Michaela Sambanis - Didaktik und Neurowissenschaften

Natürlich sind Wachheit und AufmerksamkeitAufmerksamkeit nicht nur von automatisch ablaufenden biologischen Mechanismen abhängig. Vielmehr reagiert unser Organismus auf äußere Ereignisse ebenso wie auf innere „Ereignisse“, etwa eine emotionale Bewertung und emotionale Bedeutsamkeit einer Situation. Verschiedene positive und negative EmotionenEmotion (Schreck, Angst, Überraschung, Freude, Verliebtheit, vgl. Kap. 4) führen zu einer höheren Erregung und damit zu einer verbesserten Möglichkeit, aufmerksam zu sein. Auch unsere MotivationMotivation und das Interesse an einem Gegenstand oder Geschehen steigert die Aufmerksamkeitskapazität. Intrinsische Motivation und echtes Interesse spiegeln die interne Bewertung „wichtig“ und wenn etwas wichtig ist, dann unterstützt das Gehirn die Hinwendung der Aufmerksamkeit. Die bewertungsbasierte Hinwendung ist daher mit wenig Anstrengung verbunden. Ganz anders ist das, wenn wir uns bewusst einem Gegenstand, einer Handlung oder einem Geschehen zuwenden, weil wir das für notwendig halten, obgleich uns dieser Gegenstand nicht wirklich interessiert. Das passiert z.B. häufig, wenn wir uns ganz bewusst anstrengen, um etwas zu lernen. Vielleicht interessieren uns die Mechanik fester Körper oder die Zeitformen französischer Verben überhaupt nicht. Wir lernen sie aber trotzdem, weil wir eine gute Note brauchen, um unser Traumfach studieren zu können. In einer solchen Situation laufen zwei Prozesse parallel ab, nämlich erstens die Verarbeitung des Lernstoffs und zweitens die bewusste, willentliche Aufrechterhaltung von Wachheit und Aufmerksamkeit. Dadurch ist der Gesamtvorgang natürlich wesentlich energieraubender als ein LernprozessLernprozesse, der ohne erzwungene Anstrengung abläuft, etwa weil eine große NeugierNeugier und Motivation uns dazu treiben, uns mit dem Lerngegenstand auseinander zu setzen. Dementsprechend erreichen wir bei bewusster Anstrengung schneller die Grenze unserer energetischen Erschöpfung und damit das Ende der Aufmerksamkeitskapazität.

Die strukturelle Begrenztheitstrukturelle Begrenztheit der Aufmerksamkeitskapazität ist eng mit der neuronalen Struktur des Gehirns verbunden, d.h. mit der Struktur der NervenzellenNervenzellen selbst und mit den Verbindungen zwischen den Nervenzellen. Während die Informationsweiterleitung innerhalb der Neurone relativ zügig verläuft und durch die isolierende Myelinscheide optimiert ist (vgl. 2.4), setzt die Übertragung von Nervenimpulsen an den chemischen SynapsenSynapse der Verarbeitungsgeschwindigkeit zeitliche Grenzen. Zwar hat die chemische Übertragung erhebliche Vorteile, indem sie aufgrund der PlastizitätPlastizität, Umgestaltungs- und Wachstumsfähigkeit der Synapsen eine hohe lebenslange Lernfähigkeit sicherstellt und die Möglichkeit komplexer und adaptiver Vergleichs-, Berechnungs- und Entscheidungsprozesse bietet. Diese Vorteile bezahlen wir aber mit einer Einschränkung in der Verarbeitungsgeschwindigkeit. Man könnte bezüglich der Verarbeitungsgeschwindigkeit das Fazit ziehen „gut Ding will Weile haben“.

Die zweite strukturelle Begrenzung der AufmerksamkeitAufmerksamkeit ergibt sich daraus, dass Wahrnehmungs- und Denkprozesse, wie in Kapitel 2 dargelegt, in den zwei Assoziationsbereichen im parietalen und frontalen Cortexfrontaler Cortex zusammenlaufen. In diesen Zentren werden unsere Wahrnehmungs- und Denkprozesse koordiniert und zusammengefasst. So werden bewusste Wahrnehmung und bewusste Denkprozesse ermöglicht. Die AssoziationsarealeAssoziationsareale aber können zu jedem Zeitpunkt nur eine bestimmte Menge an Informationen für den jeweils aktuellen bewussten Zugriff bereithalten.

Um angesichts der begrenzten Kapazitäten mit der Informationsflut der Sinneseindrücke und der Vielfalt der möglichen Handlungen und Denkprozesse in geordneter Weise umgehen zu können, muss eine Auswahl aus den vorhandenen Möglichkeiten getroffen werden. Dazu werden im Bereich der Wahrnehmung ausgewählte Informationen aus den sensorischen Hirnarealen zusammen mit VorwissenVorwissen zu den jeweiligen Wahrnehmungsinhalten zu einer raum-zeitlichen RepräsentationRepräsentation der Umwelt verbunden, die der derzeitigen Lage sowie unseren Zielen und Bedürfnissen angemessen ist (vgl. Ernst & Bülthoff 2004, Tononi, Edelman & Sporns 1998, vgl. 3.3). Eine ähnliche Auswahl ist für Planungs- und Denkprozesse notwendig (vgl. 6.5).

Im Gehirn sind verschiedene NetzwerkeNetzwerk an der Steuerung der Aufmerksamkeitsprozesse beteiligt. Das sogenannte Arousal -NetzwerkArousal-Netzwerk trägt vor allen Dingen der energetischen Beschränkung unserer Aufmerksamkeitskapazität Rechnung. Es besteht aus subcorticalsubcorticalen Strukturen, wird aber auch von corticalen Bereichen beeinflusst, die im Zusammenhang mit MotivationMotivation stehen, und vom limbischen System, einem wichtigen Zentrum der Emotionsverarbeitung (vgl. Kap. 4). Sowohl auf der neurobiologischen Ebene als auch im Verhaltensexperiment lassen sich weitere Netzwerke nachweisen, die an Aufmerksamkeitsprozessen und deren Steuerung beteiligt sind. Diese sind z.T. auf die Wahrnehmung bezogen und z.T. auf die Planung und Ausführung von Handlungen (vgl. Fan et al. 2002, 2005). Diese Netzwerke und ihre Bedeutung werden im Folgenden beschrieben.

Das Konzept der AufmerksamkeitAufmerksamkeit bezog sich ursprünglich auf eine einheitliche, übergreifende Funktion, die alle Prozesse umfasste, die dem Feld Aufmerksamkeit und KonzentrationKonzentration zuzurechnen waren. Wissenschaftliche Ergebnisse, insbesondere aus der Hirnforschung und die Untersuchungen dieser Ergebnisse hinsichtlich ihrer Bedeutung für Wahrnehmung und Handlung (z.B. im Verhaltensexperiment), machten im Laufe der Jahre zunehmend deutlich, dass mehrere getrennte NetzwerkeNetzwerk unterschiedliche Formen der Aufmerksamkeit kontrollieren. Einen Überblick über die Entwicklung geben Raz und Buhle (2006). Je nach Anforderungen treten diese Netzwerke in dynamische Interaktionen, die entsprechend der jeweiligen Situation kooperativ oder auch antagonistisch sein können. Die Netzwerke werden in diesem Abschnitt vorgestellt.

Als sensorische Auswahlsensorische Auswahl bezeichnet man die Filterung der eingehenden Sinnesreize. Nicht alles, was unsere Sinnesorgane erreicht, wird von den sensorischen Zentren des Gehirns so weit verarbeitet, dass es unserem Bewusstsein zugänglich wird. Vielmehr werden Sinnesreize vorverarbeitet, hinsichtlich ihrer Bedeutsamkeit eingestuft und nur zum Teil der vollständigen Verarbeitung und der Wahrnehmung zugeführt.

Jedes Sinnessystem nutzt hierbei unterschiedliche Objekteigenschaften als Basis für die Auswahl. Das SehsystemSehsystem macht sich die visuellenvisuell Eigenschaften unserer Umwelt zunutze. So ziehen große, schnell bewegte, auffällig farbige aber auch ungewohnt aussehende Objekte automatisch AufmerksamkeitAufmerksamkeit auf sich. Taucht ein auffälliges oder unbekanntes Objekt auf, verschiebt sich unsere Aufmerksamkeit automatisch dort hin. Biologisch gesehen ist das sehr sinnvoll. Man muss zunächst einmal feststellen, ob eine Bedrohung naht oder ob sich eine wichtige und beachtenswerte Information präsentiert. Dinge, die wir schon oft gesehen haben, deren Bedeutung wir gut kennen und die in der aktuellen Situation nicht unerwartet sind, ziehen unsere automatische Aufmerksamkeit nicht oder nur ganz kurz auf sich. Anders ist es, wenn wir uns gerade für ein Objekt besonders interessieren. In dem Fall bestimmen MotivationsMotivation- und Zielaspekte die Ausrichtung der Aufmerksamkeit, wobei oft andere Sinnesreize ausgeblendet werden. Das Sehsystem greift also auch auf VorwissenVorwissen zurück, das als sensorisches Wissen gespeichert ist (vgl. 6.3.2).

Auch das Hörsystem wählt Reize zur Weiterverarbeitung aus. Dabei sind neben Lautstärke und Tonhöhe zeitliche Rhythmen und MusterMuster wichtig und natürlich in Kommunikationssituationen die Sprachlaute. Auf der Basis des Richtungshörens, das einmal durch die Form der Ohren möglich wird (vorwiegend Unterscheidung von oben und unten, vorne und hinten), zum anderen durch den Abstand zwischen den Ohren, kann die auditorischeauditorisch AufmerksamkeitAufmerksamkeit auch auf bestimmte Stellen im Raum gerichtet werden, sodass wir das, was an diesen Stellen ist, verstärkt wahrnehmen. Das kann unser Gesprächspartner sein oder beispielsweise Musik, der wir zuhören, während wir die Umgebungsgeräusche etwas unterdrücken (vgl. 2.5.1 sowie das Praxisfenster in Kap. 2). Allerdings können Kinder bis zum Ende der Grundschulzeit das lange nicht so gut wie Jugendliche und Erwachsene. Da ihre Ohren und ihr Kopfumfang und damit der Abstand zwischen den Ohren noch wachsen, kann das Gehirn noch nicht endgültig festlegen, welche akustischen Eigenschafen zu welcher Raumrichtung gehören. Damit ist die Möglichkeit der auditiven Fokussierung und der Ausblendung störender Nebengeräusche im Kindergarten- und Grundschulalter viel geringer als bei Jugendlichen und Erwachsenen. Ähnlich wie das visuellevisuell System reagiert auch das Hörsystem auf laute, unbekannte, unerwartete oder auffällige Geräusche (u.a. auch auf unseren eigenen Namen) und sorgt dafür, dass wir unsere Aufmerksamkeit auf die entsprechende Geräuschquelle richten. Kinder können aufgrund der mangelnden Fokussierung solche Geräusche nicht ausblenden. Geräusche aus allen Raumrichtungen werden vollständig verarbeitet und der bewussten Wahrnehmung zugeführt. Da das vom auditorischen System autonom entschieden wird, lässt sich der Prozess nicht willentlich unterdrücken. Wird von Kindern etwa im Unterricht gefordert, sich nicht bei jedem Geräusch umzudrehen, sondern sich auf die Arbeit zu konzentrieren, dann können sie der Anweisung durchaus folgen. Sie können mit bewusster Willensanstrengung verhindern, sich dem Geräusch durch Umdrehen und Hinschauen zuzuwenden. Die exogene, also von außen sichtbare Aufmerksamkeitsverschiebung wird unterdrückt. Dennoch findet automatisch die endogene, rein innerliche Aufmerksamkeitszuwendung statt und unterbricht den Arbeitsprozess. Für manche, insbesondere jüngere Kinder ist es anstrengender, das Umdrehen zu unterdrücken, als sich schnell umzublicken und dann weiterzuarbeiten.