Gehirnwellen messen, um zu verstehen, was das Lernen von Kindern unterstützt
Fortgeschrittene EEG-Methoden zeigen, wie unterschiedliche Aufmerksamkeitsfähigkeiten das Lernen von Kindern im Laufe des Lebens prägen.
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Forscher nutzen Elektroden, um die Gehirnaktivität von Kindern während der Bearbeitung von Aufgaben zu messen. Das Verständnis dieser Gehirnaktivität kann Hinweise darauf liefern, wie Lehrkräfte die Lernumgebung für Kinder unterschiedlichen Alters und unterschiedlicher Fähigkeiten optimieren können. Im letzten Teil einer dreiteilige Serie, kognitiver Neurowissenschaftler Paul Matusz erklärt, wie seine Forschungsgruppe mithilfe fortgeschrittener EEG-Analysen untersucht, wie Kinder in multisensorischen Kontexten Aufmerksamkeitsfähigkeiten entwickeln.
Fortgeschrittene EEG-Methoden in Aktion
Kurz und aktuellen StudieWir konnten zeigen, dass sich die Aufmerksamkeit von Kindern und Erwachsenen beim Spielen eines einfachen Computerspiels unterschied. Traditionelle Methoden der Hirnforschung konnten die Frage jedoch nicht beantworten. Wie. Welche neurologischen Grundlagen der Aufmerksamkeitsfähigkeiten waren Erwachsenen und Kindern gemeinsam?
Wir baten Erwachsene sowie 5-, 7- und 9-jährige Kinder, ein Computerspiel zu spielen, bei dem es um die Suche nach Diamanten ging. Während der Suche wurden die Teilnehmenden durch Geräusche und farbige visuelle Reize abgelenkt. Wir zeichneten während des Spiels EEG-Daten auf und analysierten diese anschließend mithilfe traditioneller Methoden zur Aufzeichnung der EEG-Reaktion, bekannt als N2pc (beschrieben in [Referenz einfügen]). Teil einsDiese Methode zeigte jedoch Unterschiede im Verhalten von Kindern und Erwachsenen auf, sagte uns aber nichts darüber, wodurch diese Unterschiede verursacht werden könnten.
„Mithilfe elektrischer Neurobildgebung lassen sich Muster von ‚Hügeln und Tälern‘ im elektrischen Feld erkennen.“
Anschließend wandten wir uns dem fortgeschrittenen Ansatz der „elektrischen Neurobildgebung“ zu (beschrieben in Zweiter TeilDie elektrische Neurobildgebung kann Muster von „Hügeln und Tälern“ im elektrischen Feld erkennen. Dadurch lassen sich ähnliche EEG-Muster identifizieren, die im gesamten Gehirn in jeder Millisekunde aufgezeichnet werden. Diese Muster spiegeln die Aktivität unterschiedlicher Hirnnetzwerke wider.
Mithilfe dieser neuen Methode konnten wir den Hirnmechanismus identifizieren, der den Fähigkeiten zugrunde liegt, die die Aufmerksamkeit auf visuelle Informationen anhand eines spezifischen Aufgabenziels steuern. Im Gegensatz zur traditionellen N2pc-Analyse, die nicht zwischen Hirnaktivität bei rein visueller Präsentation und Aktivität bei gleichzeitigem Auftreten visueller Elemente und einem Ton unterscheiden konnte, gelang uns diese Unterscheidung mit unserer neuen Methode. Erstmals konnten wir den Hirnmechanismus von Erwachsenen identifizieren, die multisensorischen Objekten Aufmerksamkeit schenkten!
„Erst ab dem 9. Lebensjahr begannen sich unterschiedliche EEG-Muster vollständig auszubilden, eines in Bezug auf die Farbe und eines in Bezug auf die audiovisuelle Beschaffenheit der betrachteten Objekte.“
Wir wollten außerdem herausfinden, ob derselbe Hirnmechanismus auch bei Kindern vorhanden ist. Interessanterweise fanden sich die EEG-Muster, die wir bei Erwachsenen beobachteten, wenn diese visuelle Objekte mit und ohne Ton betrachteten, auch bei allen untersuchten Kindern. Allerdings reiften erst ab dem neunten Lebensjahr unterschiedliche EEG-Muster vollständig aus – eines in Bezug auf die Farbe und eines in Bezug auf die audiovisuelle Beschaffenheit der betrachteten Objekte. Die elektrische Neurobildgebung, die bisher hauptsächlich in der Erwachsenenforschung eingesetzt wurde, deckte Ähnlichkeiten in den Hirnmechanismen während der Entwicklung auf, die mit traditionellen Analysemethoden allein nicht hätten entdeckt werden können.
Warum ist das für das Lernen von Kindern relevant?
In unserer Studie erfassten wir auch Daten zum schulischen Erfolg der Kinder. Besonders erfreulich war die Entdeckung, dass die EEG-Muster der Kinder mit ihren grundlegenden schulischen Fähigkeiten korrelierten, obwohl die Leistung im Computerspiel keinen Zusammenhang zeigte. Bestimmte räumlich-zeitliche EEG-Aktivitätsmuster, die die Aufmerksamkeit auf visuelle und multisensorische Objekte widerspiegelten, korrelierten mit den Testergebnissen der Kinder in standardisierten Tests ihrer Lese- und Rechenfertigkeiten. Bei Fünfjährigen beispielsweise korrelierte die Dauer eines spezifischen EEG-Musters (das die Fähigkeit zur Aufmerksamkeitslenkung auf visuelle Objekte widerspiegelt) mit der Stärke ihrer numerischen Fähigkeiten. Erstaunlicherweise deutet dies darauf hin, dass Aufmerksamkeitsfähigkeiten und bestimmte EEG-Muster den Lernerfolg von Kindern tatsächlich vorhersagen könnten. Wir analysieren diese Ergebnisse derzeit genauer, aber sie legen nahe, dass unterschiedliche Aufmerksamkeitsmechanismen im Gehirn den schulischen Leistungen im Laufe des Älterwerdens zugrunde liegen könnten.
„Ein besseres Verständnis der Aufmerksamkeit und ihrer neuronalen Mechanismen könnte uns helfen, bessere Klassenzimmer zu gestalten.“
Elektrische Bildgebungsverfahren des Gehirns haben wichtige und spannende neue Erkenntnisse darüber geliefert, wie sich Erwachsene und Kinder in Bezug auf ihre Aufmerksamkeit unterscheiden – und welche Gemeinsamkeiten sie haben. Hirnmechanismen, die die Aufmerksamkeit in natürlichen, multisensorischen Umgebungen unterstützen, sind bereits um das Schuleintrittsalter (etwa 5 Jahre in der Schweiz) vorhanden. Sie reifen jedoch mindestens 4 Jahre lang weiter und erreichen schließlich einen Zustand, in dem visuelle und audiovisuelle Objekte so verarbeitet werden wie im Gehirn von Erwachsenen. Es scheint auch, dass beide General und altersspezifisch Hirnmechanismen sind an der Aufmerksamkeit beteiligt. Wir untersuchen diese Idee derzeit genauer.
Diese Ergebnisse eröffnen ein spannendes Forschungsfeld zur Entwicklung der Aufmerksamkeitsfähigkeit in natürlichen Kontexten. Ein tieferes Verständnis dafür, wie Kinder in schulähnlichen Umgebungen aufmerksam sind, wird uns mehr darüber lehren, was erfolgreiches Lernen in der Schule ausmacht. Letztendlich kann ein besseres Verständnis von Aufmerksamkeit und ihren neuronalen Mechanismen uns helfen, bessere Klassenzimmer zu gestalten und alle Kinder gezielter beim Lernen zu unterstützen.
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Fußnoten
Glossar
EEG-Komponente: Ein Muster aus positiv und negativ geladener Elektrizität über die Kopfhaut, das mit einem bestimmten mentalen Prozess, wie z. B. der Aufmerksamkeit, in Zusammenhang steht.
Elektrische Neurobildgebung: Eine fortschrittliche Methode zur gleichzeitigen Analyse von Mustern in Raum und Zeit im EEG.
Elektroenzephalographie (EEG): Eine nicht-invasive Methode zur Messung von Hirnwellen, bei der auf der Kopfhaut platzierte Elektroden, die von einer Kappe gehalten werden, die Aktivität von Gruppen von Neuronen nahe der Oberfläche des Gehirns erfassen.
Multisensorische Information: Informationen, die das Gehirn durch die gleichzeitige Integration von Reizen mehrerer Sinne erzeugt. Wenn Menschen sich beispielsweise unterhalten, integrieren sie Informationen aus dem Seh- und Hörsinn.
N2pc: Die EEG-Komponente, die auftritt, wenn die Aufmerksamkeit auf ein Objekt gerichtet ist.