Magnetstimulation des Hirns kann Lernverhalten verändern

Ob man aus Erfolgen oder eher aus Fehlern lernt, hängt von der Aktivität bestimmter Hirnregionen ab.

15. Juni 2011

Beim Lernen ist nicht jeder gleich: Manche Menschen achten stärker darauf, welche Handlungen zum Erfolg führen, andere werden eher aus Schaden klug. Forschern um Derek Ott vom Leipziger Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften gelang es nun erstmals, das Lernverhalten von Testpersonen durch gezielte Magnetstimulation zu verändern. Probanden, deren Gehirn durch Anlegen einer Magnetspule an der linken Schläfe stimuliert wurde, lernten in einem Lernspiel besonders gut Verhaltensweisen, die zu Erfolgen führen. Wer dagegen rechtsseitig stimuliert worden war, lernte vor allem, Misserfolge zu vermeiden. Die Studie wirft neues Licht auf bislang noch wenig verstandene Wechselwirkungen zwischen neuronaler Aktivität, Hirnstoffwechsel und Lernerfolg. (Neuroimage, 15. 06. 2011)

TMS (Transkranielle Magnetstimulation) Spule

Im Alltag lernen wir vieles nach dem Prinzip „Versuch und Irrtum“: durch wiederholtes Ausprobieren. Erfolgreiche Handlungen werden dabei bevorzugt wiederholt, erfolglose in Zukunft eher vermieden. Ob man sich dabei jedoch eher von Erfolgen leiten lässt oder stärker darauf bedacht ist, Misserfolge zu vermeiden, kann von Person zu Person unterschiedlich sein. Studien der letzten Jahre zeigten, dass der Botenstoff Dopamin dabei eine zentrale Rolle spielt. Ein Übermaß an Dopamin im Gehirn, etwa durch die Gabe bestimmter Medikamente, führt dazu, dass Menschen aus Misserfolgen nicht mehr richtig lernen. Bei Parkinson-Patienten, die über zuwenig Dopamin verfügen, tritt der umgekehrte Effekt auf – sie lernen noch gut, welche Handlungen zu vermeiden sind, haben aber Probleme dabei, erfolgreiche Verhaltensweisen zu verinnerlichen. In einer Studie hatten Wissenschaftler um den MPI-Mitarbeiter Tillman A. Klein erstmals nachgewiesen, dass auch bei gesunden Menschen bestimmte Genvarianten den Dopaminstoffwechsel im Gehirn beeinflussen und dadurch das Lernverhalten ihrer Träger beeinflussen (Science, Vol. 318).

In einer aktuellen Studie erprobten Forscher des Instituts nun, wie sich transkranielle Magnetstimulation auf Lernprozesse auswirkt. Bei diesem Verfahren wird eine Spule an die Kopfoberfläche angelegt, die magnetische Impulse aussendet. „Die Nervenzellen in den darunterliegenden Hirnregionen können so kurzzeitig angeregt werden, wodurch Botenstoffe ausgeschüttet werden“, erklärt der Erstautor der Studie, Derek Ott. Im Experiment stimulierten die Forscher entweder die linke oder die rechte Seite der präfrontalen Hirnrinde der Probanden. Bei einer Kontrollgruppe wurde die Spule mittig über dem Scheitel angelegt. In einem darauf folgenden Lernspiel galt es dann, auf einem Computermonitor von zwei Symbolen das höherwertige auszuwählen. Insgesamt gab es sechs verschiedene Symbole, die mit unterschiedlichen Gewinnchancen verknüpft waren. Wer richtig tippte, sah auf dem Bildschirm ein lachendes Gesicht, wer daneben lag, ein zorniges. Dabei wurde die Hirnaktivität mittels funktioneller Magentresonanztomografie (fMRT) erfasst. Im ersten Durchgang des Spiels verhielten sich alle Teilnehmer ähnlich. Die zweite Versuchsrunde ergab jedoch deutliche Verhaltensunterschiede. Den Probanden, die zuvor auf der linken Seite stimuliert worden waren, gelang es nun sehr gut, das stärkste Zeichen auszuwählen. Die rechtsseitig stimulierten Teilnehmer hatten dagegen gelernt, das schlechteste Zeichen zu meiden. „Die Magnetstimulation hat die Probanden offenbar dazu gebracht, beim Lernen entweder erfolgsorientierter oder vermeidungsorientierter vorzugehen“, erläutert Ott. Bei der Kontrollgruppe hielten sich beide Lernarten die Waage.

Die fMRT-Messungen ergaben bei den linksseitig stimulierten Testpersonen erhöhte Aktivität in einer Region der Basalganglien, die daran beteiligt ist, erwartete und tatsächliche Ergebnisse von Handlungen miteinander abzugleichen. „Wir wussten bereits, dass es bei einer Anregung dieses Bereiches zu einer verstärkten Ausschüttung von Dopamin kommt“, erklärt Ott. Deshalb sei es nicht überraschend gewesen, dass sich der Lerneffekt veränderte. Noch nicht erklären können sich die Forscher den Effekt der rechtsseitigen Stimulierung. „Das ist neu und müsste in späteren Studien weiterverfolgt werden“, meint der Forscher. Langfristig könne man sich davon etwa Erkenntnisse für die Behandlung von Lernstörungen erhoffen.

Positives und negatives Feedback – hier in Form eines lachenden oder zornigen Gesichts – verarbeitet das Hirn fortlaufend. Das Verhalten wird entsprechend angepasst.
Aktivierung der Hirnbereiche, wenn das Ergebnis besser ausfällt als erwartet – was besonders zu Beginn des Experimentes passiert, wenn die Probanden noch nicht viel Erfahrung mit guten und schlechten Symbolen machen konnten. Diese Aktivierungen, die unter anderem die Basalganglien betreffen, sind bei den linksseitig stimulierten Erfolgslernern deutlich stärker ausgeprägt.
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