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Jedes Gehirn lernt anders


Gehirn & Geist - epaper ⋅ Ausgabe 5/2019 vom 05.04.2019

NEUROPÄDAGOGIK Schon bei kleinen Kindern unterscheiden sich die Gehirne in ihrem Aussehen. Auch deshalb haben Schüler beim Lernen nicht dieselben Voraussetzungen.


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Bildquelle: Gehirn & Geist, Ausgabe 5/2019

Auf einen Blick: Unterschiede ernst nehmen

1 Durch Auswertung kernspintomografischer Aufnahmen konnten Forscher bei Kindern deutliche Unterschiede im Oberflächenrelief der Hirnrinde belegen.

2 Spezielle Formen der Windungen und Furchen scheinen mit der »mentalen Kontrolle« zusammenzuhängen – der Fähigkeit, bestimmte Denkvorgänge zu hemmen und flexibel anzupassen.

3 Solche Merkmale erklären in Experimenten rund 20 Prozent der ...

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... Leistungsunterschiede, etwa beim Lesen. Auch die Hirnforschung liefert somit Gründe für eine individuell angepasste Pädagogik.

Ob Junge oder Mädchen egal welcher Herkunft oder Hautfarbe: Die Gehirne aller Menschen auf der ganzen Welt ähneln sich extrem. Mit den beiden Hemisphären, den sechs Lappen, seinen schätzungsweise knapp 100 Milliarden Neuronen und bis zu 100 Billionen Verknüpfungen (Synapsen) ist das Gehirn so etwas wie das gemeinsame Erbe der Menschheit.

Andererseits ist jedes Gehirn auch wieder einzigartig. Schon länger wissen wir um die individuelle Vernetzung der Nervenzellen. Im Lauf der kindlichen Entwicklung nimmt die Zahl der Synapsen zunächst rasant zu. Etwa ab dem zehnten Lebensjahr stabilisieren sich jedoch nur noch jene Verknüpfungspunkte, die viel genutzt werden; die anderen verschwinden. Doch jedes Kind macht etwas andere Erfahrungen, zieht eigene Lehren aus dem, was es erlebt, und erwirbt vielleicht besondere Fertigkeiten wie das Spielen eines Musikinstruments. So lässt sich leicht nachvollziehen, warum die feinen Verbindungen zwischen den Neuronen zwangsläufig von Mensch zu Mensch variieren.

Unsere Denkorgane unterscheiden sich jedoch nicht bloß mikroskopisch, sondern bereits rein äußerlich, quasi in ihrer Topografie: Die Berge und Täler aus sich aufwölbenden Windungen – die Gyri – und die Furchen – die Sulci – verlaufen schon bei jedem Baby ein bisschen anders. Das individuelle Aussehen des Gehirns könnte man mit dem Gesicht vergleichen: Alle Menschen haben eine Stirn, zwei Augen, eine Nase und einen Mund. Aber im Detail offenbart doch jedes Antlitz seine Eigenheiten.

Nun könnte man meinen, es sei ja wohl egal, wie das Gehirn von außen aussieht. Unsere Forschungsergebnisse deuten allerdings darauf hin, dass sich aus den verschiedenen Formen des Gehirns auch Unterschiede in Denkvorgängen, den kognitiven Funktionen, ergeben. Das wiederum könnte beeinflussen, wie sich die Persönlichkeit entwickelt und auf welche Weise ein Kind am besten lernt. Derzeit untersuchen wir in Zusammenarbeit mit Jean-François Mangin vom Imaging-Zentrum Neurospin in der Nähe von Paris Schulkinder im Kernspintomografen. Mit einer speziellen Software namens BrainVisa analysieren wir im Gehirn präzise den Verlauf der Gyri und Sulci. Diese können nämlich verdoppelt oder unterbrochen sein und noch eine Reihe anderer Variationen aufweisen.

Eine Hirnregion haben wir bereits intensiv unter die Lupe genommen, den »anterioren zingulären Kortex«. Er liegt leicht nach vorne gekrümmt an der Schnittstelle zwischen den beiden Hirnhälften und ist nachweislich an der »kognitiven Kontrolle« beteiligt. Dazu gehört es, sich der eigenen geistigen Vorgänge bewusst zu werden, diese nach Bedarf zu mobilisieren oder zu bremsen sowie die Denkstrategie flexibel anzupassen.

In vorangegangenen Untersuchungen konnten wir nachweisen, dass sich der Verlauf einiger Furchen und Windungen im anterioren zingulären Kortex von der Kindheit bis ins Erwachsenenalter kaum noch verändert. Die mehr als 250 Scans, die wir hierzu auswerteten, stammen aus einer Längsschnittstudie in den USA. Die Forscher von den National Institutes of Health hatten 75 Kinder und Jugendliche im Abstand von Jahren mehrmals kernspintomografisch untersucht. Laut unserer Analyse bleibt ein bestimmtes »sulcogyrales« Motiv im anterioren zingulären Kortex von frühester Kindheit an stabil: Bei den einen sind die Regionen auf beiden Hirnseiten symmetrisch zueinander – es gibt in jeder Hemisphäre jeweils eine zinguläre Furche und eine kleinere Furche, die man parazingulär nennt. Bei den anderen dagegen ist die Form asymmetrisch: eine zinguläre und eine parazinguläre Furche auf der einen Seite, auf der anderen aber nur die größere von beiden (siehe »Unterschiede in der Gehirnlandschaft«, S. 46 oben).

UNSER EXPERTE

Olivier Houdé ist Kognitionswissenschaftler und Lernforscher. Er lehrt als Professor an der Universität Sorbonne-Paris-Cité und leitet am zugehörigen Centre national de la recherche scientifique (CNRS) das Labor für Kindesentwicklung und Bildung. Vor seiner Forscherkarriere arbeitete er als Lehrer.

HIRNFORSCHUNG / NEUROPÄDAGOGIK

Schwein
oder Kuh? Mit derartigen Bildern lässt sich die Fähigkeit zur mentalen Kontrolle bei Kindern im Alter von rund fünf Jahren bestimmen. Die jungen Probanden sollen angeben, wem der Körper des Mischtiers gehört, und müssen dabei den Impuls unterdrücken, dem Kopf entsprechend mit »Schwein« zu antworten. Im Schnitt meistern jene mit asymmetrischem Furchenmuster im anterioren zingulären Kortex die Aufgabe besser.


Diese Unterschiede, so unsere Hypothese, wirken sich messbar auf die kognitiven Funktionen aus. Auf den ersten Blick erscheint das vielleicht wie eine Neuauflage der Phrenologie, jener Pseudowissenschaft im 19. Jahrhundert, die Menschen auf Grund der Form ihres Schädels verschiedene Charaktereigenschaften zusprach. Doch der Vergleich hinkt, denn diesmal geht es ja um das Erscheinungsbild des Gehirns selbst, dessen Rolle bei der Kognition unstrittig ist.

Mentale Automatismen unterdrücken

Um herauszufinden, ob die Struktur des anterioren zingulären Kortex der Kinder tatsächlich mit ihren Denkfähigkeiten zusammenhängt, konfrontierten wir sie mit einem »Stroop-Test«: In diesem gilt es gewisse mentale Automatismen zu unterdrücken – Psychologen sprechen auch von Inhibition. Jüngeren Kindern kann man beispielsweise Bilder von Tieren zeigen, bei denen Kopf und Körper einmal zusammenpassen, ein anderes Mal nicht (etwa eine Kuh mit einem Schweinskopf). Die Anweisung lautet, immer nur den Körper des Tiers zu benennen, obwohl der erste Impuls wäre, sich auf den Kopf zu beziehen (siehe »Schwein oder Kuh?«, oben). Die Kinder müssen also ihren ersten Gedanken unterdrücken, um korrekt zu antworten.

Älteren, die schon lesen können, stellen wir die klassische Aufgabe des Stroop-Tests. Wir präsentieren eine Reihe von Wörtern, die Farben bezeichnen (etwa das Wort »rot«), wobei die Wörter selbst aber in anderer Farbe gedruckt sind (das Wort »rot« ist zum Beispiel blau geschrieben, siehe »Stroop-Test«, rechts). Dann sollen die Kinder jeweils die gedruckte Farbe nennen – obwohl ihnen viel leichter das gelesene Wort über die Lippen kommt. Für diesen Test gilt: Je besser die mentale Kontrolle, desto schneller lösen sie die Aufgabe richtig.

Tatsächlich hingen die Ergebnisse mit der Struktur des anterioren zingulären Kortex zusammen. Genauer gesagt erklärten sich rund 20 Prozent der Leistungs unterschiede bei dieser Art von Aufgaben durch die morphologischen Merkmale. Kinder mit dem asymmetrischen Furchenmuster hatten dabei statistisch gesehen die bessere mentale Kontrolle.

Solche Erkenntnisse sind für schulisches Lernen durchaus relevant. Die Fähigkeit zur Inhibition ist ausschlaggebend, wenn es ums Lesen, Schreiben und Rechnen geht. Etwa, wenn ein kleines Kind zählen lernt: Seiner Erfahrung nach bedeutet länger oder größer meist »mehr«. Eine längere Reihe hintereinander aufgestellter Spielsteine besteht aber nicht automatisch aus mehr Steinen als eine kürzere, dicht bestückte (siehe »Kontraintuitive Mathematik«, S. 46 unten). Je komplexer der mathematische Sachverhalt, desto stärker müssen sich Schüler von mentalen Automatismen lösen. Ebenso ist beim Lesen und Schreiben mentale Kontrolle gefragt. So gilt es, typische Rechtschreibfallen zu umgehen oder in Rekordzeit unsinnige Aussprachemöglichkeiten zu verwerfen. Denn Inhibition bedeutet oft, einen Fehler gerade rechtzeitig in dem Moment zu erkennen, in dem wir kurz davor sind, ihn zu begehen.

Die kognitive Kontrolle hängt wohl zumindest teilweise von dem erwähnten Furchenmuster des anterioren zingulären Kortex ab. Aber noch andere Bereiche des Gehirns sind daran beteiligt, darunter der untere präfrontale Kortex. Auch hier fanden wir bei Kindern Variationen in der Form. Dort kann das Furchenmuster nämlich entweder durchgehend oder unterbrochen sein. Kinder mit dem zweiten Muster (siehe Bilder oben, c und d) hatten eher bessere Unterdrückungsfähigkeiten.

Stroop-Test
Die Aufgabe lautet, die jeweilige Druckfarbe zu nennen (im Test werden die Wörter einzeln präsentiert). Lesekundige neigen jedoch dazu, stattdessen die Wörter vorzulesen. Je besser sie ihr Denken kontrollieren können, desto schneller und öfter antworten sie richtig.

Unterschiede in der Gehirnlandschaft

Im anterioren zingulären Kortex kann die Furche einfach (a) oder von einer kleinen parazingulären Furche begleitet sein (orange, b). Auch im inferioren präfrontalen Kortex gibt es anatomische Unterschiede: Die Furche ist entweder durchgehend (c) oder unterbrochen (d). Die Muster a und d scheinen bei Kindern die mentalen Kontrollfähigkeiten zu begünstigen.

Kürzlich nahmen wir eine weitere Region ins Visier, die fürs Lesen wichtig ist: das visuelle Wortformareal, das zum Erkennen der Gestalt von Wörtern dient. Hier beobachtet man neuronale Aktivität, wenn Buchstaben und Wörter optisch präsentiert werden. Im Labor interessierten wir uns besonders für die Ausprägung einer auffälligen Furche, die das visuelle Wortformareal durchquert. Laut unseren Ergebnissen hängt die Zahl der Wörter, die Achtjährige in drei Minuten vorlesen können, mit dem Aufbau dieser Furche zusammen: War sie unterbrochen, steigerte sich die Lesegeschwindigkeit um bis zu 40 Wörter in drei Minuten, was wiederum einer Verbesserung von fast 20 Prozent entspricht.

Solche Entdeckungen werfen gesellschaftliche Fragen auf: Was wäre zu tun, wenn ein Vorschüler wegen des Aufbaus seines visuellen Wortformareals dazu neigen wird, langsamer zu lesen? Und was, wenn ein Kind ein symmetrisches Muster im anterioren zingulären Kortex aufweist, was ihm statistisch gesehen eine schlechtere mentale Kontrolle verleiht? Obwohl in unseren Experimenten alles sehr spielerisch und kindgerecht abläuft, erscheint es weder denkbar noch wünschenswert, alle Kinder vor der Einschulung in den Scanner zu schieben. Ich halte auch nichts von Leistung um jeden Preis und finde die Vorstellung von einer »technowissenschaftlichen« Erziehung, die vollständig kontrolliert und kontrollierbar abläuft, naiv.

Aber wenn Lehrern klar ist, dass manche Kinder eben weniger gut in der Lage sind, ihre Automatismen zu unterdrücken, könnten sie diesen Schülern spezielle Übungen geben, die genau diese Fähigkeit trainieren. Ebenso könnte das Wissen um die anatomisch beeinflusste Lesegeschwindigkeit pädagogischen Innovationen den Weg bereiten. Neben spezieller Leseförderung wäre es etwa denkbar, gezielt mehr Wert auf andere Aspekte als die Lesegeschwindigkeit zu legen, wie auf die Fantasie oder das vertiefende Verständnis.

Kontraintuitive Mathematik

»Sind in der oberen Reihe genauso viele Punkte wie in der unteren?« Meist lösen Kinder die Aufgabe erst ab sieben Jahren richtig. Dazu müssen sie die reflexhafte Einschätzung »Länger ist mehr« in Frage stellen. Laut kernspintomografischen Messungen ist bei jenen, die korrekt antworten, neben Zahlen verarbeitenden Bereichen im Scheitellappen auch der präfrontale Kortex stärker aktiv.

Die neuen neurowissenschaftlichen Erkenntnisse unterstützen die Sichtweise, dass Kinder spezifische pädagogische Bedürfnisse haben. Diese müssen weder etwas mit Faulheit noch mit dem Bildungshintergrund der Familie zu tun haben, sondern können mit anatomischen Merkmalen des Gehirns zusammenhängen. Da sie allerdings nur rund 20 Prozent der Leistungsunterschiede erklären, ist damit noch lange nicht die Schulkarriere vorbestimmt: Der soziologische Determinismus von gestern wird nicht durch eine biologische Vorbestimmung ersetzt! Vielmehr geht es darum, den neurowissenschaftlichen Diskurs zu korrigieren, der bisher von der Vorstellung geprägt war, dass alle Schüler einer Klasse das gleiche Gehirn besitzen.

QUELLEN

Borst, G. et al.: Early cerebral constraints on reading skills in school‐age children: an MRI study.Mind, Brain, and Education 10, 2016

Borst, G. et al.: Folding of the anterior cingulate cortex partially explains inhibitory control during childhood: a longitudinal study.Developmental Cognitive Neuroscience 9, 2014

Cachia, A. et al.: How interindividual differences in brain anatomy shape reading accuracy.Brain Structure & Function 223, 2018

Cachia, A. et al.: Longitudinal stability of the folding pattern of the anterior cingulate cortex during development.Developmental Cognitive Neuroscience 19, 2016

Weitere Quellen im Internet: www.spektrum.de/artikel/1628782


LISEGAGNE / GETTY IMAGES / ISTOCK

SCHWEINEKOPF: ALEXRATHS / GETTY IMAGES / ISTOCK; KUH: VANILLAPICS / GETTY IMAGES / ISTOCK; COMPOSING: GEHIRN&GEIST

OLIVIER HOUDÉ, LAPSYDÉ, CNRS