Wie beherrscht das Gehirn unbewusst automatisierte Fähigkeiten?

Eine neue Studie verbindet implizites Lernen und laterale Regionen des Kleinhirns.

Menschliches Gehirn angesehen von unterhalb, Kleinhirn (Latein für “kleines Gehirn”) und Hirnstamm zeigend.

Quelle: Wikipedia / Public Domain

Spezifische Regionen des Kleinhirns sind der Schlüssel zum impliziten Gedächtnis und spielen eine wichtige Rolle bei der Erlangung automatisierter Fähigkeiten, die jemand ohne bewusste Wahrnehmung oder “Überdenken” des Prozesses ausführen kann, wie eine wachsende Zahl von Beweisen zeigt. Zum Beispiel hat eine aktuelle Studie “Implizites Lerndefizit bei Kindern mit Duchenne-Muskeldystrophie: Beweise für eine zerebelläre kognitive Beeinträchtigung?” Eine Verbindung zwischen dem prozeduralen (impliziten) Gedächtnis, dem lateralen Kleinhirn und der Konnektivität des zerebralen Kortex mit den Basalganglien via Cerebro identifiziert -cerebellare Netzwerke. Diese Ergebnisse wurden am 16. Januar 2018 in der Zeitschrift PLoS ONE veröffentlicht .

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Um mehr über den Unterschied zwischen deklarativem (explizitem) Gedächtnis und prozeduralem (implizitem) Gedächtnis zu erfahren, siehe: “Sprache nutzt uralte Gehirnströme, die Menschen rauben” und “Die mysteriöse Neurowissenschaft des Lernens automatischer Fertigkeiten”. Dieses einminütige Video zeigt, wie automatisiertes Tippen verwendet implizites prozedurales Gedächtnis ohne explizites Wissen, wo die Schlüssel auf der Tastatur sind: Als Athlet war ich fasziniert von der Rolle, die das Kleinhirn in der sportlichen Leistung und der impliziten Erinnerung spielt, seit ich ein junger, junger Tennisspieler war. Mein verstorbener Vater, Richard Bergland, MD, war Neurowissenschaftler, Neurochirurg und Autor von The Fabric of Mind (Viking). Er war auch mein Tennistrainer. Die norwegischen Großeltern meines Vaters waren Immigranten, die ohne erzieherische Fähigkeiten nach Amerika kamen. Seine Eltern waren arm und konnten sich kein College leisten. In den 1930er Jahren, während der Staubkesselära und der Großen Depression, gingen meine missionarischen Großeltern von Minnesota in die Ödländer von Montana, wo mein Vater geboren wurde.

Als Teil seines amerikanischen Traums bekam mein Vater ein Stipendium zum College aufgrund seiner sportlichen Fähigkeiten. Dad schrieb die implizite Erinnerung zu, die er in sein Kleinhirn hämmerte, indem er einen Tennisball mit einem athletischen Schlag gegen ein Rückspielbrett schlug. Als Teenager wurde “Dick” Bergland der Tennis-Champion von Montana. In der Schule spielte er Uni-Tennis und Squash. Schlägersport war sein Ticket aus der Armut und in die New Yorker Cornell Medical School, wo ich geboren wurde. Wenn ich auf seine Karriere zurückblicke, würde mein Vater sagen: ” Davon bin ich mir absolut sicher, ein Neurochirurg zu werden, war eine direkte Folge meines Auges für den Ball .”

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Richard M. Bergland, MD, beschrieb seine Beherrschung der automatisierten Tennisfähigkeiten mit Funktionen des Kleinhirns. Als Neurochirurg war er fest davon überzeugt, dass die Durchführung von Gehirnoperationen viel mehr auf implizitem / prozeduralem Gedächtnis beruhte als auf den expliziten / deklarativen Gedächtnis, den er in der Bibliothek erworben hatte.

Quelle: Mit freundlicher Genehmigung von Kay Bergland

Als neurowissenschaftlicher Tennistrainer sagte mein Vater ständig zu mir: ” Chris, denk daran, mit jedem Schlag das implizite Muskelgedächtnis in die Purkinje-Zellen deines Kleinhirns zu hämmern und zu schmieden. “Er glaubte, dass der Schlüssel zum Vermeiden von dem, was die Tennislegende Arthur Ashe als” Lähmung durch Analyse “bezeichnete, war, sein Tennisspiel automatisierter / zerebellär und weniger intellektuell / zerebral zu machen. ( Kleinhirn ist das Schwesterwort für zerebrale und bedeutet “in Bezug auf oder im Kleinhirn gelegen.”)

“Wir wissen nicht genau, was das Kleinhirn tut. Aber was auch immer es tut, es macht eine Menge davon. -Richard Bergland, MD (Neurochirurg und Neurowissenschaftler des 20. Jahrhunderts)

Vieles von dem, was wir über das Funktionieren des menschlichen Kleinhirns wissen, basiert auf der Beobachtung atypischer Kleinhirnstrukturen oder Fehlfunktionen, die durch Verletzungen oder Krankheiten verursacht werden, und anschließender Dokumentation von Lern- und Verhaltensänderungen.

Basierend auf seiner Beobachtung von Patienten mit Kleinhirnläsionen und anderen Befunden über das Kleinhirn, die Ende des 20. Jahrhunderts verfügbar waren, hatte mein Vater eine Ahnung, dass automatisiertes Lernen und implizites Gedächtnis an die Struktur und Funktion des Kleinhirns gebunden waren. Vor dem technologischen Aufbruch des 21. Jahrhunderts war es jedoch unmöglich, seine Hypothesen über das Kleinhirn in einem Labor zu beweisen. Deshalb sagte er spekulativ: ” Wir wissen nicht genau, was das Kleinhirn tut. Aber was auch immer es tut, es macht eine Menge davon . ”

Glücklicherweise konnte ich vor seinem Tod im Jahr 2007 mit meinem Vater zusammenarbeiten, als ich das Manuskript für mein erstes Buch ” Der Athlet’s Way: Schweiß und die Biologie der Glückseligkeit” (St. Martin’s Press) schrieb. Während dieser Zeit haben wir jeden Tag gesprochen. Und ich wählte sein Gehirn, um so viel wie möglich darüber zu lernen, wie Geist, Körper und Gehirn auf der Grundlage seines lebenslangen Erwerbs von explizitem Wissen über die Neurowissenschaften zusammenarbeiten.

Zu der Zeit konnte mein Vater seine visionären Ideen über das Kleinhirn, die in Fachzeitschriften veröffentlicht wurden, nicht bekommen. Nachdem ich einen Guinness-Weltrekord gebrochen und einen Buchvertrag bekommen hatte, war ich entschlossen, meine Plattform als Sportler und Autor zu nutzen, um seine radikalen Ideen über das Kleinhirn zu veröffentlichen. Da mein Schreiben auf ein Mainstream-Publikum ausgerichtet war, konnten wir die Gatekeeper des Ivory Tower der akademischen Welt umgehen und bahnbrechende, frische Ideen entwickeln, die den Status quo herausforderten.

Dieses Diagramm zeigt die frühesten Inkarnationen des “Bergland Split-Brain-Modells” und beleuchtet verschiedene hypothetische Rollen, die das Groß- und Kleinhirn in dynamischen Hirnsystemen des Kleinhirn-Cortex spielen könnte. (Ab S. 81 des Athleten Weg: Schweiß und die Biologie der Glückseligkeit)

Quelle: Foto und Illustration von Christopher Bergland (Circa 2007)

Gemeinsam schufen mein Vater und ich ein Split-Brain-Modell, das wir “Gehirn-nach-unten-Gehirn” nannten. Dies war eine direkte und überzeugende Antwort auf das berüchtigte Modell “linkes Gehirn-rechtes Gehirn”. Ein Teil unserer Motivation, die Konversation in ein “Hoch-Runter” -Verhältnis zwischen Großhirn und Kleinhirn zu verschieben, war, dass mein Vater sich in einigen der Kontroversen um “linkes Gehirn – rechtes Gehirn” verfangen hatte, als er Chef der Neurochirurgie an der Harvard Medical war Beth Israel Krankenhaus der Schule. (ZB diente er als der medizinische Experte für ein Bestseller-Buch namens Zeichnung auf der rechten Seite des Gehirns .)

Später im Leben hatte sich das Denken meines Vaters dahingehend entwickelt, dass die Beziehung zwischen beiden Hemisphären des Großhirns (lateinisch für “Gehirn”) und beiden Hemisphären des Kleinhirns (lateinisch für “kleines Gehirn”) in Forschung und Diskussionen über das Gehirn einbezogen werden sollte Wechselspiel zwischen den links-rechts-Hemisphären der Großhirnrinde.

Es gibt einen wichtigen Vorbehalt: Offensichtlich arbeitet das gesamte Gehirn als Ganzes zusammen, und eine übermäßige Verallgemeinerung der Gehirnstruktur und der funktionalen Konnektivität basierend auf Split-Brain-Modellen kann zu einfach sein. Lassen Sie uns noch einmal auf die Details der oben genannten Studie von Stefano Vicari vom Department of Neurosciences and Neurorehabilitation von Ospedale Pediatrico Bambino Gesù in Rom (Italien) im Januar 2018 eingehen.

Für diese Studie haben Vicari et al. konzentrierte sich auf Personen, die von Duchenne Muskeldystrophie (DMD) ohne geistige Behinderung betroffen waren, und verglich sie mit einer altersangepassten Kohorte von sich in der Entwicklung befindlichen (TD) Kindern. Die Forscher verwendeten eine modifizierte Version der Serial Reaction Time Task (SRTT), mit der implizite Fähigkeiten zum Sequenzlernen gemessen wurden.

Wie die Autoren erklären: “In dieser Studie wurde der SRTT einer Gruppe von DMD-Kindern ohne geistige Behinderung und TD-Kontrollen verabreicht, um ihr implizites Lernen und folglich ihre zerebro-zerebelläre Netzwerkfunktion zu untersuchen. Insbesondere wollten wir feststellen, ob die SRTT Anzeichen für implizite Lernschwierigkeiten bei einer Gruppe von Kindern mit DMD ohne intellektuelle Behinderung erkennen lässt und ob diese mit der Mutationsstelle in Zusammenhang stehen. SRTT ist in der Lage, das implizite Sequenzlernen zu analysieren und die Rolle des Kleinhirns und seiner Schaltkreise als Schlüsselstruktur für diese Funktion zu demonstrieren. ”

Die Forscher führten diese Tests bei 32 Duchenne-Kindern und 37 Kontrollen mit vergleichbarem chronologischen Alter durch. Bemerkenswerterweise zeigte die Duchenne-Gruppe eine reduzierte Rate des impliziten Lernens sogar ohne globale geistige Behinderung.

Wie die Autoren schreiben: “Es scheint, dass es eine spezifische Beeinträchtigung des impliziten und prozeduralen Lernens gibt, wie sie bei Erwachsenen mit Kleinhirnläsionen beobachtet wird und die lateralen Regionen des Kleinhirns betrifft. Die Rolle des Kleinhirns bei den Defiziten impliziten Lernens und prozeduralen Lernens wurde auch bei Kindern mit erworbenen neurologischen Erkrankungen und Entwicklungsdyslexie oder geistigen Behinderungen beobachtet. Das Kleinhirn scheint eine wichtige Rolle bei der Erkennung und Erkennung von Ereignissequenzen sowie beim Erwerb und der Automatisierung neuer kognitiver Verfahren zu spielen. ”

Stefano Vicari und Mitarbeiter fassen ihre Ergebnisse zusammen: “Zusammenfassend dokumentierte unsere Studie ein Defizit impliziten Lernens in einer Stichprobe von Jungen mit DMD ohne intellektuelle Behinderung. Auf der Grundlage unseres Wissens kann dieses Defizit als Ausdruck einer Dysfunktion des Kleinhirns und insbesondere der lateralen Regionen des Kleinhirns und seiner Netzwerkverbindungen interpretiert werden. ”

Verweise

Stefano Vicari, Giorgia Piccini, Eugenio Mercuri, Roberta Battini, Daniela Chieffo, Sara Bulgheroni, Chiara Pecini, Simona Lucibello, Sara Lenzi, Federica Moriconi, Marika Pane, Adele D’Amico, Guja Astrea, Giovanni Baranello, Daria Riva, Giovanni Cioni, Paolo Alfieri. “Implizites Lerndefizit bei Kindern mit Duchenne-Muskeldystrophie: Beweise für eine zerebelläre kognitive Beeinträchtigung?” PLoS ONE (Veröffentlicht: 16. Januar 2018) DOI: 10.1371 / journal.pone.0191164

Ulrike Schara, Melanie Busse, Dagmar Timmann und Marcus Gerwig. “Cerebellar-abhängiges assoziatives Lernen ist bei der Duchenne-Muskeldystrophie konserviert: Eine Studie, die eine verzögerte Eyeblink-Konditionierung verwendet.” PLoS ONE (Veröffentlicht: 14. Mai 2015) DOI: 10.1371 / journal.pone.0126528

Kristy M. Snyder, Yuki Ashitaka, Hiroyuki Shimada, Jana E. Ulrich, Gordon D. Logan. “Was qualifizierte Schreibkräfte nicht über die QWERTY-Tastatur wissen.” Attention, Perception & Psychophysics (2014) DOI: 10.3758 / s13414-013-0548-4