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Nachrichten aus Wissenschaft und Bildung

03. November 2010

Kognitionswissenschaft: Die Geige fiedelt im Gehirn

 Von Katja Irle
Der Violinist David Garrett beim Auftaktkonzert seiner Tournee "Rock Symphonies" in Berlin im November 2010.  Foto: dapd

Ulmer Kognitionswissenschaftler machen sichtbar, wie der Mensch Begriffe verarbeitet. Das Forscherteam zeigte das beispielsweise bei Orchestermusikern Wörtern wie „Violine“ nicht nur das für Sprache zuständige Hirnareal aktivierte.

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Blick in den Kopf

Vor rund 140 Jahren identifizierte der französische Naturwissenschaftler Paul Broca nach Versuchen mit einem sprachgestörten Patienten den limbischen Lappen im Gehirn (limbisches System) als Sprachzentrum (motorisches Broca-Areal). Einige Jahre später beschrieb der deutsche Neurologe Carl Wernicke ebenfalls nach der Untersuchung von Patienten das sensorische Sprachzentrum (Wernicke-Areal). Beide Forscher konnten „nur“ Verhaltensexperimente für ihre Thesen anführen, nach dem Tod der Patienten deren Gehirn auf Verletzungen untersuchen und so Erkenntnisse zur Sprachverarbeitung im Gehirn ziehen.
Heute können Forscher Dank modernster Technik dem Gehirn bei der Arbeit zuschauen und sichtbar machen, welche Areale im Gehirn wann aktiv sind. Dabei werden sogenannte funktionelle Bildgebungsverfahren wie PET (Positronen-Emissions-Tomographie), Magnetresonanztomographie (MRT) oder Hirnstrommessungen (PET) eingesetzt. Damit gelingt es, die neuronalen Grundlagen der Sprache zu erforschen. Forscher können feststellen, wo und wie schnell Sprache verarbeitet wird. Dabei stellen die Wissenschaftler immer
wieder fest, dass die Verarbeitung von Sprache viel komplexer ist als gedacht – und längst nicht umfassend erforscht. ki

Philosophie und Hirnforschung kommen meist schlecht miteinander aus. Vor allem dann, wenn die eine Disziplin den freien Willen, das Individuum und dessen Selbstbestimmung preist, während die andere Geist und Seele auf neuronale Prozesse reduzieren will. Der Ulmer Kognitionswissenschaftler Markus Kiefer hingegen zitiert Konfuzius, wenn er über seine Studien spricht: „Wenn die Begriffe nicht richtig sind, so stimmen die Worte nicht. Stimmen die Worte nicht, so kommen die Werke nicht zustande.“

Die mehr als zweieinhalbtausend Jahre alte Weisheit des chinesischen Philosophen haben mit Kiefers Arbeit mehr zu tun als man auf den ersten Blick glauben mag. Der Psychologe ist Mitarbeiter des Hirnforschers Manfred Spitzer und mit seinem Team seit einigen Jahren auf der Spur der Begriffe. Mit Hilfe von Verhaltensexperimenten, Kernspintomographie und Hirnstrommessung (EEG) erforschen die Wissenschaftler, wie das Gehirn Wörter wie Hammer, Klavier oder Telefon verarbeitet.

Die Erkenntnis ihrer bisherigen Forschung ist einerseits banal, andererseits müsste sie unser Verständnis von Lernen, Gedächtnis und Sprache revolutionieren: Ohne Sinnerfahrung keine Erkenntnis. Oder philosophischer formuliert: Es kann nur das im Verstand sein, was vorher in den Sinnen war.

„Was wir sehen, hören, fühlen, riechen oder schmecken hinterlässt dauerhafte Gedächtnisspuren im Gehirn. Das wiederum macht die Bedeutung eines Begriffs aus“, erklärt Kiefer. Er ist überzeugt davon, dass ein abstraktes Denken nicht losgelöst von den „primitiven“ Sinnen existiert. Im Gegenteil: Wer als abstrakter Denker gelte, sei in Wirklichkeit kein guter Theoretiker, sondern ein guter Praktiker, weil er Bilder und Analogien bilden könne. In verschiedenen Trainingsstudien haben Kiefer und sein Team nachgewiesen, dass etwa die Bewegung nicht vom Begriff selbst zu trennen ist. Bei einer Magnetresonanztomographie (MRT) beobachten sie beispielsweise, wie das Gehirn eines Probanden auf den Begriff „Hammer“ reagiert. Die bildgebenden Verfahren zeigen, dass nicht nur das für Sprache zuständige Hirnareal aktiv ist, sondern ebenso die motorischen Systeme. Das Hämmern wird also „,mitgemacht“ beziehungsweise ist Bestandteil des begrifflichen Wissens, das vom Gehirn im sogenannten semantischen Langzeitgedächtnis abgespeichert wird.

Bei einem anderen Experiment zeigte Kiefer mit seinem Team, dass Begriffe im Gehirn „klingen“ – etwa beim Lesen des Wortes Telefon. Bei den Probanden konnten die Forscher beobachten, dass Geräusch-Begriffe wie Telefon Bereiche im Gehirn aktivieren, die auch beim tatsächlichen Hören eines Klingeltons aktiv sind. Das Gehirn erzeugt also die Bedeutung von Begriffen durch die Wiederherstellung der dazugehörenden Sinneswahrnehmung. „Fehlt diese Verknüpfung, dann bleiben die Begriffe blutleer, sie können abgerufen werden, aber werden nicht verstanden.“ US-Forscher von der Carnegie Mellon University haben Anfang des Jahres ebenfalls die Verarbeitung von Begriffen untersucht. Bei der Suche nach dem „Wörterbuch des Gehirns“ entdeckten sie, dass das Gehirn Begriffe in bestimmten Sinnzusammenhängen sortiert. Auch hier rief das Wort „Hammer“ den motorischen Cortex auf den Plan, um dort die Bewegung codieren zu lassen. „Für das Gehirn ist der Teil der Bedeutung von Hammer entscheidend, der besagt, wie man den Hammer hält“, so der Forscher Vladimir Cherkassky (Plos one; DOI: 10.1371/journal-pone.0008622).

Wie wichtig die Verknüpfung zwischen Worthülse und seinem mit den Sinnen erfassbaren Inhalt ist, zeigt eine weitere, noch unveröffentlichte Studie der Universität Ulm. Der Psychologe und Psychotherapeut Klaus Hoenig lud Profimusiker ins Labor, weil sie wie kaum eine andere Gruppe geeignet sind, um die Plastizität des Gehirns zu erforschen, also zu entdecken, wie es sich – beispielsweise durch häufiges Üben mit einem Instrument – umorganisieren kann.

Das Ulmer Forscherteam zeigte sowohl Orchestermusikern als auch musikalischen Laien Bilder beziehungsweise Begriffe von Instrumenten und beobachtete dabei mit der MRT die Gehirnaktivität. Das Ergebnis: Bei den Profimusikern aktivierte das Lesen von Wörtern wie „Violine“ nicht nur das für Sprache zuständige Hirnareal, sondern auch das erweitere Hörzentrum – obwohl es de facto keinerlei Geräusche gab.

Bei den musikalischen Laien war das jedoch nicht der Fall. Das Hörareal war nicht aktiv. Vereinfacht gesagt tickt also das Hirn der Musiker anders beziehungsweise komplexer als das der Laien. Für Profis „klingt“ der Begriff im Gehirn, weil er eng verwoben ist mit der individuellen Klangerfahrung und dem jahrelangen Musizieren.

„Unser Begriffssystem wurzelt in den Sinneserfahrungen“, sagt Studienleiter Klaus Hoenig. Und widersprich damit ebenso wie sein Kollege Markus Kiefer der Annahme mancher Forscher, dass Sprache und Begriffe, wenn sie einmal im Gehirn abgespeichert sind, eine Art abstrakten Zustand erreichen, der auf Sinnererfahrung verzichten kann.

Andere Studien mit Profimusikern haben gezeigt, dass permanentes Üben mit Tuba oder Trompete nicht nur den musikalischen Meister hervorbringt. Vom Training profitieren auch andere Hirnregionen. So stellte der Neuropsychologe Lutz Jäncke von der Universität Zürich bei einem Experiment mit 60 Konzertmusikern fest, dass die Profis sowohl ein besseres Kurzzeitgedächtnis hatten als auch bei räumlichen Tests besser abschnitten als die Kontrollgruppe.

Was aufwendige bildgebende Verfahren wie MRT heute zeigen, wissen Verhaltensforscher schon seit langem. Das trainierte Gehirn ist komplex, flexibel und wandelbar. Dabei spielen die Sinne und das Be-greifen für die niemals abgeschlossene Entwicklung des Gehirns und das Lernen eine zentrale Rolle – nicht nur für Kinder, auch für Erwachsene.

Wie wichtig „die Dinge“ für das Lernen sind, hat die Bildungsexpertin Donata von Elschenbroich gerade eindrücklich beschrieben . „Wissen ist mehr als der Kurzschluss zwischen Information und Sprache. Wissen ist ganzkörperliches Wissen, und das heißt auch, sich sachkundig bewegen zu können in der Welt der Dinge“, schreibt sie in ihrem neusten Buch (Die Dinge – Expedition zu den Gegenständen des täglichen Lebens).

Mit Blick auf die digitale Generation gewinnt diese Erkenntnis für sie und andere Forscher eine ganz neue Dimension. Denn wenn Berührungen und Bewegungen in der Lage sind, das kognitive Vorstellungsvermögen positiv zu beeinflussen, dann könnte umgekehrt der von PC-Spielen oder Facebook-Kommunikation dominierte virtualisierte Alltag zur Verarmung der Sinne – und somit langfristig des Denkens führen.

„Es reicht eben nicht, über die Dinge zu reden, um sie im Gehirn zu verankern. Das ist ein großer Irrtum“, sagt Markus Kiefer, der seine Forschungsergebnisse auch für die Berufs- und Erwachsenenbildung nutzbar machen möchte. Wie wenig sich die Pädagogik zuweilen in der Praxis an den Erkenntnissen von Hirn- und Verhaltensforschung orientiert, obwohl der Zusammenhang zwischen nachhaltigem Lernen und Sinneserfahrung seit langem bekannt ist, hat der Wissenschaftler selbst in einem Industriebetrieb erlebt. Dort versuchte ein Ausbilder zwei Stunden lang mit einem Overhead-Projektor zu erklären, wie ein Bohrer funktioniert – ohne den Lehrlingen auch nur ein einziges Werkzeug zu zeigen. Der Lernerfolg war gleich Null.

Seitdem hält Kiefer Vorträge für Lehrer und wiederholt gebetsmühlenartig sein Plädoyer für einen erfahrungsbezogenen Unterricht – eigentlich ein uralter Hut. Dennoch stößt er bei seiner Kritik an der abstrakten Denkweise in Schule und Wissenschaft auf Widerstand – auch in den eigenen Reihen. Anders als in den USA erlebt er vor allem bei deutschen Forschern häufig die „Angst vor dem Verständlichen und Trivialen“ bis hin zur Flucht in eine „akademische Kunstsprache“.

Konfuzius hätte darüber den Kopf geschüttelt, denn der alte Meister unterschied zwischen totem Wissen und wahrer Bildung: „Nehmen wir an, jemand kann alle dreihundert Stücke des Buchs der Lieder auswendig hersagen. Wird ihm aber eine verantwortungsvolle Aufgabe übertragen, dann versagt er. Ein solcher Mensch hat zwar viel gelernt, aber welchen Nutzen hat es?“

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