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Die Lernbiologie: Wahrnehmung & Gedächtnis

Zusammenfassung: Ohne Warnehmung erfolgt keine Verarbeitung eines Reizes. Das Gedächtnis gilt als der Informationsspeicher schlechthin. Damit etwas im Langzeitgedächtnis hängen bleibt, sind Wiederholungen unentbehrlich. Eselsbrücken helfen beim Aufbau eines Spinnennetz des Wissens.


Wahrnehmung

Lernen beginnt immer mit der Wahrnehmung eines Reizes durch mindestens einen der Sinne (Geruchs-, Geschmacks-, Tast -, Gehör- und Gesichtssinn). Wahrnehmung wird allgemein beschrieben als eine „[…] Funktion, die es dem Organismus mit Hilfe seiner Sinnesorgane ermöglicht, Informationen aus der Innen- und Außenwelt aufzunehmen und zu verarbeiten.“[16] Um Wahrnehmung genauer zu verstehen, ist es unumgänglich, die Wahrnehmungskette näher zu betrachten. Insgesamt besteht sie aus den sechs Kettengliedern: Umwelt - Medium - Interaktion - Sinnesnerven - Sensorische Zentren - Reaktion. Jeweils das vorhergehende Kettenglied übt einen Einfluss auf das nachfolgende aus.
Unter Umwelt wird dabei all das verstanden, was ein Lebewesen umgibt. Der wahrnehmende Organismus verortet sich in dieser Umgebung und handelt bzw. selektiert entsprechend seiner Einordnung . Eine bekannte Situation wird beispielsweise weniger bedrohlich als eine unbekannte Situation angesehen. Die letztlich aus der Situationsanalyse und Wahrnehmung resultierenden Handlungen werden dementsprechend unterschiedlich ausfallen. Erklärungen, warum die Situationsanalyse einer Person in unterschiedlichen Kontexten bzw. verschiedener Personen in ein und demselben Kontent unterschiedlich ausfällt, lieferte die Theorie der systembezogenen Akteurkonstellation.[17] Auf diese wird später in einem gesonderten Artikel eingegangen.

 

Verarbeitung von Reizen aus der Umgebung

Aus der Umgebung wird ein Reiz über ein Medium ausgesandt. Reize werden mit den Sinnesorganen aufgenommen. Man spricht bei Strahlung, Schall oder Druck auch von distalen Reizen. Die Rezeptoren, die für die Aufnahme von Reizen zuständig sind, empfangen den Reiz und leiten ihn weiter. Diese Aktionspotentiale pflanzen sich über die Sinnesnerven fort und werden so an die entsprechenden sensorischen Zentren im Gehirn weitergeleitet. Hier erfolgt unter Umständen eine Zusammenführung der Reize der verschiedenen Sinnesorgane. Es entsteht das Perzept, eine Vorverarbeitungsstufe. Das Gehirn bewertet das Perzept. Dabei spielen Erregungsschwellen eine wichtige Rolle. Die Höhe der jeweiligen Erregungsschwelle ist sehr stark abhängig, ob die Situation als bekannt oder unbekannt eingestuft wurde. Man kann in der Regel davon ausgehen, dass in unbekannten Situationen die Erregungsschwelle wesentlich niedriger und in bekannten Situationen wesentlich höher ist.[18]
Überschreitet das Perzept eine bestimmte Erregungsschwelle nicht, so stuft das Gehirn den Vorgang als unwichtig ein. Es kommt zu keiner Weiterverarbeitung bzw. Wahrnehmung. Wird die Erregungsschwelle überschritten, so erfolgt eine Verarbeitung und der Reiz wird damit dem Organismus bewusst. Erst in diesem Moment wird aus den über das Ohr aufgenommenen Schallwellen ein Geräusch. Nun können weitere Prozesse wie Erinnern, Kombinieren, Erkennen, Assoziieren und Urteilen in Gang gesetzt werden. Damit bildet sich ein Verständnis des Wahrgenommenen. Der letzte Schritt der Kette besteht aus der entsprechenden Reaktion auf das Wahrgenommene. Das kann eine Handlung sein. Um im Beispiel zu bleiben: Das Individuum dreht den Kopf in Richtung des wahrgenommenen Geräusches, um den visuellen Reiz zur weiteren Einschätzung der Situation zu nutzen, denn die Aufmerksamkeit wurde geweckt.[19] Nun geht die Wahrnehmungskette von vorn los, wobei wiederum die Situation auf Basis des vorher Wahrgenommen neu bewertet wird. Wahrnehmung ist damit auch immer ein iterativer Prozess. 

 

Lenkung der Wahrnehmung durch Beachtung der Gestaltgesetze bei der Informationspräsentation

Glücklicherweise kann Wahrnehmung durch die Informationspräsentation gelenkt werden. Hierzu tragen z. B. die Erkenntnisse der Gestaltpsychologie bei. Als Wahrnehmungslehre untersucht die Gestaltpsychologie „[…] die zugrunde liegenden kognitiven Mechanismen, die es uns erst ermöglichen, Phänomene [Änd. d. Autors] wahrzunehmen und einzuordnen […]“[20]. Ergebnis dieser Untersuchung sind die sogenannten Gestaltgesetze, deren Anzahl deutlich variieren kann. Sie sind zwar einfach, aber sehr effizient, denn sie bestimmen, „[…] warum wir von den unendlich vielen verschiedenen Interpretationen einer Szene oder eines Bildes immer nur bestimmte wahrnehmen, während uns andere Möglichkeiten "irgendwie unlogisch" vorkommen […]“[21]. Zu beachten ist hierbei, dass sich die Gestaltgesetze nicht auf konkrete Inhalte beziehen. Sie funktionieren auf einer abstrakteren Ebene und beschreiben eher Muster, Zusammenhänge, Eigenschaften und Verhältnisse. Die Gestaltgesetze müssen bei der Gestaltung von Lernmedien berücksichtigt werden. Ein Nichtbeachten kann katastrophale Folgen haben.

  • Figur und Grund
  • Symmetrie
  • Einheit und Harmonie
  • Nähe
  • Geschlossenheit
  • Ähnlichkeit
  • Einfachheit
  • Prägnanz (Gute Gestalt)
  • Kontinuität (Gute Fortsetzung)
  • Vertrautheit
Sie interessieren sich für die Gestaltgesetze und möchten mehr darüber erfahren? Dann seien Ihnen folgende Links ans Herz gelegt: Ausführungen zu Gestaltgesetzen bei e-teaching.org und bei kommdesign.de.
 

Gedächtnis

Wie gezeigt, erfolgt ohne Wahrnehmung keine Verarbeitung eines Reizes. Das Gedächtnis gilt als „der Informationsspeicher“schlechthin. "[…] Gedächtnis bedeutet normalerweise die Erreichbarkeit von Informationen. Gedächtnis setzt einen Lernprozeß voraus.

 

Gedächtnisarten: Ultrakurzzeitgedächtnis, Kurzzeitgedächtnis, Langzeitgedächtnis

Ebenso selbstverständlich ist, daß "Erinnern" impliziert, daß Information aus irgendeinem Speicher abgerufen werden muß […]“[22]. Man unterscheidet verschiedene Gedächtnisformen. Am bekanntesten ist die Unterscheidung nach der Verweildauer der Informationen. In letzter Zeit rückt der Inhalt selbst, also die Frage „Was wird gespeichert“ mehr und mehr in den Vordergrund.

Doch zunächst soll der zeitlichen Komponente des Gedächtnisses Aufmerksamkeit gezollt werden. Im Anschluss daran wird auf weitere Unterscheidungsmöglichkeiten eingegangen.   
Wie bereits beschrieben kreisen die aufgenommenen Reize als Impulse in Form von elektrischen Strömen und Schwingungen im Gehirn. Sie verweilen dort allerdings nicht unbegrenzt, sondern sie klingen spätestens nach 10 - 20 Sekunden wieder ab. In dieser Zeitspanne muss es der Reizinformation gelingen, in das sensorische Register, und nichts anderes ist das Ultrakurzzeitgedächtnis, aufgenommen, als wichtig bewertet und weiterverarbeitet zu werden. Wird dem Reiz keine Bedeutung beigemessen, so wird er umgehend gelöscht.[23]

 Geschwindigkeit der Informationsaufname
 Speicherkapazität Speicherdauer
Sinnesorgane
109 bis 1011 bit/s
  
Ultrakurzzeitgedächtnis
15 bis 20 bit/s
180 bis 200 bit
1 bis 2 s
Kurzzeitgedächntnis
0,5 bis 0,7 bit/s
103 bis 104 bit
max. 20 s
Langzeitgedächntis
0,05 bit/s
108 bis 1010 bit
Stunden bis Jahre

Tabelle: Gedächtnisstufen und ihre Speicherkapazität[24]

 

Filtermechanismen: Riesige Informationsmengen strömen jede Minute auf uns ein. Aussortieren tut Not.

Aussortieren tut Not und ist für das Gehirn überlebensnotwendig, denn jede Sekunde strömen unzählige neue Informationen herein. So können über „[…] den Gesichtssinn […] pro Sekunde etwa zehn Millionen Bit aufgenommen werden […]. Über den Tastsinn sind es etwa eine Million Bit, über den Gehörsinn und den Geruchssinn etwa je 100 000 Bit und über den Geschmackssinn 1 000 Bit.“[25]
Vom Ultrakurzzeitgedächtnis aus kann eine Information ins Kurzzeitgedächtnis gelangen. Hier müssen ebenfalls wieder bestimmte Filtermechanismen (z. B. die Selektion aufgrund eigener Interessen) überwunden werden, denn die Verarbeitungskapazität des Kurzzeitgedächtnisses ist deutlich geringer als die des Ultrakurzzeitgedächtnisses. Das Kurzzeitgedächtnis ist quasi der Arbeitsspeicher, in den nur 7±2 Informationseinheiten, sogenannte Chunks, hineinpassen.[26] Diese Vorstellung von einer „Engstelle“ wird auch als Bottleneck-Modell bezeichnet. Aus medientheoretischer Perspektive kann das Kurzzeitgedächtnis auch als Gatekeeper bezeichnet werden, an dem jede Information vorbei muss, um ins Langzeitgedächtnis zu gelangen. Dabei öffnet so manche Eselsbrücke die Pforten.

Abbildung: Damit Informationen ins Langzeitgedächtnis gelangen können, müssen sie die Filtermechanismen des Kurzzeitgedächtnisses überwinden. 

Im Kurzzeitgedächtnis können die Informationen aber auch nach wenigen Minuten wieder verloren gehen, wenn sie nicht wiederholt werden. Nur durch ständige Wiederholung können Informationen die letzte Stufe - das Langzeitgedächtnis - erreichen. Auf zellulärer Ebene bewirkt der Vorgang der Wiederholung, dass die Nervenfasern fortgesetzt erregt werden. Damit einher geht eine Verbesserung der Durchlässigkeit der Synapsen, denn es „[…] setzt ein biochemischer Prozess ein, bei dem mehr Neurotransmitter (biochemische „Botenstoffe“) ausgeschüttet werden. Gleichzeitig werden die nachgeschalteten Zellen durchlässiger und damit empfindlicher für diese Signale. Bereits durch Erregungen von wenigen Sekunden Dauer kann dieser Pfad für Minuten bis Stunden bestehen bleiben, bis er dann wieder verblasst […]“[27]. Wenn eine bleibende Gedächtnisspur entsteht, lässt sie sich auch noch Jahre später als präsente Erinnerung abrufen.


Trotz aller Erkenntnisse herrscht unter den Experten wenig Einigkeit darüber, welche  „Aufbewahrungsfristen für Informationen“ für die jeweiligen Gedächtnisstufen gelten.
Für das Ultrakurzzeitgedächtnis variieren die Angaben zwischen 200 Millisekunden und 20 Sekunden. Beim Kurzzeitgedächtnis gehen einige Experten von knapp 20 Sekunden bis hin zu maximal 2 Stunden aus. Bis vor kurzem gab es für das Langzeitgedächtnis keine Ergebnisse im Hinblick auf eine zeitliche Beschränkung. Man glaubte allerdings, dass die Inhalte lange, aber wahrscheinlich nicht ewig erhalten bleiben und so ein Vergessen möglich ist.[28] Die neuesten Forschungsergebnisse zeichnen nun ein etwas anderes Bild. Erworbenes Wissen verschwindet nicht einfach im Nirwana. Die Kontaktstellen von Neuronen sind zwar in der Lage sich neu zu strukturieren und sich so an veränderte Situationen anzupassen, allerdings werden bei bereits ausgebildeten Strukturen nicht alle "Leitungen gekappt". Vorsichtshalber bleiben ein paar Stränge erhalten. Somit ist ein Erinnern auch nach sehr langer Zeit möglich. Das Gehirn ist dann in der Lage, bei Bedarf diese alten Verbindungen schneller zu reaktivieren. Damit lässt sich auch erklären, warum man z. B. das Fahrradfahren nicht verlernt.[29]   

Es ist vor allem das Langzeitgedächtnis, dass sich differenzierter nach der Form des Inhalts unterscheiden lässt. Zum einen wird das Verhaltensgedächtnis, das sogenannte prozedurale Gedächtnis, unterschieden. Hier sind automatisierte Abläufe hinterlegt, die implizit, d. h. unbewusst, abgerufen werden können. Im Gegensatz dazu steht das Wissensgedächtnis. Dort wird konkretes Wissen über die Welt (z. B. Vokabeln oder Erlebnisse) abgespeichert. Das Wissensgedächtnis ist explizit strukturiert, d. h. Erinnerungen können nur bewusst reproduziert werden.[30] Das Wissensgedächtnis lässt sich sogar noch feiner differenzieren: In das episodische Gedächtnis, in das persönliche Erlebnisse mit ihren räumlichen und zeitlichen Komponenten abgelegt werden, und das semantische Gedächtnis, in dem unser Wissen um Sprache, Grammatik usw. verwaltet wird.[31] 

 

Das Gedächtnis bildet ein Wissensnetz. Ähnlich wie bei einem Spinnennetz wird Wissen miteinander verwoben.

Das Gedächtnis und somit alle Kenntnisse und Fähigkeiten bilden nach neuesten Auffassungen ein riesiges „Spinnennetz des Wissens“. Neues Wissen - und nichts anderes ist der Lernstoff - muss mit altem Wissen (im wahrsten Sinne des Wortes) „verknüpft“ werden. „Schon vorhandene „Wissensfäden“ in unserem Netz wirken sich gewissermaßen als Magneten (oder Attraktoren) auf neue passende Informationen aus […]“[32]. Für das Lernen gilt demzufolge die Faustregel: Es fällt umso leichter, je mehr Vorwissen vorhanden ist. Im Gehirn entstehen so mehr Assoziationen. Assoziationen sind dabei nichts anderes wie „Anknüpfungspunkte“ – sprich passende Wissensfäden im Netz. Eine Spezialisierung auf einen Fachbereich hat zur Folge, dass das Wissensnetz an dieser Stelle sehr engmaschig ist und aus vielen feinen Detailfäden besteht. Bei einem dichten Wissensnetz ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass eine Information im Netz hängenbleibt. Der Vergleich mit einer Fliege in einem Spinnennetz drängt sich förmlich auf.[33]
Gibt es allerdings an einer Stelle noch nicht genügend Fäden im Netz, so „rutschen“ neue Informationen einfach hindurch. In dem Fall müssen für Neuinformationen Hilfsfäden, sprich Eselsbrücken, konstruiert werden. Über diese Merkhilfen findet die Einbindung in das Wissensnetz statt. Ist das neue Wissen richtig verankert und hat sich ein solides Fach-Wissensnetz gebildet, werden die Hilfsfäden überflüssig.[34]

Abbildung: Wissensnetz

 

 


Quellen:

  • [16]: Stieve, H.; Wicke, I. (1990): zitiert nach Schreiber, Chr. (2007): Die Menschliche Wahrnehmung und ihre Auswirkung auf die Gestaltung von Software. München. S. 25
  • [17]: Vgl. hierzu die Überlegungen der systembezogenen Akteurskonstellation, die u. a. auf Essers integrativer Sozialtheorie aufbaut. [u. a. nachzulesen in: Schimank, U.; Greshoff, R. (2006): Die integrative Sozialtheorie von Hartmut Esser. Preprint. S. 3 - 4]
  • [18]: Vgl. hierzu: Frankhausen, A. (2002/2003): Grundlagen der bildnerischen Gestaltung: Form. S. 28 - 29
  • [18]: Vgl. hierzu: Frankhausen, A. (2002/2003): S. 28 - 29 und Wikipedia.org (05.04.2008): Wahrnehmung. San Francisco.
  • [20]: e-Teaching.org (09.08.2007): Gestaltgesetze.
  • [21]: Wirth, Th. (25.10.2005c): Die Gesetze der Nähe und Ähnlichkeit. Mosbach. ff.
  • [22]: Lefrancois, G. R. (1994): Psychologie des Lernens. Berlin [u. a.]. S. 163
  • [23]: Vgl. Plasmann, A.; Schmitt, G. (04.06.2007a): Neurobiologische Grundlagen des Lernens. Duisburg-Essen.
  • [24]: nach Holoch, K. (27.02.2007b): Gedächntisstufen : Meyers Lexikon Online 2.0. Mannheim. [mit Ergänzungen]
  • [25]: Fritzsche, A. (11/2005): Die Sinne : Fühler zum Leben. S. 5. In: Maxima. 04/2005. Frankfurt am Main. S. 3 - 5.
  • [26]: Vgl. Wirth, Th. (25.10.2005a): Die magische Zahl 7 und die Gedächtnisspanne. Mosbach.
  • [27]: Lindner, M. (03/2005): Wie die Erinnerung funktioniert. S. 113. In GEOkompakt : Die Grundlagen des Wissens. Nr. 2. Das Wunder Mensch. Hamburg. S. 113
  • [28]: Vgl. hierzu die Übersicht von Plasmann, A.; Schmitt, G. (04.06.2007a)
  • [29]: Vgl. Spiegel.de (13.11.2008): Einmal Gelerntes bleibt im Gehirn gespeichert.
  • [30]: Vgl. Lindner, M. (03/2005): S. 113
  • [31]: Vgl. Stangl, W. (NNa): Wie funktioniert unser Gedächtnis? Linz-Auhof.
  • [32]: Münchhausen, M. v.; Püschel, I. (2002): Lernprofi Jura : Wie sie Jura richtig lernen. Köln.  S. 26
  • [33]: Vgl. Münchhausen, M. v.; Püschel, I. (2002): S. 26 und Schlenther, U. (2004): Lerntechniken für die Schule. Stuttgart. S. 2 - 3
  • [34]: Vgl. Münchhausen, M. v.; Püschel, I. (2002): S. 27
Aktualisiert ( Samstag, 20. Februar 2010 um 16:52 Uhr )
 

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