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Struktur und Funktion des Gedächtnisses

Bei der Betrachtung des Gedächtnisses ist zu unterscheiden zwischen dem sensorischen Gedächtnis oder Register (mit Speicherdauer im Subsekundenbereich), das als Teil des Wahrnehmungsapparats verstanden werden kann und deshalb hier nicht näher untersucht wird, dem Kurzzeitgedächtnis und dem Langzeitgedächtnis. (Eine knappe Zusammenfassung des wissenschaftlichtlichen Forschungsstandes zum Thema Kurzzeitgedächtnis bzw. zur Sinnhaftigkeit und Struktur von Mehrspeichermodellen findet sich in der Arbeit von Klaus-Martin Klein: "Das Kurzzeitgedächtnis".)

Die Gedächtnisbenutzung läuft grundsätzlich in drei Phasen ab, nämlich Kodierung, Speicherung und Abruf.

Kurzzeitgedächtnis

Die Kapazität des Kurzzeitgedächtnisses beträgt etwa sieben Objekte. Der Wert schwankt von einem Individuum zum anderen nicht mehr als um etwa plus oder minus zwei. Das bedeutet, daß wir eine willkürliche Folge von Ziffern der Länge 5 noch im Kurzzeitgedächtnis behalten können, beispielsweise 2 7 6 4 9, von einer Folge der Länge 15, beispielsweise 2 7 6 5 8 3 7 5 8 4 3 6 6 7 5, jedoch nur Bruchstücke. Versuchen Sie es. Jede Folge darf nur einmal durchgelesen werden und ist dann wiederzugeben.

Die Speicherdauer im Kurzzeitgedächtnis ist bei nur einmaliger Einspeicherung nur sehr kurz, einige Sekunden. Wollen wir den Inhalt länger behalten, so müssen wir ihn im Geiste wiederholen. Das gelingt am einfachsten bei sprachlicher Information, etwas schwieriger bei anderen Informationsarten. Wenn wir keine besonderen Vorkehrungen treffen, wird das Kurzzeitgedächtnis nach Art einer Schlange verwaltet. Das erste Objekt, das die Kapazität des Kurzzeitgedächtnisses übersteigt, wird also dasjenige Objekt aus dem Kurzzeitgedächtnis verdrängen, welches schon am längsten dort ist. Dem kann man begegnen, indem man die Inhalte selektiv wiederholt, wobei sie jedesmal wie neu eingespeichert behandelt werden, so daß sich wählen läßt, welches Objekt als erstes verdrängt werden soll.

Die gespeicherten Objekte müssen nicht unbedingt so elementar sein wie die Ziffern im vorigen Beispiel, denn die Information wird in sogenannten Bündeln (chunks) gespeichert, deren Beschaffenheit sich danach richtet, was für Inhalte das Langzeitgedächtnis zur Verfügung stellt. Ein Bündel ist jedenfalls eine semantische Einheit, ein Konzept. Dafür kommen beispielsweise Wörter in Frage. Eine Folge von fünf willkürlich gewählten bekannten Wörtern ist ebenso leicht oder schwer zu merken, wie eine Folge von fünf Ziffern oder fünf Buchstaben, obwohl die fünf Wörter zusammen wesentlich mehr als sieben Buchstaben umfassen. Bei einer langen Wortliste von mehr als neun Wörtern wird der Versuch ebenso unmöglich wie bei einer langen Buchstabenliste.

Hier ein Beispiel (wieder ist nur einmaliges Durchlesen erlaubt):

divers ein Experiment hat Kapazität Kurzzeitgedächtnis minus Objekt plus sieben unser von zufolge zwei

Vermutlich ist Ihnen hierbei schon aufgefallen, daß Sie bemüht waren, einen Zusammenhang zwischen diesen Wörtern herzustellen und Ihnen das auch zum Teil gelungen ist. Ohne einen solchen Zusammenhang haben sie keine Chance, alle Wörter korrekt wiederzugeben, mit Hilfe des Zusammenhangs können sie vermutlich bis auf kleine Fehler alle behalten. Der korrekte Satz lautet:

Hier ein Beispiel (wieder ist nur einmaliges Durchlesen erlaubt):

Diversen Experimenten zufolge hat unser Kurzzeitgedächtnis eine Kapazität von sieben Objekten, plus oder minus zwei.

und Sie haben wenig Schwierigkeiten, den ganzen Satz im Kurzzeitgedächtnis zu behalten, obwohl er erheblich länger ist als 9 Wörter (nämlich 15). Dies zeigt, daß es noch höhere Ebenen von Bündelbildung geben kann als Wörter und mit Hilfe dieser Ebenen die effektive Kapazität des Kurzzeitgedächtnisses noch erheblich weiter gesteigert werden kann.

Ein beeindruckendes Beispiel für die Leistungsfähigkeit solcher Abstraktionen liefert das folgende berühmte psychologische Experiment: DeGroot ließ 1965 seine Versuchspersonen Schachstellungen auf Schachbrettern kurz betrachten und dann aus dem Kurzzeitgedächtnis wiedergeben. Wie erwartet konnten sehr gute Schachspieler dabei oftmals alle Figuren, immer aber ziemlich viele, korrekt wiedergeben. Schachanfänger hingegen konnten sich immer nur an sehr wenige Figuren korrekt erinnern. Stellte man die Figuren nun aber willkürlich auf das Brett, anstatt eine echte Stellung aus einem Schachspiel vorzugeben, so sank die Leistung der guten Spieler auf das Niveau der Anfänger ab; die Anfänger waren in beiden Fällen gleich gut. Dies zeigt, daß problemspezifische Abstraktionen und Muster im Langzeitgedächtnis die effektiv für einen bestimmten Zweck verfügbare Kapazität des Kurzzeitgedächtnisses vervielfachen können. Im Falle des Schachspiels sind diese Abstraktionen häufig auftretende Kombinationen von Positionen mehrerer Figuren, die ein konzeptuelles Bündel bilden.

Ein Erkennen solcher Muster ermöglicht die Speicherung einer wesentlich höheren Gesamtzahl von Fakten im Kurzzeitgedächtnis und damit die Möglichkeit, viele Aufgaben sehr viel schneller und sicherer zu erledigen, weil keine externen Speicher wie Zettel oder Dateien mehr zu Hilfe genommen werden müssen bzw. keine Fehler auftreten, die sonst die Erledigung der Aufgabe gefährden.

Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung ergibt sich aus der Beobachtung, daß offenbar jedes sensorische System über ein eigenes Kurzzeitgedächtnis verfügt. Bislang sind nur das Sprach/Hörsystem und das visuelle System eingehend erforscht und der Beweis zweier getrennter Kurzzeitgedächtnisse für verbale und visuelle Informationen erbracht, aber vermutlich gibt es weitere Kurzzeitgedächtnisse für Geräusche, für Gerüche/Geschmäcke und für Tastempfindungen.

Sprachliche Informationen werden im sogenannten phonologischen Kurzzeitgedächtnis gespeichert und zwar unabhängig davon, ob sie visuell oder akustisch angeliefert worden sind. Demgegenüber werden nichtsprachliche visuelle Informationen im visuellen Kurzzeitgedächtnis gespeichert.

Das bedeutet, daß eine gleichzeitige Nutzung der beiden Kurzzeitgedächtnisse und eine damit einhergehende Erhöhung der Speichermöglichkeit erreicht werden kann, wenn für die Darstellung der Information kombinierte sprachliche und graphische Darstellungsweisen gewählt werden, vorausgesetzt, die graphischen Teile werden nicht sprachlich interpretiert sondern bildlich. Dabei ist allerdings zu beachten, daß visuelle gespeicherte Informationen weniger genau sind als sprachlich gespeicherte. Es sollten daher möglichst Vorkehrungen gegen Fehler in der visuellen Speicherung getroffen werden, z.B. indem man alle visuelle Information zusätzlich noch einmal sprachlich einbringt.

Langzeitgedächtnis

Während die Inhalte des Kurzzeitgedächtnisses als Aktivierungen von Neuronen gespeichert werden (also als Hirnaktivität) sind die Inhalte des Langzeitgedächtnisses in Form von Verbindungen zwischen Neuronen gespeichert (also als Hirnstruktur) - die genaue Wirklichkeit ist einiges komplizierter und deshalb noch nicht voll bekannt, aber dies ist der grundsätzliche Mechanismus.

Dieser Mechanismus begründet auch die zwei wichtigsten Eigenschaften des Langzeitgedächtnisses. Es hat eine unbegrenzte Speicherdauer und eine fast unbegrenzte Kapazität. Eine dritte Eigenschaft ist von Bedeutung, kann aber nicht ganz so leicht erklärt werden. Dies ist die Tatsache, daß für die Übertragung von Informationen ins Langzeitgedächtnis offenbar nur eine sehr geringe Bandbreite zur Verfügung steht. Innerhalb einer gegebenen Zeit kann man sich also nur relativ wenige Dinge neu langfristig merken. Auch hier ist die Wirklichkeit wieder recht kompliziert, weil die Bandbreite von der Speicherdauer abhängt. Wir können uns relativ viel innerhalb kurzer Zeit für einige Stunden oder Tage einprägen, aber nur wenig, was wir das ganze Leben lang behalten. Dies liegt daran, daß die Umsetzung von Informationen in Hirnstrukturen ein Prozeß ist, der mehrere Wochen dauert, während derer die Informationen auf andere, noch flüchtige Weise zwischengespeichert werden.

Die Funktionalität des Langzeitgedächtnisses besteht aus zwei Teilen. Erstens können wir Dinge wiedererkennen und zweitens sind zu diesen Dingen eine Vielzahl von Beziehungen abgespeichert, vor allem semantische wie zahlreiche Varianten von "Teil von" oder von "ist ein"', sowie zeitliche und örtliche wie die Abfolge von Ereignissen in einer Geschichte oder Ziffern in einer Telefonnummer.

Die Speicherung erfolgt immer in möglichst abstrakter Form, weil damit auf sehr viele Details verzichtet werden kann und weniger Platz benötigt wird.

So könnte zum Beispiel nach dem Lesen eines Computerhandbuchs die Information, daß man zum Verlassen eines bestimmten Programms Ctrl-Q drücken muß im Langzeitgedächtnis haftenbleiben, aber es ist vielleicht nicht mehr zu rekonstruieren, ob dort gestanden hatte "Zum Verlassen geben Sie Ctrl-Q ein." oder aber "Wenn Sie das Programm verlassen möchten, so drücken sie die Taste 'Ctrl', halten Sie sie fest und drücken sie dann gleichzeitig die Taste Q". Obwohl die beiden Sätze sehr unterschiedlich sind, werden sie im Langzeitgedächtnis auf dieselbe Repräsentation abgebildet, weil die Abstraktion des Betätigens einer Control-Taste bereits verfügbar war und die Details der Formulierung ohnehin nicht von Bedeutung sind.

Dieser Mechanismus bedeutet umgekehrt, daß es für die Leichtigkeit, mit der etwas behalten werden kann, einen großen Unterschied macht, was für Abstraktionen zur Repräsentation des zu Erinnernden zur Verfügung stehen - und dann auch verwendet werden, denn das geschieht nur zum Teil automatisch; zu einem anderen Teil ist es eine bewußte Anstrengung, die als Elaboration bezeichnet wird. Je gründlicher die Elaboration, desto besser die Erinnerung.

Nicht nur das Lernen wird erleichtert, sondern auch das Behalten komplexer Konzepte, wenn geeignete Vorbildung vorhanden ist. Deshalb sollte man auf die Vermittlung von Basiskonzepten immer großen Wert legen und den Zusammenhang eines Faktums mit diesen Basisabstraktionen jeweils verdeutlichen.

Experimente haben außerdem ergeben, daß Fakten, zu denen eine Erläuterung oder Begründung mitgeliefert wurde, besser wieder korrekt abgerufen wurden als andere, die ohne Begründung gelernt wurden. Das beruht vermutlich darauf, daß die Begründung einen weiteren Abrufpfad zum gewünschten Faktum eröffnet: das Faktum konnte direkt erinnert werden oder aber die Begründung wurde gefunden und von dort aus das Faktum.

Dasselbe Prinzip liegt fast allen mnemotechnischen Systemen zugrunde. Es werden zusätzliche Pfade geschaffen, über die die gewünschte Information abgerufen werden kann. Besonders hilfreich in dieser Hinsicht sind Taxonomien, also hierarchische Ordnungen von Begriffen. Eine wichtige Erkenntnis aus der Psychologie zum Thema Langzeitgedächtnis betrifft die Bedeutung des inhaltlichen Kontextes bzw. auch der räumlichen Umgebung für das erfolgreiche Abrufen von Erinnerungen. Godden und Baddeley prüften 1975 die Auswirkungen eines Umgebungswechsels auf die Erinnerung, indem sie Taucher eine Liste von Wörtern am Strand lernen ließen und andere Taucher im Wasser. Beide Gruppen konnten am jeweils gleichen Ort (Strand oder Wasser) die Wörter etwa gleich gut wieder abrufen. Sollten jedoch die Im-Wasser-Lerner am Strand abrufen oder umgekehrt, so sank die Abrufleistung um 40 Prozent!

Dieser Effekt kommt daher, daß unbewußt Elemente der Umgebung verwendet werden, um daran Assoziationen zu den zu merkenden Informationen zu befestigen, was das Abrufen der Informationen nur dann erleichtert, wenn diese Elemente zum Abrufzeitpunkt als Anregungen verfügbar sind. Der Effekt tritt nicht nur im Bezug auf örtliche Umgebungen, sondern auch für situative Kontexte auf. Letztere schließen auch Aspekte der internen Situation ein, z.B. die Gefühlslage oder kurz zuvor gemachte Erlebnisse. Als Folgerung sollte das Lernen von Wissen und Fertigkeiten nach Möglichkeit in anwendungsnahen Situationen und Räumen erfolgen, um den späteren Abruf zu optimieren. (Das für die Universität typische Lernen im Hörsaal ist insofern also grundsätzlich erschwert, es sei denn im Hinblick auf eine Klausur, die im gleichen Hörsaal geschrieben wird.)


Anmerkungen:

Lern- und gedächtnispsychologische Argumente für eine deutlichere Berücksichtigung der Versprachlichung im (Fach-)Unterricht finden sich in der gleichnamigen Arbeit von Werner Brandl. Der Autor weist darauf hin, daß der Versprachlichung als Unterrichtsprinzip ein den gesamten Fächerkanon umfassende Notwendigkeit zukommt, dem sich nicht nur Fächer mit relativ abstrakten Gegenständen wie der Mathematik oder Physik, oder wie im Falle Deutsch aus Gründen der offensichtlich inhaltlichen Vorgaben zuwenden, sondern auch die gerne als sog. 'praktisch-orientiert' eingeordneten Fächer Werken, Sport, Hauswirtschaft etc. nicht entziehen sollten. Denn "Gedanken ohne Inhalte sind leer, Anschauungen ohne Begriffe sind blind" (KANT).

Karin Gruber (1997) berichtet in der Tageszeitung "Die Presse" unter dem Titel "Glocken, Lichtblitze, Gesichter: Die Spuren im Gedächtnis" darüber, wie das Gehirn Informationen speichert, wobei Forscher mit primitiven Schnecken genauso wie mit Menschen arbeiten.

Einen eher kuriosen Aspekt beleuchtet die Forschungsarbeit des Medizinpsychologen Siegfried Lehrl (1998) von der Universität Erlangen. Er fand heraus, daß sogar der Urlaub Auswirkungen auf unsere Intelligenzleistungen haben kann.

Ein interessantes Experiment wird in der Oktober-Ausgabe 1998 der Zeitschrift Memory und Language beschrieben: McDermott und ihre Mitarbeiter führten ein Experiment durch, aus dem hervorgeht, daß unser Gedächtnis nicht wie ein Videorecorder arbeitet. Stattdessen ist der Vorgang des Erinnerns ein konstruktiver Prozeß, bei dem einerseits Erinnerungsbruchstücke verarbeitet werden müssen und andererseits eine vollständige Handlung entstehen soll.

Sie konfrontierten Studenten, die sich als Versuchspersonen gemeldet hatten, mit Listen von Wörtern, die einen gemeinsamen inhaltlichen Kontext haben. So passen zu dem Thema "Schlaf" etwa Begriffe wie "Bett", "Traum", "Decke", Kopfkissen" und andere. Insgesamt gab es 20 Aufzählungen mit jeweils 15 Wörtern. Bei der Hälfte der Listen stand der Hauptbegriff (in dem Beispiel wäre dies "Schlaf") nicht dabei. Die Studenten wurden gebeten, eine Tonbandaufnahme anzuhören, auf welcher die Wortlisten vorgelesen wurden. Anschließend sollten sie sagen, ob das besondere Wort dabei war oder nicht.

In der Versuchseinleitung wurde den Probanden ganz genau erklärt, worum es in dem Test ging. Die Forscher erläuterten ihnen das Konzept der falschen Erinnerungen und verdeutlichten es anhand von Beispielen. Sie wurden angewiesen, sorgfältig darauf zu achten, bei den Versuchsreihen aufmerksam zu sein und falsche Erinnerungen zu vermeiden. Um die Aufgabe zu vereinfachen, fragten die Wissenschaftler direkt im Anschluß an das Verlesen einer Liste, ob der kritische Begriff aufgetreten sei. "Den Ergebnissen zufolge sind Menschen nicht sonderlich gut darin, diese einfache Aufgabe zu bewältigen, selbst wenn sie über das Phänomen der fehlerhaften Erinnerung informiert wurden", sagte McDermott.

Die Forscher haben zwei mögliche Erklärungen für den Effekt: Die Illusionen könnten auftreten, weil das nicht vorhandene, aber in den Kontext passende Wort aufgrund der Assoziation in das Bewußtsein springt, sobald die Liste den Probanden vorgelegt wird. Alternativ dazu wäre es denkbar, daß die Verarbeitung der Information unterhalb der bewußten Ebene stattfindet, wo dann die Verbindung zu eng verwandten Wörtern etabliert wird.

McDermott nimmt an, daß es uns Menschen schwerfällt, zwischen dem zu unterscheiden, was wir extern gehört, und dem, was wir intern selbst dazugedichtet haben. Selbst beim ernsthaften Versuch, beide Quellen der Erinnerung zu trennen, treten Fehler auf. Wie in diesen und anderen Versuchen gezeigt wurde, sind bei geschicktem Druck von außen auch die falschen Erinnerungen detailgenau. So glaubten einige Studenten, die Position eines Wortes in der Aufzählung angeben zu können, obwohl das Wort überhaupt nicht vorkam.

"Anscheinend handelt es sich um einen sehr natürlichen Vorgang", meint McDermott. "Ich glaube, wir sollten nicht so überrascht sein, denn das ist die Art, wie wir normalerweise die Welt wahrnehmen. Ein Film besteht zum Beispiel aus einer Reihe von Einzelbildern, aber wir nehmen sie als ein bewegtes Bild wahr. Der Geist verfährt mit dem Gedächtnis genauso: Er benutzt Schlußfolgerungen, um eine manchmal unvollständige Abbildung der Vergangenheit zusammenzusetzen."


©opyright Werner Stangl, Linz 1997.
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