12.07.2010 - Hirnforschung

Üben will gelernt sein

Trainingsstrategie beeinflusst den Sitz des Gedächtnisses für Bewegungsabläufe im Gehirn

Training ist für das Gehirn nicht gleich Training, haben US-Wissenschaftler entdeckt: Je nach Strategie, die beim Erlernen eines Bewegungsablaufs verwendet wird, werden die Informationen in unterschiedlichen Bereichen des Gehirns gespeichert. Entscheidend sind dabei vor allem zwei Hirnregionen, von denen bereits bekannt war, dass sie das Gedächtnis für Bewegungsgeschick repräsentieren:Die eine speichert räumliche Ziele, die andere Bewegungsabläufe. Nun haben die amerikanischen Neurologen festgestellt, was darüber entscheidet, wo genau die Information abgelegt wird: Abhängig davon, ob die einzelnen Teile eines komplexen Bewegungsablaufs getrennt voneinander einstudiert werden oder ob der gesamte Ablauf mehrfach wiederholt wird, ändert sich der Speicherort im Gehirn.

Die gezielte Stimulation von Hirnregionen durch Magnetfelder (Bild) bringt es an den Tag: Je nachdem, ob ein Bewegungsablauf in Teilschritten oder im Ganzen trainiert wird, legt das Gehirn die Information in einem anderen Areal ab. Foto: Eric Wassermann/National Institutes of Health, cc-by- sa-Lizenz

Insgesamt 59 Probanden nahmen an dem Experiment der Wissenschaftler um Shailesh Kantak von der University of Southern California in Los Angeles teil, das aus einer Lern- und einer Stimulationsphase bestand. Zu Beginn eines jeden Versuchs erschien auf einem Computerbildschirm für zwei Sekunden eine Kurve. Eine Sekunde später verschwand die Kurve und ein Startsignal folgte – dann musste der Teilnehmer die Kurve so genau wie möglich nachbilden. Unmittelbar danach erhielt er eine Rückmeldung über die Genauigkeit der ausgeführten Bewegung. Für die Lernphase teilten die Wissenschaftler die Probanden in zwei Gruppen ein: Die eine wiederholte die Übung 120 Mal mit derselben Kurve, bevor sie sich die nächste vornahm, während die zweite in zufälliger Folge vier verschiedene Kurven nachbilden sollte.

Für die Auswertung nutzten die Wissenschaftler die sogenannte Transkranielle Magnetstimulation (TMS). Dabei werden mit starken Magnetfeldern durch den Schädelknochen hindurch einzelne Hirnregionen ausschaltet oder stimuliert. Mit Hilfe der Stimulation, die unmittelbar auf die Lernphase folgte und nach 24 Stunden wiederholt wurde, versuchten die Wissenschaftler, die Prozesse im Gehirn zu stören und auf diese Weise den Ort der gespeicherten Information zu identifizieren. Als Grundlage diente die bereits bekannte Tatsache, dass zielorientiertes Verhalten in einem Teil des Frontalhirns, dem sogenannten Präfrontalen Cortex, gespeichert wird, bewegungsabhängiges dagegen im Bewegungszentrum im oberen Bereich des Gehirns, dem primären Motorcortex.

Offenbar beeinflusste die Art des Trainings den genauen Ort der Speicherung, zeigte die Auswertung. Wenn sich die nachzubildende Kurve während des Trainings veränderte, vergaßen die Probanden sozusagen den Bewegungsablauf der ersten Kurve, während sie die anderen drei zeichneten, konnten ihn später aber wieder abrufen. Dieser Prozess verlangte eine stärkere Beteiligung des Präfrontalen Cortex, wo aus verschiedenen Zielen und Bewegungen ein Denkschema entsteht. Beim sich wiederholenden Training hingegen erwirbt der Lernende ein spezifischeres Denkmuster, das durch wiederholtes Üben derselben Bewegung geprägt ist. Speicherort ist dabei der Motorcortex. Die Ergebnisse könnten in Zukunft dazu beitragen, Menschen mit Bewegungsstörungen oder motorischen Problemen gezielter zu behandeln.

Shailesh Kantak (University of Southern California, Los Angeles) et al.: Nature Neuroscience, Online Veröffentlichung, doi:10.1038/nn.2596

ddp/wissenschaft.de – David Köndgen