MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Grenzen des Arbeitsgedächtnisses sind nicht nur eine Frage der Kapazität, sondern vor allem des Lernens. Eine neue Studie der Brown University zeigt, dass die Fähigkeit des Gehirns, Informationen effizient zu verarbeiten, stark von Lernmechanismen abhängt.
Die jüngste Forschung der Brown University hat aufgedeckt, dass die Begrenzungen des Arbeitsgedächtnisses weniger mit der Speicherkapazität als vielmehr mit Lernherausforderungen zusammenhängen. Mithilfe eines Computermodells der Basalganglien und des Thalamus wurde gezeigt, dass das Gehirn bei der Verarbeitung zu vieler Informationen gleichzeitig verwirrt wird, was seine Fähigkeit beeinträchtigt, gespeicherte Daten effektiv zu nutzen.
Das Modell demonstrierte, dass das Gehirn diese Einschränkung durch strategisches „Chunking“ kompensiert, indem es verwandte Informationen zusammenfasst, um die Effizienz zu steigern. Diese Erkenntnisse werfen auch ein neues Licht auf dopaminbezogene Störungen wie Parkinson und ADHS und schlagen neue Behandlungsansätze vor, die auf die Basalganglien und den Thalamus abzielen.
Das Arbeitsgedächtnis ermöglicht es Menschen, verschiedene Informationen in kurzfristigen Szenarien zu jonglieren, wie etwa beim Erstellen einer mentalen Einkaufsliste. Während Wissenschaftler sich einig sind, dass die Kapazität des Arbeitsgedächtnisses begrenzt ist, gibt es konkurrierende Theorien darüber, wie und warum dies der Fall ist. Die neue Forschung zeigt, dass die Begrenzungen des Arbeitsgedächtnisses mit Lernprozessen zusammenhängen.
Die Simulationen zeigten, dass das Gehirn, wenn es mehr als nur wenige Elemente gleichzeitig halten würde, Schwierigkeiten hätte, so viele Informationen gleichzeitig zu verwalten. Dies führt dazu, dass das Gehirn verwirrt wird und die gespeicherten Informationen nicht effektiv nutzen kann. Gleichzeitig zeigt die Forschung, dass das Gehirn auf diese Einschränkungen reagiert, indem es lernt, strategisch auf Mechanismen zurückzugreifen, die helfen, Speicherplatz zu sparen.
Da der Neurotransmitter Dopamin eine wichtige Rolle dabei spielt, wie Lernen mit dem Arbeitsgedächtnis zusammenhängt, werfen diese Erkenntnisse neues Licht auf dopaminbezogene Störungen wie Parkinson, ADHS und Schizophrenie. Die Forscher entwickelten ein neues Computermodell des Gehirns, das die Ergebnisse eines Experiments mit Menschen replizierte, das 2018 durchgeführt wurde.
Das Modell zeigte, dass Menschen in der Lage sind, Informationen durch Komprimierung verwandter Informationen im Arbeitsgedächtnis zu „chunking“, um Speicherplatz zu sparen. Die Forscher fanden heraus, dass das Modell mit einem Chunking-Mechanismus in der Lage war, Informationen strategisch zu speichern, während das Modell ohne diesen Mechanismus schlechter darin war, die Elemente zu speichern und abzurufen.
Ein kritischer Bestandteil des Lernprozesses des Modells ist ein Mechanismus, der das Dopamin-Liefersystem des menschlichen Gehirns emuliert. Wenn das Modell eine größere Anzahl von Blöcken besser abrufen konnte, weil es ähnliche Farben zusammengefasst hatte, trat das Dopamin-Liefersystem in Aktion und signalisierte dem Modell, diese Strategie weiterhin zu verwenden.
In einem weiteren Teil der Experimente veränderte Soni das Dopamin-Liefersystem des Modells, um das bekannte Dopamin-Niveau bei Patienten mit Parkinson, Schizophrenie und ADHS zu emulieren. Die Ergebnisse zeigten, dass das Modell ohne ein gesundes Dopamin-Liefersystem nicht lernte, seinen Speicherplatz effizient zu nutzen und seltener Elemente zusammenfasste.
Diese neuen Erkenntnisse zeigen, wie die rechnerische Hirnforschung die Psychiatrie voranbringen kann. Beispielsweise wird Parkinson oft als Bewegungsstörung angesehen, da Veränderungen in der Bewegung so offensichtlich sind. Es stellt sich jedoch heraus, dass Parkinson-Patienten auch Veränderungen im Arbeitsgedächtnis aufweisen. Sie werden in der Regel mit Medikamenten behandelt, die auf den präfrontalen Kortex abzielen, aber die Ergebnisse der Studie legen nahe, dass Medikamente, die auf die Basalganglien und den Thalamus abzielen, getestet werden sollten, um die Symptome zu verbessern.
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