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Gesellschaft+Psychologie

Matheunterricht fördert die Hirnentwicklung

Gehirn
Mathematik beeinflusst das Gehirn. (Bild: monsitj/ iStock)

In Großbritannien dürfen Schüler mit 16 Jahren das Fach Mathematik abwählen. Doch wer sich gegen den Matheunterricht entscheidet, beeinträchtigt womöglich seine Gehirnentwicklung. Einer Studie zufolge haben Jugendliche ohne Matheunterricht eine verringerte Konzentration des Neurotransmitters GABA in einer Hirnregion, die mit Gedächtnis und logischem Denken in Verbindung steht. Ergänzende Untersuchungen legen nahe, dass diese Veränderungen des Hirnstoffwechsels nicht die Ursache, sondern die Folge des abgesetzten Mathe-Unterrichts sind. Nach Ansicht der Forscher zeigt dies die Wechselwirkung zwischen Bildung und Hirnentwicklung im Jugendalter.

Menschen mit hoher mathematischer Bildung sind Studien zufolge im Durchschnitt gesünder, finanziell besser abgesichert und haben einen höheren sozioökonomischen Status. Frühere Erhebungen aus Großbritannien, wo Schüler mit 16 Jahren Mathematik abwählen können, haben ergeben, dass diejenigen, die sich gegen das Fach entscheiden, später bis zu elf Prozent weniger Einkommen haben als Mitschüler aus ähnlichen sozialen Verhältnissen, die Mathe bis zum Ende ihrer Schullaufbahn belegt haben. Kein anderes Fach hatte einen solchen Einfluss auf das spätere Leben.

Mathe im Gehirn

Ein Team um George Zacharopoulos von der University of Oxford in Großbritannien hat nun untersucht, welchen Einfluss die mathematische Bildung auf die Entwicklung des Gehirns hat. Dabei konzentrierten sie sich auf zwei Hirnregionen, die bereits früher mit mathematischen Fähigkeiten in Verbindung gebracht worden sind: den linken mittleren frontalen Gyrus (MFG), der mit dem Arbeitsgedächtnis, logischem Denken, Lernen und Problemlösung in Verbindung gebracht wird, und den intraparietalen Sulcus (IPS), dessen Funktionen in Bereichen wie der räumlichen Wahrnehmung, dem Schätzen und einfachen Rechenaufgaben liegen.

Im ersten Teil ihrer Studie ließen die Forscher 87 Jugendliche zwischen 16 und 18 Jahren Tests zu ihren mathematischen Fähigkeiten absolvieren. Mit Hilfe der Magnetresonanzspektroskopie maßen sie zudem in den beiden mit Mathematik assoziierten Hirnregionen der Schüler die Konzentration von zwei wichtigen Neurotransmittern, Glutamat und GABA (Gamma-Aminobuttersäure). Glutamat gilt als erregender Neurotransmitter, GABA als hemmender. Das Gleichgewicht dieser beiden Hirnbotenstoffe sichert die Funktion des Gehirns und die neuronale Plastizität. In früheren Studien war ein verringerter GABA-Spiegel mit einer reduzierten kognitiven Leistungsfähigkeit verbunden.

GABA-Spiegel ohne Mathe verringert

„In Übereinstimmung mit früheren Studien haben wir gezeigt, dass diejenigen, die sich gegen Mathe entschieden haben, schlechtere Leistungen bei Tests zu den numerischen Fähigkeiten und zum mathematischen Denken erbrachten, aber höhere Werte bei einem Test hatten, der die Angst vor Mathe bewertet“, berichten die Forscher. Ein auffälliger Unterschied zeigte sich bei den Neurotransmittern: Wer Mathe abgewählt hatte, hatte weniger GABA im mittleren frontalen Gyrus. Im intraparietalen Sulcus dagegen waren die Abweichungen nicht signifikant. Anhand des GABA-Spiegels konnten die Forscher zudem vorhersagen, wie die Schüler 19 Monate später in mathematischen Tests abschneiden würden. Geringere GABA-Konzentrationen waren mit schlechteren Leistungen assoziiert.

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Das weckt die Frage, ob der verringerte GABA-Spiegel die Folge von fehlendem Matheunterricht war, oder ob Schüler, die weniger GABA haben, eher dazu neigen, Mathematik abzuwählen. Dafür untersuchten die Forscher eine weitere Gruppe von Schülern, die zwar bereits entschieden hatten, ob sie Mathe fortsetzen oder abwählen wollen, aber zum Zeitpunkt der Untersuchung noch Matheunterricht hatten. Bei diesen Schülern zeigten sich zwar ebenfalls Unterschiede in den mathematischen Fähigkeiten, wobei diejenigen, die Mathe weiter belegen wollten, besser abschnitten. Doch mit Blick auf die Neurotransmitter unterschieden sich diese Schüler nicht. Der GABA-Mangel entsteht demnach tatsächlich erst, wenn die Schüler aufhören, sich mit Mathe zu beschäftigen. Bei anderen Fächern wie Biologie oder Physik zeigte sich dieser Effekt nicht.

Wechselspiel von Bildung und Hirnentwicklung

„Das Jugendalter ist ein Lebensabschnitt, der mit wichtigen Veränderungen des Gehirns und der kognitiven Fähigkeiten verbunden ist“, sagt Zacharopoulos Kollege Roi Cohen Kadosh. „Leider scheint die Möglichkeit, in diesem Alter mit dem Mathematikunterricht aufzuhören, zu einer Kluft zwischen Jugendlichen zu führen, die ihren Mathematikunterricht abbrechen, und solchen, die ihn fortsetzen. Unsere Studie liefert eine neue Ebene des biologischen Verständnisses der Auswirkungen von Bildung auf das sich entwickelnde Gehirn und die gegenseitige Wirkung zwischen Biologie und Bildung.“

Um mehr Chancengleichheit zu schaffen, sei es wichtig, die schädlichen Effekte des fehlenden Matheunterrichts auszugleichen und langfristige Auswirkungen zu verhindern. „Nicht jeder Heranwachsende hat Freude an Mathe“, sagt Cohen Kadosh. „Also müssen wir mögliche Alternativen untersuchen, wie zum Beispiel Training in Logik und logischem Denken, das denselben Gehirnbereich wie Mathe anspricht.“ Relevant seien die Ergebnisse auch in Zusammenhang mit der aktuellen Covid-19-Pandemie, die dazu führt, dass viele Kinder und Jugendliche keinen oder nur unzureichenden Schulunterricht erhalten. „Während wir den langfristigen Einfluss dieser Unterbrechung noch nicht kennen, liefert unsere Studie ein wichtiges Verständnis dafür, wie sich das Fehlen einer einzigen Komponente in der Bildung, nämlich Mathematik, auf Gehirn und Verhalten auswirken kann“, so Cohen Kadosh.

Quelle: George Zacharopoulos (University of Oxford, UK) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2013155118

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