beim Lernprozess werden allerdings nicht nur einfach neue Verbindungen geschaffen, sondern zum einen die bestehenden Synapsen in ihrer Effektivität verstärkt aber auch - und das wird oft vergessen zu erwähnen - schon vorhandene Verbindungen aufgelöst oder abgeschwächt. Dies ist ebenfalls ein wichtiger Prozess beim Lernen, auch wenn es beim ersten Hören seltsam klingt.

Du kannst es dir in etwa wie ein riesiges Feld vorstellen. Kommt eine Information ins Gehirn, wandert das Signal über mehrere Neurone. Wird ein Weg häufiger und / oder sehr intensiv genutzt, verstärkt sich die Effektivität der einzelnen Synapsen. Unter anderem spielen hier die NMDA und AMPA Rezeptoren eine wichtige Rolle. In unserem Beispiel mit dem Feld entsteht dabei so etwas wie ein kleiner, erstmal nur wenig sichtbarer Trampelpfad.

Nun bekommen wir andauernd verschiedenste Inputsignale aus der Umwelt (Exterorezeptoren) sowie unserem Körper (Enterorezeptoren) die im Gehirn landen und sich dort ihren Weg suchen. So entstehen eine ganze Menge kleiner Trampelpfade. Hier kommt dann auch die Sache mit dem Abbau / der Abschwächung von Synapsen ins Spiel.

Beim Lernprozess wird einer dieser Trampelpfade stärker ausgebaut. Kommt dann ein Signal im Gehirn an, sucht es sich den effektivsten Weg durch das Feld und verstärkt ihn weiter. Betrachtet man dabei aber das ganze Feld, fält schnell auf, dass durch den riesigen Input eine ungeheure Menge an Trampfelpfaden entstanden sind. Um es dem Signal zu vereinfachen, den richtigen Weg zu finden, müssen ineffektive, kleine Trampelpfade wieder zuwuchern. Das ist dann der Abbau / die Abschwächung der Synapsen.

Hier zeigt sich dann auch, warum die Wiederholung von Inhalten beim Lernprozess hilfreich ist. Trotzdem ist Wiederholung natürlich nicht der einzige beeinflussende Faktor. Die Bewertung des Inputs spielt eine ebenso große Rolle, was besonders bei dem Beispiel "auf heiße Herdplatte fassen" klar wird. Hier spielen gewisse Hirnareale eine Rolle, die die Inputsignale mit einer Bewertung versehen. Bekommt ein Signal einen hohen Wert, wird es verstärkt, wodurch es sich effektiver einen Weg "durch's Gebüsch" schlagen kann. Im Klartext heißt das soviel wie: Summe der durchlaufenden Aktionspotentiale wird durch Zuschaltung von exzitatorischen Synapsen erhöht, was eine effektivere Verstärkung der Synapsen begünstigt.

Einen Ort, an dem die Erinnerung an deinen Geburtstag vor zwei Jahren sitzt, gibt es nicht. Die Erinnerung besteht aus den Verbindungen zwischen verschiedenen Hirnarealen. Ein genaues Beispiel, welche Hirnareale da bei der Erinnerung an ein tolles Geschenk mit reinspielen kann ich dir leider nicht nennen, da dies von Erinnerung zu Erinnerung variiert. In fast allen Erinnerungsprozessen spielt jedoch der Hippocampus eine entscheidene Rolle. Von hier aus gibt es bei positiv besetzten Erinnerungen dann "Trampelpfade" zum Nucleus accumbens, welcher Dopamin ausschüttet, es zum präfrontalen Cortex schickt und du dich "gut" fühlst. Gleichzeitig wandert ein Signal zu bestimmten Arealen des Occipitallappen, die dir Bilder des Geschenkes vor dein innereres Auge projezieren. Dann gibt es einen weiteren Trampelpfad zum Hypothalamus, der dann die Hypophyse dazu veranlasst ein paar passende Hormone auszuschütten oder die Konzentration anderer Hormone herunterzufahren. Die Hormone strömen dann durch's Blut und lösen, bei den Organen angekommen, eine Veränderung aus. Beispielsweise könnte sich dein Herzschlag leicht erhöhen, weil du dich immernoch über dieses wunderbare Geschenk freust.

Das waren jetzt nur drei Trampelpfadbeispiele. In der Realität hast du davon so unglaublich viele, dass es fast unmöglich wird, den Signalverlauf einer einzigen Erinnerung vollständig im Detail zu beschreiben. Vielleicht sind wir ja in ein paar Jahrzehnten dazu in der Lage aber bis dahin muss noch einiges an Forschungsarbeit investiert werden.

Ich hoffe, das konnte weiterhelfen.

Schönen Abend noch und lieben Gruß

jobul 01.06.2013, 01:31

Mensch Eisn. Du steckst ja gut in der Materie. Kompliment.

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eisn89 01.06.2013, 01:58
@jobul

Neurowissenschaften waren schon immer mein Lieblingsgebiet der Biologie =)

Keine Erkenntnis ist so praxisbezogen wie das Verständnis von sich selbst.

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FelixLingelbach 01.06.2013, 02:09

Ja, gute Antwort.

Einen Ort, an dem die Erinnerung an deinen Geburtstag vor zwei Jahren sitzt, gibt es nicht.

Ist man sich da sicher? Muss es denn nichts wenigstens einen Speicher für ganz grundlegende Bilder oder so etwas geben? Der Mutter z.B.? Irgendein physisches Äquivalent, einen stofflicher Speicher?

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eisn89 01.06.2013, 02:22
@FelixLingelbach

Najoah,

quasi gibt es schon einen "Ort" an dem Gedächtnisinhalte gespeichert sind. Das wäre dann der Neocortex.

Jedenfalls zeigen CRT, MRT und EEG Aufnahmen, dass beim Abrufen von Gedächtnisinhalten immer kleine Regionen im Neocortex aktiv werden. Diese unterscheiden sich aber von Mensch zu Mensch auch bei Erinnerungen an die gleiche, gemeinsam erlebte Situation. Gleichzeitig ist es sehr schwierig einen genauen Ort für eine Gehirnaktivität festzustellen. Das Gehirn verharrt nicht im Ruhemodus und aktiviert dann mal ein Areal, wenn es benötigt wird. Vielmehr lässt sich feststellen, dass die Aktivität bei bestimmten Prozessen, zum Beispiel dem Abruf von Erinnerungen, in vielen verschiedenen, teilweise weit auseinander liegenden Hirnarealen, zunimmt.

Insofern halte ich es für möglich, dass es zwar für jede Erinnerung einen generierten Ort im Neocortex gibt, der allein für sich aber keine Erinnerung repräsentiert. Erst im Zusammenspiel und der Interaktion mit anderen Hirnarealen sowie weiteren "Orten" im Neocortex (Assoziationen) ergibt sich dann die Erinnerung. Somit halte ich es für falsch, ein kleines Areal im Neocortex als Ort einer Erinnerung zu bezeichnen.

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superhans21 01.06.2013, 12:04

Hey,

Danke für die sehr ausführliche Antwort. Darf ich es dann tatsächlich so verstehen, dass Erinnerungen die Verbindungen zwischen den einzelnen Neuronen sind?

Aber was sind dann die Neuronen? Speichern diese auch irgendetwas?

Und wenn ich etwas erlebe und es mir dann in Erinnerung behalte gibt es dann GENAU EINEN EINZIGEN Möglichen Weg der Verbindungen oder gibt es mehrere Verbindungsmöglichkeiten? Also, wenn man mal Straßen mit Synapsen gleichsetzt, und Städte mit Neuronen. Sagen wir, ich will mir die Erinnerung X merken. Macht es dann einen Unterschied, ob ich über den Weg Rom->Berlin->Paris gehe oder, ob ich den Weg Rom ->München->Paris nehme? Also ist nur wichtig, dass ich von Rom nach Paris komme oder gibt es für eine spezielle Erinnerung auch nur einen speziellen Weg?

Danke :-)

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eisn89 01.06.2013, 13:47
@superhans21

Moin,

ja, jedes einzelne Neuron speichert eine Information, die allein für sich aber noch keine Erinnerung darstellt. Was gespeichert wird ist erstmal nur, wie intensiv und wie oft das Neuron genutzt wird. Das passiert zum einen über Neubildung von Rezeptoren, Enzymen und Neurotransmittern aber auch über physischen Wachstum der Zelle. Beispielsweise kann ein synaptisches Endköpfchen in die Breite wachsen, wenn es häufig genutzt wird. Dadurch entsteht dann mehr Platz und es können Ionenrezeptoren eingebaut werden oder durch die größere Fläche mehr Neurotransmitter auf einmal ausgeschüttet werden. Eine andere Möglichkeit des Wachstums sind die dendritischen Dornen. Das sind kleine Auswüchse, die aus der Nervenzelle wachsen, wenn sie häufig aktiviert wird. Diese dendritischen Dornen fungieren etwa wie kleine, suchende Hände, die erstmal im Nichts herumtasten, bis sie ein anderes Neuron finden und eine synaptische Verbindung mit ihm ausbilden.

Durch diese Veränderungen in und an der Nervenzelle findet quasi auch schon eine Form des "lernens" statt, da ja beispielsweise die Information "Dieses Neuron ist wichtig, wenn der linke Zeigefinger etwas spürt" in Form von dauerhaften Veränderungen gespeichert wird.

Die Frage, ob es nur einen einzigen möglichen Weg gibt würde ich mit nein beantworten. Dazu ein Beispiel:

Du möchtest dich jetzt an das Hut-Geburtstagsgeschenk erinnern. Eine Möglichkeit dafür wäre, dass du zuerst an den Sommer vor zwei Jahren denkst. In diesem Sommer hattest du Geburtstag und eine Party gefeiert. Du erinnerst dich an den Morgen, das Geburtstagsfrühstück, die Gäste und schließlich auch die Geschenke, unter denen dann der Hut zu finden ist. Dies wäre eine mögliche Kette an Erinnerungen, die dich zum Hut führt. Das läuft aber so schnell ab, dass dir erstmal nur das bewusst wird, was du gerade als wichtig betrachtest. Man nimmt also nicht jedes Glied einer Erinnerungskette bewusst wahr.

Eine andere mögliche Erinnerungskette wäre beispielsweise die Erinnerung an den guten Freund, der dir den Hut geschenkt hat. Du rufst dir sein Gesicht in Erinnerung und mehrere Situationen, die ihr gemeinsam erlebt hat. Darunter war auch dein Geburtstag und das Überreichen seines Geschenkes.

Es gibt also immer mehr als nur einen möglich Weg, sich an etwas zu erinnern. Dabei gilt sogar, je mehr Wege es gibt, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass dir die Erinnerung bewusst wird, bzw. desto stärker wird dir diese Erinnerung ins Bewusstsein dringen. Dabei hilft es, wenn diese Pfade mit anderen, schon gut ausgebauten Pfaden verknüpft werden. Das bedeutet quasi: Man kommt schneller nach Paris, wenn man nicht nur Feldwege nutzt, sondern auch eine Zeit lang auf gut ausgebauten Autobahnen fährt. In der Praxis ist das dann schlicht und einfach das Einbetten von Lerninhalten in schon bestehenden Kontext oder auch das Lernen mit Eselsbrücken. =)

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Entdeckung 09.06.2013, 15:43
@eisn89

Und für den Begriff "Trampelpfad" in deiner Antwort, möchte ich noch extra bedanken, jetzt weiß ich endlich, weshalb es in meinem Kopf oft so laut zugeht ... obwohl ich mich ganz "still" und "unauffällig" verhalte ... es ist das Trampeln der "Signale" ... ;-)

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eisn89 09.06.2013, 16:13
@Entdeckung

Zum einen ist es das Trampeln der Signale, zum anderen aber auch das Grundrauschen, welches ein charakteristisches Merkmal aller bioelektrisch aktiver Zellen ist. Bezogen auf das Feldbeispiel wäre das der Wind, der durch das Steppengras zieht und die wuselnden Mikroorganismen im Boden darunter ;-)

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Die Wissenschaftler arbeiten daran. Die Bildung neuer Neuronen (aus Stammzellen) spielt keine große Rolle. Es ist noch nicht lange klar, dass sie überhaupt möglich ist. Lerninhalte sind vor allem in neuronalen Verknüpfungen repräsentiert. Dazu kommen Änderungen in den Aktivitäten von Neuronen. Dabei lernen zumindest Kinder nicht dadurch, dass sie neue Verbindungen zwischen Nervenzellen bilden, sondern indem sie aus der Überfülle an selbigen nur die aufrecht erhalten, die häufiger beansprucht werden. Das Kind lernt also eher durch Löschen als durch Neuverknüpfung. Nur beanspruchte Nervenverbindungen werden aufrecht erhalten. Das erklärt z.B., warum Kinder oft so lustige Assoziationen haben, die Erwachsene zum Lachen bringen. Dennoch probieren Nervenzellen auch immer wieder neue Verbindungen aus, so dass lebenslanges Lernen möglich ist. Vor allem unterbeschäftigte Neuronen tasten ihre Umgebung nach Kontakten ab. Finden sie die nicht, sterben sie ab. Allerdings ist diese Lernmethode nicht so effektiv wie das kindliche Lernen durch Löschen (Was Hänschen nicht lernt...).

eisn89 01.06.2013, 00:50

eine schöne Antwort! =)

Allerdings ist schon seit einigen Jahren bekannt, dass auch im Gehirn Nervenzellen nachwachsen. Vor allem der Hippocampus zeigt hier eine verstärkte Aktivität bezüglich Nachschub von neuen Zellen. Mir ist leider nicht bekannt, ob und wie weit diese Neubildung beim Lernprozess eine Rolle spielt.

LG

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jobul 01.06.2013, 01:23
@eisn89

Vielleicht bewirken diese frischen Neuronen im Hippocampus ja, dass man sich im Laufe des Lebens noch ziemlich ändern kann. Immerhin ist der Hc ja eine Basisstation des Gehirns, wo eine einzelne neue Nervenzelle noch große Auswirkungen hat, während sie im Irgendwo der Hirnrinde untergehen würde. Für das Vokabellernen spielt das aber mit Sicherheit keine Rolle.

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eisn89 01.06.2013, 01:30
@jobul

Interessante Idee =)

Es bleibt weiterhin spannend!

Ich versuche gerade ein paar spannende Paper dazu zu finden aber blöderweise sind die meisten davon, die vielversprechend klingen, noch kostenpflichtig..

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ich glaube, das Gehirn und seine Funktion, vorallem WIE es funktioniert, welche biochemischen Prozesse da konkret ablaufen, keinen Sinn macht, jetzt hier zu erläutern.

Ich habe gelernt, dass das Gehirn wie ein Muskel ist und durch geistige Aktivitäten trainiert wird.

Wer nur Fern schaut, trainiert sein Gehirn nicht, weil das Gehirn permanent auf Autopilot läuft und selbst nicht besonders viel leisten muss.

Um auf deine Frage zurückgekommen, ich glaube nicht, dass unsere anzahl an Neuronen (oder was auch immer da alles unsere Gehirn-Leistung ausmacht) vorgegeben ist, sondern antrainiert wird.

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