Labor Schule Tipps vom Neurolabor

Viele hoffen, die Hirnforschung werde den Weg aus der Bildungsmisere weisen. Doch bringen ihre Erkenntnisse die Pädagogik wirklich voran?

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Die Hälfte der Schüler aus der 3c bekommt ihre Lehrerin heute nur auf der Leinwand zu sehen. Der Rest der Klasse sitzt im Zimmer nebenan und lauscht der leibhaftigen Josefine Till, Grundschulpädagogin an der Jörg-Syrlin-Schule in Ulm. Die Stühle in beiden Räumen sind trotzdem voll besetzt, denn unter Tills Zöglinge hat sich je eine weitere halbe Klasse gemischt: Drittklässler von der Maria-Sibylla-Merian-Grundschule.

Die Lehrerin liest die Geschichte vom Hasen vor, der sich vor einem Erdbeben fürchtet. Der Text stammt aus der Grundschul-Leseuntersuchung Iglu, die Kinder müssen danach Fragen beantworten, etwa: "Wen wollte der Hase warnen?"

Die Psychologin Julia Weber untersucht, wie wichtig der Kontakt zur Lehrerin für die Lernleistung der Achtjährigen ist. Tun sich die Kinder, die ihre Lehrerin lediglich als Live-Übertragung aus dem Nachbarzimmer zu sehen bekommen, mit den Fragen schwerer als jene, denen sie direkt vorliest? Und kriegen Tills eigene Schüler mehr mit als die Merian-Grundschüler, denen die Pädagogin fremd ist?

Webers Vorlesetest gehört zu einer der ersten Studien am "Transferzentrum für Neurowissenschaften und Lernen" (ZNL) an der Universität Ulm. Der Psychiatrieprofessor Manfred Spitzer hat dort Psychologen, Mediziner, Lehrer und Studenten versammelt, um, wie er sagt, "die Hirnforschung in die Schulen zu bringen".

Vor zwei Jahren veröffentlichte Spitzer ein Buch über "Gehirnforschung und die Schule des Lebens", seither fehlt er auf kaum einem Podium zur Bildungsdebatte, zu seinen Vorträgen strömen Eltern und Lehrer in Massen. Fortan möchte der populäre Forscher über sein Lieblingsthema "nicht mehr nur Festvorträge halten". Aus dem Wissen über die neurologische Basis des Lernens will er Rezepte für besseren Unterricht entwickeln.

Das gefällt auch Baden-Württembergs Kultusministerin Annette Schavan (CDU). Ihr Land fördert das ZNL mit insgesamt 2,3 Millionen Euro, das bayerische Kultusministerium und die Stadt Ulm sind ebenfalls beteiligt. Damit liegen sie im Trend: Geld für Bildungsforschung wird seit dem Pisa-Schock ohnehin leichter bewilligt. So richtig spendabel aber zeigen sich die Sponsoren erst, wenn sie im Forschungsantrag das Wort "Gehirn" oder das Präfix "Neuro" entdeckt haben.

Zahlreich sind inzwischen jene, die glauben, die Hirnforschung könne den Weg aus der Bildungsmisere weisen. Schon Ende der achtziger Jahre hatte der Freiburger Mathematikdidaktik-Professor Gerhard Preiß die Vision einer Pädagogik entworfen, die sich die Erkenntnisse der Neurowissenschaftler zu Nutze macht. "Neurodidaktik" nannte er das.

Rasch fand seine Idee Anhänger. Inzwischen fordert auch Wolf Singer, Direktor am Frankfurter Max-Planck-Institut für Hirnforschung, dass "alle Erzieher künftig Grundkenntnisse in Neurologie und Entwicklungspsychologie erwerben sollten". Nur so könnten sie "sofort erkennen, in welcher Lernphase sich ein Kind gerade befindet". Und bei der OECD, die schon die Pisa-Studie ersann, läuft inzwischen ein internationales Projekt, Thema: "Wie funktioniert das Gehirn? Auf dem Weg zu einer neuen Lernwissenschaft".

Schon bei den Allerkleinsten beginnt die Hirnerkundung. Landauf, landab wird in den Labors die Nuckelintensität von Säuglingen gemessen. Forscher kleben Elektroden auf ihre zarten Schädel, dokumentieren ihre Lallversuche und zeichnen auf, wann sie wohin ihren Blick wenden - alles, um zu ergründen, wie das Wunder des Lernens seinen Anfang nimmt.

Auch Henning Scheich, Direktor am Magdeburger Leibniz-Institut für Neurobiologie, zählt zu jenen, die "biologische Thesen zum optimalen Lernen" formulieren. Kategorisch erklärt er: "Wer nichts vom Hirn versteht, hat keine Ahnung davon, wie Kinder am besten lernen."

Wer wissen will, wie er sich den Transfer der Erkenntnis von der Hirnforschung in die Schulen vorstellt, dem führt Scheich die Rennmäuse in seinem Labor vor. Sie haben gelernt, in die Höhe zu hüpfen, sobald ein hoher Pieps ertönt. Wer nicht schnell genug reagiert, bekommt die Quittung auf dem Fuß: Stromschläge fahren den Tieren in die Zehen.

Der eigenwillige Unterricht im Plattenbau am Magdeburger Stadtrand gehorcht einem einfachen Muster: Lernen durch Wiederholung und Strafe. Was die Forscher dabei jedoch interessiert, ist weniger der Lernerfolg selbst als vielmehr das Glücksgefühl, mit dem das Aha-Erlebnis verbunden ist. Die Versuchstiere entdecken, dass der lästige Fußkitzel ausbleibt, wenn sie zeitgleich mit dem Piepton in die Luft hopsen. "Und selbständig eine Lösung zu finden bereitet ihnen offensichtlich Lust", erklärt Scheich.

Scheich glaubt, die Lustgefühle seiner Zöglinge genau zu kennen. Denn mit Hilfe haarfeiner Sonden im Kopf der Rennmäuse kann er winzige Mengen Hirnflüssigkeit untersuchen. Diese Tröpfchen erzählen eine Menge über die Wirkung von Erfolg: Jedes Mal, wenn eine Maus rechtzeitig hüpft, schüttet ihr Gehirn verstärkt Dopamin aus. Mit diesem körpereigenen Suchtmittel belohnt sie sich selbst.

Noch ehe der Mensch seinen ersten Schrei ausstößt, sind monatelang Minute für Minute mehr als 500 000 graue Zellen in seinem Kopf entstanden.

Scheich ist überzeugt davon, dass sich im Gehirn menschlicher Schüler ganz ähnliche Vorgänge vollziehen. Auch sie reagieren auf Lernerfolge mit Begeisterung: "Ein Kind lernt dann am besten, wenn es Aufgaben selbständig löst. Das Lustgefühl, das damit einhergeht, ist nachhaltiger als jede Belohnung von außen", erklärt Scheich.

Doch bringt das Wissen um die Wirkung des Dopamins die Pädagogik wirklich weiter? Kann die deutsche Schule tatsächlich an den Erkenntnissen der Hirnforscher genesen? Da verspricht der eine, das Zusammenspiel der Hirnhälften zu stärken; der nächste rät, die Bildung von Synapsen zu befördern; und der dritte mahnt, die heilsame Wirkung des limbischen Systems nicht zu vergessen: So reichhaltig ist die Flut von Tipps, die aus den Neurolabors in die Schulen schwappt, dass manch ein Lernforscher bereits argwöhnt: Wird hier womöglich mit falschen Versprechungen gehandelt?

Sicher, niemand kann in Zweifel ziehen: So wie der Darm das Organ der Verdauung und die Lunge dasjenige der Atmung ist, so ist das Hirn das Organ des Denkens und Lernens. Ebenso unstrittig ist: Was immer sich ein Mensch merkt, muss an den Synapsen, den Verknüpfungsstellen der Nervenzellen, Spuren hinterlassen; andernfalls könnte er es später nicht wieder aus seinem Gedächtnis zu Tage fördern. Wer folglich den biologischen Vorgang des Lernens begreifen will, der muss seine Aufmerksamkeit den Synapsen zuwenden.

Und die sind durchaus faszinierend. Jeder Hirnforscher kann sein Publikum in den Bann schlagen, wenn er nur die unfassliche Komplexität seines Forschungsgegenstands verdeutlicht: Mit 120 Milliarden Nervenzellen wird ein Mensch geboren; noch ehe er den ersten Schrei ausstößt, sind monatelang Minute für Minute mehr als 500 000 graue Zellen in seinem Kopf entstanden.

Sie alle sind mit einem enormen Hunger nach Erfahrung ausgestattet. Jede der vielen Milliarden Nervenzellen reckt Tausende von Ärmchen aus, um Verbindungen zu seiner neuronalen Umwelt zu knüpfen. Unentwegt strömen nun die Reize von Augen, Ohren, Riech-, und Tastzellen ins Netzwerk der Neuronen, unentwegt werden unter dem Einfluss der Erfahrungen die Verknüpfungen gefestigt oder gelockert, neu gebildet oder aufgelöst. Das Hirn gleicht einer Großbaustelle, auf der das Umbauen nie ein Ende hat.

Erstaunlich weit sind die Forscher in dem Bemühen, die Vorgänge an den Synapsen zu ergründen, vorangekommen. Schon vor über 100 Jahren hatte Iwan Pawlow in seinen legendären Hundeversuchen nachgewiesen, dass zwei Reize, die nichts miteinander zu tun haben, dauerhaft miteinander verknüpft werden, wenn sie gleichzeitig auftreten.

Was während eines derartigen Lernversuchs im Gehirn des Hundes geschieht, das konnten die Forscher erst viel später aufklären - bei Experimenten mit einer Schnecke. Seit den sechziger Jahren entwickelte sich der Kalifornische Seehase "Aplysia californica", eine bis zu fünfzehn Kilogramm schwere Schnecke aus dem Ozean, zum bevorzugten Versuchstier der Lernforscher. Denn an den riesigen Neuronen dieses Meeres-Mollusken lässt sich besonders leicht mit Elektroden hantieren.

Zwar zeichnet sich Aplysia nur durch recht einfache Reflexe aus. Auf Gefahr hin zieht sie beispielsweise Kieme oder Fühler ein. Doch wenn sich dieser Rückzugsreflex nach Verletzungen verstärkt, nach ungefährlichen Berührungen hingegen abschwächt, dann ist auch dies eine - wenngleich sehr primitive - Form von Lernen.

Bis ins molekulare Detail konnten die Forscher aufklären, welche Synapsen sich während dieses Lernvorgangs wie verändern. Und mehr noch: Sie stellten fest, dass die molekularen Mechanismen, die eine Schnecke bei Gefahr zusammenzucken lassen, noch weitgehend unverändert zum Einsatz kommen, wenn Menschen binomische Formeln oder chinesische Vokabeln lernen. Auf das Inventar von Rezeptoren und Botenstoffen, das die Forscher an den Synapsen von Aplysia fanden, stießen sie auch im Hippocampus von Säugetieren, einer Hirnregion, die bei Lernvorgängen eine Schlüsselrolle spielt.

Kein Zweifel: Die molekulare Aufklärung des Lernens zählt zu den spektakulärsten Erfolgen der Hirnforschung. Doch was hilft sie dem Lehrer, der vor eine Horde Pubertierender tritt? Nützt es ihm wirklich, wenn er weiß, welcher Neurotransmitter gerade den Hippocampus seiner Schüler kitzelt?

Durchaus, behaupten die Neurodidaktiker. Der Magdeburger Forscher Scheich etwa ist überzeugt, dass Pädagogen etwas von seinen Rennmäusen lernen können: Viel zu wenig, meint er, hätten die Lehrer begriffen, wie lustvoll das Lernen für Kinder ist. Wie nach einer Droge gelüste es sie nach dem Dopamin, das ihr Hirn als Belohnung für Lernerfolge ausschüttet.

Das Lernen "mit Kopf, Herz und Hand" hatte schon vor 200 Jahren der Pädagogikpionier Pestalozzi gefordert. Von Neuronen und Synapsen wusste er nichts.

Lernen, so folgt daraus, ist ein sich selbst fördernder Prozess. Je mehr Französisch ein Schüler kann, desto schneller wird er weitere Vokabeln lernen. Je mehr mathematische Formeln er kennt, desto leichter wird es ihm fallen, sich neue anzueignen. Das Gehirn will sich verführen lassen - und das gelingt am besten, wenn man an das anknüpft, was es schon weiß.

Valentin Braitenberg, Emeritus am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen, geht gar davon aus, dass es sich mit dem Lernen wie mit dem Sex verhält. Der Homo sapiens sei mit einem zusätzlichen Trieb ausgestattet, den Braitenberg den "Kapiertrieb" nennt. Kein anderes Tier kenne ein ähnliches Gefühl der Befriedigung durch Aha-Erlebnisse: "Beim Menschen - und nur bei ihm - ist die Verknüpfung der Vorstellungen zu Gedankenketten oftmals auf das eine Ziel hin gerichtet: diese Hirnlust zu erleben."

Andere Neurowissenschaftler interessieren sich vor allem für die Gefühle, mit denen das Lernen einhergeht. So hat der Ulmer Lernzentrums-Begründer Spitzer nachgewiesen, dass Wörter, die in einem positiven emotionalen Kontext gelernt werden, in einem anderen Bereich des Gehirns gespeichert werden als solche, die mit unangenehmen Gefühlen einhergehen. Was also mit Angst und Leistungsdruck gelernt wurde, folgert der Forscher, ist auch dann mit diesen Gefühlen behaftet, wenn es später wieder abgerufen werden soll. Schon deshalb sei die Freude am Lernen in der Schule oberstes Gebot.

"Vielseitig Vernetzen", so wiederum lautet die zentrale Lehre des Freiburger Neurodidaktikers Preiß. Im komplexen Gewebe der neuronalen Verknüpfungen lasse sich eine neue Information besonders dann dauerhaft verankern, wenn sie möglichst vielseitig vernetzt und möglichst häufig abgerufen werde. Nur Vokabeln, die in vielen verschiedenen Zusammenhängen auftauchen, bleiben haften.

Was Preiß damit meint, das zeigt er, gemeinsam mit seinem Mitarbeiter Gerhard Friedrich, im badischen Lahr. Dort erproben die beiden eine Art vorgezogenen Mathematikunterricht für den Kindergarten. "Entdeckungen im Zahlenland" heißt das Projekt, in dem Vier- bis Fünfjährige sich einmal pro Woche eine Stunde lang mit einer neuen Zahl beschäftigen.

Die Erkundungen folgen einem strikten Ritual. Erst einmal setzen sich die Kleinen im Turnraum auf Bänke. "Guten Morgen, liebe Zahlen", krähen 15 Kehlen. Dann wird es gemütlich.

Jedenfalls für die Zahlen: Ihre Wohnungen, auf dem Boden liegende Hula-Hoop-Reifen, bekommen Besuch von Inneneinrichtern. Caroline kümmert sich um das zu Hause der 1; Lutz und Tobias um die Wohnung der 2; Pascal, Anne und Stefan richten das Apartment der 3 ein. Eifrig schaffen sie die Möbel heran: gelbe Tennisbälle, Steine und Klötze, jeweils so viele, wie es der Name des Bewohners fordert.

Mathematik sei einfacher zu erlernen als die komplexe Syntax und Grammatik einer Sprache, meint Preiß. Er schleppt Käfer und Blumen zum Beine- und Blütenzählen mit in den Hort, Abzählreime und Lieder. "Ist man nett genug zu den Zahlen, sind sie auch nett zu uns."

Kindgerechter kann Zahlenlehre kaum sein. Und entsprechend groß ist der Erfolg: Nach zehn Sitzungen gehören die Zahlen so selbstverständlich zum Leben der Vierjährigen wie ihre Teddybären.

"Vielseitig Fordern"; "Lernen mit Spaß"; "Praxis ist wichtig" - die Rezepte der Neurodidakten muten plausibel an. Doch neu sind sie nicht. Dass Kinder "mit Kopf, Herz und Hand" lernen sollten, hatte schon vor 200 Jahren der Pädagogikpionier Johann Heinrich Pestalozzi gefordert. Von Neuronen und Synapsen wusste er nichts.

Frappierend ähneln die Empfehlungen der Hirnforscher denjenigen, die Reformpädagogen bereits in den zwanziger Jahren in die Praxis umgesetzt hatten. Dass die Paukschule zum Lernen kein gutes Klima schafft, wussten schon sie. Derzeit jedoch scheint es, als bedürfe es einer hirnphysiologischen Begründung, um einer solchen Erkenntnis erneut Aufmerksamkeit zu verschaffen.

Auch ein weiterer Lehrsatz der Neurodidakten findet sich bereits bei den Reformpädagogen, etwa in den Schriften der Italienerin Maria Montessori. Für jeden Lernschritt, so die neue, alte Erkenntnis, gibt es eine optimale Phase während der kindlichen Entwicklung.

In der Tat lehrt die Erfahrung, dass sich beispielsweise der Spracherwerb eines Kindes auf die stets gleiche Weise vollzieht: Erst lernt ein Säugling, die typischen Laute seiner Muttersprache zu erkennen, dann erkundet er diese lautierend, schließlich beginnt er, ganze Worte zu bilden. Und auch die motorischen, sozialen oder kognitiven Fähigkeiten entwickeln sich meist in festgelegter Abfolge - ein Abbild des Reifungsprozesses im kindlichen Hirn.

Wie fest aber sind diese Stufen der Entwicklung von der Natur vorgegeben? Und vor allem: Was geschieht, wenn das zum Erwerb einer Fähigkeit vorgesehene Fenster verpasst ist? Wird ein Kind, das an seinem dritten Geburtstag nur brabbelt, seinen Lebtag nicht richtig sprechen können? Wird nur zum Virtuosen, wer als Baby bei Mozart-Klängen geschlummert hat?

Mit dem Aufkommen der Neurodidaktik schürte eine Flut von Büchern und Ratgebern die Ängste der Eltern. Mit der "Synapsenpflege", so die allgegenwärtige Botschaft, könne man gar nicht früh genug beginnen. Schon am dritten Geburtstag seien alle entscheidenden Weichen gestellt. In den Grundzügen stehe der Schaltplan der Neuronen dann fest, danach folge nur noch die Feinkorrektur. Babys, so mussten die Leser derartiger Ratgeber glauben, gleichen einer Art Knete, aus der sich nach Wunsch Einsteins oder doch zumindest Bankdirektoren formen lassen.

Inzwischen gilt der "Mythos der ersten drei Jahre" - so der Titel einer kritischen Abrechnung mit dem pädagogischen Allmachtswahn - als überholt, die biologischen Grundlage der viel beschworenen "Entwicklungsfenster" indes ist nach wie vor ungewiss.

Unzweifelhaft ist das kindliche Hirn formbarer als das des Erwachsenen. Unbestreitbar auch, dass Kinder mancherlei mühelos lernen, womit sich Erwachsene vergeblich mühen.

Am Eindrucksvollsten zeigt sich dies beim Spracherwerb. Scheinbar ohne jede Anstrengung reichern Kinder ihren Wortschatz alltäglich um rund 30 Wörter an. Erwachsene dagegen müssen mühsam Vokabeln büffeln und erlernen trotzdem selbst nach langjähriger Praxis eine Fremdsprache nicht mehr akzentfrei.

Noch allerdings ist der komplizierte Reifungsprozess des Gehirns kaum verstanden - viel zu wenig jedenfalls, um daraus pädagogische Rezepte ableiten zu können.

Wie trügerisch neurobiologische Befunde sein können, zeigt ein Experiment, das auf den ersten Blick eindrucksvoll das Schließen eines Entwicklungsfensters zu demonstrieren scheint: Klebt man einem Kätzchen unmittelbar nach der Geburt ein Auge zu, so lernt es einäugig zu gucken. Daran ändert sich nichts mehr, wenn die Augenklappe nach einigen Wochen entfernt wird: Das Kätzchen bleibt auf dem abgeklebten Auge zeitlebens blind. Offenbar ist der Zeitraum, in dem es das Sehen lernen konnte, unwiderruflich verstrichen.

Ein geringfügig veränderter Versuchsaufbau jedoch zeigt, dass sich die Natur mitunter komplizierter verhält, als es der Anschein glauben macht: Wer nämlich einer Katze beide Augen verbindet, stellt fest, dass sie einige Wochen später so mühelos sehen kann, als hätte sie nie eine Augenklappe getragen.



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