Arbeitsgedächtnis: Wie man die Dinge auf kurze Zeit „im Hinterkopf“ behält

Mal angenommen, wir müssen uns eine Telefonnummer, eine Einkaufsliste oder eine Reihe von Anweisungen merken. Dabei verlassen wir uns auf das, was Psychologen und Neurologen als Arbeitsgedächtnis (auch: Kurzzeitgedächtnis) bezeichnen. Es ist die Fähigkeit, Informationen über einen kurzen Zeitraum festzuhalten und sich dieser zu bedienen. Das betrifft jene Dinge, die jetzt im Moment wichtig für uns sind, in 20 Jahren aber keine Relevanz mehr haben.

Forscher sind der Meinung, dass das Arbeitsgedächtnis von zentraler Bedeutung für einen funktionsfähigen Verstand ist. Es wird vielen anderen, grundlegenderen Fähigkeiten und Ergebnissen zugeordnet – unter anderem der Intelligenz und dem akademischem Abschluss – und es ist mit fundamentalen sensorischen Prozessen verbunden.

In Anbetracht dieser zentralen Rolle, die das Arbeitsgedächtnis in unserer Mentalität einnimmt, und der Tatsache, dass wir uns zumindest Teilen dessen Inhalts bewusst sind, könnte das Arbeitsgedächtnis ein wichtiger Faktor in unserem Bemühen, das Bewusstsein selbst zu verstehen, werden. Psychologen und Neurowissenschaftler forschen jeweils an verschiedenen Aspekten des Arbeitsgedächtnisses. Die Psychologie versucht, die Funktionen des Systems herauszuarbeiten, während die Neurowissenschaft ihren Fokus auf die neuronalen Grundlagen legt. Hier ist ein kurzer Einblick in den derzeitigen Stand der Wissenschaft.

Wie groß ist unser Arbeitsgedächtnis?

Die Kapazität ist eingeschränkt – wir können zu jedem Zeitpunkt nur eine bestimmte Anzahl an Informationen „im Hinterkopf“ behalten. Die Art dieses Limits wird von Wissenschaftlern jedoch noch debattiert.

Viele Forscher sind der Meinung, dass unser Arbeitsgedächtnis eine begrenzte Anzahl an einzelnen Begriffen („items“) oder zusammenhängenden Informationen („chunks“) speichern kann. Dabei kann es sich um Zahlen, Buchstaben, Wörter oder andere Einheiten handeln. Forschungen haben gezeigt, dass die Anzahl an Informationen, die im Arbeitsgedächtnis zwischengespeichert werden können, von der Art der Information abhängig ist – wie beispielsweise von Geschmacksrichtungen verschiedener Eissorten oder die Nachkommastellen von Pi.

Eine weitere Theorie schlägt vor, dass das Arbeitsgedächtnis als kontinuierliche Ressource agiert, die auf sämtliche gespeicherten Informationen aufgeteilt wird. Das bedeutet, dass je nachdem wie unsere persönlichen Ziele aussehen, unterschiedliche Informationen eine unterschiedliche Menge an Ressourcen zugeteilt wird. Neurowissenschaftler schlagen vor, dass diese Ressourcen der neuralen Aktivität entsprechen könnten. Dementsprechend widmen sich also unterschiedliche Aktivitätsmengen den unterschiedlich gespeicherten Informationen, abhängig von der aktuellen Priorität. Im Gegensatz dazu argumentiert ein anderer theoretischer Ansatz, dass die Ursache für die Kapazitätsgrenze unseres Arbeitsgedächtnisses durch Interferenzen zwischen den verschiedenen Informationen entsteht, die sich sozusagen gegenseitig behindern.

Natürlich schwinden Erinnerungen mit der Zeit. Jedoch kann dieser Prozess durch Wiederholung der Informationen, die sich im Arbeitsgedächtnis befindet, abgeschwächt werden. Das erhaltende Wiederholen (engl. ‚maintenance rehearsal‘), wie es von Wissenschaftlern genannt wird, beinhaltet die gedankliche Wiederholung der Informationen ohne Bezug zu ihrer Bedeutung – zum Beispiel die gedankliche Wiederholung einer Einkaufsliste und das Nachdenken über die darauf aufgelisteten Zutaten als einzelne Worte, ohne dabei an das Gericht zu denken, dass daraus gekocht werden soll.

Im Gegensatz dazu geht es bei der elaborierten Wiederholung von Informationen darum, den Informationen eine Bedeutung zu geben, und sie mit anderen Informationen in Verbindung zu bringen. Beispielsweise erleichtern Eselsbrücken das elaborierte Wiederholen von Informationen, indem sie den ersten Buchstaben jedes „items“ einer Liste mit einer bereits im Gedächtnis vorhandenen Information verknüpfen. Es scheint, als könnte nur die elaborierte Wiederholung Informationen aus dem Arbeitsgedächtnis festigen, und so in eine langlebigere Form umwandeln – das entspricht der Definition des Langzeitgedächtnisses.

Was die visuelle Domäne betrifft, kann Wiederholung unter anderem Bewegungen der Augen beinhalten, die visuelle Informationen einem bestimmten Ort zuordnen. Anders ausgedrückt, schauen Menschen möglicherweise an den Ort der ins Gedächtnis gerufenen Information, nachdem diese schon verschwunden ist, um sich wieder zu erinnern, wo sich die Information befunden hat.

Arbeitsgedächtnis versus Langzeitgedächtnis

Das Langzeitgedächtnis wird durch eine sehr viel größere Speicherkapazität charakterisiert. Außerdem sind die gespeicherten Informationen langlebiger und stabiler. Erinnerungen aus dem Langzeitgedächtnis können sowohl Informationen aus Lebensabschnitten einer Person beinhalten, Semantik oder anderweitiges Wissen, als auch implizite Informationen wie zum Beispiel die Verwendung bestimmter Objekte oder bestimmte Körperbewegungen (motorische Fähigkeiten).

Wissenschaftler betrachteten das Arbeitsgedächtnis lange als das Tor zum Langzeitgedächtnis. Wiederholt man Inhalte des Arbeitsgedächtnisses oft genug, können diese zu längerfristig abrufbaren Informationen werden.

Die Neurowissenschaft zieht eine klare Trennlinie zwischen diesen beiden. Das Arbeitsgedächtnis führt zu einer temporären Aktivierung von Neuronen im Gehirn. Im Gegensatz dazu wird vermutet, dass das Langzeitgedächtnis auf physischen Veränderungen von Neuronen und deren Verbindungen basiert. Dieses Modell kann sowohl die kurzfristige Natur des Arbeitsgedächtnisses als auch die größere Anfälligkeit auf Unterbrechungen oder Erschütterungen erklären.

Wie verändert sich das Arbeitsgedächtnis im Laufe des Lebens?

Die Leistungsfähigkeit bei Tests, die das Arbeitsgedächtnis beurteilen, steigt während der gesamten Kindheit an. Die Kapazität des Arbeitsgedächtnisses ist eine wesentliche Antriebskraft für die kognitive Entwicklung. Die Leistung bei Überprüfungen steigt kontinuierlich während der Kindheit und Jugendzeit und erreicht ihren Höhepunkt im jungen Erwachsenenalter. Auf der Kehrseite ist das Arbeitsgedächtnis eine der sensibelsten kognitiven Fähigkeiten im Bezug auf den Alterungsprozess. Die Leistung bei entsprechenden Tests sinkt demzufolge im fortgeschrittenen Alter.

Es wird angenommen, dass das Auf und Ab der Kapazität des Arbeitsgedächtnisses im Laufe des Lebens mit der normalen Entwicklung und dem Abbau des präfrontalen Kortex des Gehirns in Verbindung steht. Dieser ist ein Gehirnareal, das für höhere kognitive Funktionen zuständig ist.

Wir wissen, dass Schäden am präfrontalen Kortex zum Verlust des Arbeitsgedächtnisses (und vielen anderen Veränderungen) führen. Aufzeichnungen der neuralen Aktivität des präfrontalen Kortex zeigen, dass dieses Areal während der Verschleppungszeit (engl. delay period) aktiv ist. Das ist die Zeit zwischen einem Stimulus und der Antwort des Beobachters – also die Zeit, in der man versucht, sich an eine Information zu erinnern.

Verschiedenste psychische Erkrankungen, wie beispielsweise Schizophrenie und Depressionen, werden mit einer erniedrigten Funktion des präfrontalen Kortex in Verbindung gebracht, die durch ein Phänomen namens „Neuroimaging“ bildlich aufgezeigt werden kann. Aus demselben Grund sind diese Krankheiten auch mit einer reduzierten Leistung des Arbeitsgedächtnisses assoziiert. Interessanterweise ist dieses Defizit bei schizophrenen Patienten in visuellen Prozessen deutlicher ausgeprägt als in verbalen Aufgaben des Arbeitsgedächtnisses. In der Kindheit stehen Defizite des Arbeitsgedächtnisses mit Konzentrationsschwierigkeiten und Problemen bei Lese- und Sprachfertigkeiten in Verbindung.

Das Arbeitsgedächtnis und andere kognitive Funktionen

Der präfrontale Kortex wird mit einem breiten Spektrum an anderen wichtigen Funktionen assoziiert. Darunter fallen zum Beispiel Persönlichkeit, Planung und Entscheidungsfindung. Jeglicher Funktionsverlust dieses Areals führt mit großer Wahrscheinlichkeit zu Auswirkungen in verschiedensten Aspekten von Kognition, Emotion und Verhalten.

Entscheidend ist, dass viele dieser präfrontalen Funktionen als eng verbunden oder möglicherweise sogar abhängig vom Arbeitsgedächtnis angesehen werden. Beispielsweise ist es für Planung und Entscheidungsfindung notwendig, dass wir bereits alle relevanten Informationen „im Hinterkopf“ haben, um eine Vorgehensweise zu formulieren.

Eine Theorie der kognitiven Struktur, genannt die Theorie des globalen Arbeitsraums (engl. Global Workspace Theory), beruht auf dem Arbeitsgedächtnis. Diese Theorie nimmt an, dass die temporäre Speicherung von Informationen „im Hinterkopf“ Teil eines „globalen Arbeitsraums“ im Gehirn ist. Dieser verbindet viele verschiedene kognitive Prozesse und entscheidet darüber hinaus, welche Aspekte uns zu jedem Zeitpunkt bewusst sind. Angesichts der Tatsache, dass diese Theorie das Arbeitsgedächtnis als zentralen Entscheidungsträger unserer bewussten Wahrnehmung einsetzt, ist ein besseres Verständnis der Theorie möglicherweise ein wichtiger Teil in der Lösung um das Mysterium des Bewusstseins.

Wie man das Arbeitsgedächtnis verbessert

Es gibt Hinweise darauf, dass es möglich ist, das Arbeitsgedächtnis durch interaktive Aufgaben, beispielsweise durch einfache Spiele für Kinder zur Verbesserung der Merkfähigkeit, zu trainieren und zu verbessern. Auch eine verbesserte Leistung bei anderen Testarten, wie zum Beispiel Vokabel- oder Mathematiktests wird als möglich betrachtet. Zusätzlich gibt es Hinweise, dass Training des Arbeitsgedächtnissesdie Leistung von Kindern mit bestimmten Krankheiten wie ADHS verbessern kann. Allerdings zeigen viele Forschungsarbeiten, dass die Vorteile von kurzfristigem Erfolg und spezifisch für die trainierte Aufgabe sind.
Des Weiteren ist es möglich, dass die Verbesserungen, die in manchen Studien gefunden wurden, darauf zurückzuführen sind, dass die Testteilnehmer gelernt haben, ihr Arbeitsgedächtnis effizienter einzusetzen. Es handelt sich in diesem Fall also nicht um eine erhöhte Kapazität, sondern um eine effizientere Verwendung. Die Hoffnung in diesem Bereich des Trainings liegt darin, relativ einfache Aufgaben zu finden, die nicht nur die Leistungsfähigkeit der spezifischen Aufgabe verbessern, sondern auch auf ein breiteres Einsatzgebiet anwendbar sind.

Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation“ unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image (adapted) „Schreiben“ by picjumbo_com (CC0 Public Domain)


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Alex Burmester

Alex Burmester

arbeitet zurzeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der New York University Abu Dhabi (NYUAD) und forscht an menschlicher Wahrnehmung und Erinnerung.

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