Studie zeigt neuronale Umleitung im Gehirn

Eine neue Studie liefert handfeste Beweise für eine funktionierende Parallelverarbeitung im menschlichen Kopf. Danach ist echtes Dual-Tasking zumindest machbar. Voraussetzung ist allerdings ein diszipliniertes, aufwendiges Training. Ein Team von Wissenschaftler:innen der US-amerikanischen Georgetown University in Washington hat die neuronalen Grundlagen des Lernens tiefgehend analysiert. Sie ließen elf Proband:innen über einen Zeitraum von fünf bis zehn Wochen mehr als 30.000 Kategorisierungsaufgaben am Bildschirm lösen. Die Versuchspersonen mussten per App computergenerierte Autobilder in zwei unterschiedliche Gruppen sortieren. Das Team zeichnete die Gehirnaktivität vor und nach diesem intensiven Trainingsblock auf. Zum Einsatz kamen hochauflösende funktionelle Magnetresonanztomografie (MRT) und Elektroenzephalografie (EEG). Diese Kombination ermöglichte eine genaue räumliche und zeitliche Messung der kognitiven Verarbeitungsprozesse. Der frontale Flaschenhals im präfrontalen Kortex Neue oder komplexe Herausforderungen beanspruchen den präfrontalen Kortex extrem stark. Zwar verdanken wir diesem Areal unsere komplexesten Gedankengänge, doch es kann immer nur eine einzige Sache zur selben Zeit erledigen. Die Folge: Ein kognitiver Stau. Forscher:innen bezeichnen dieses Phänomen in der Kognitionswissenschaft als frontalen Flaschenhals. Wer dann versucht, zwei komplexe Aufgaben parallel zu erledigen, überfordert sich schnell. Die Fehler häufen sich. Am Ende leidet genau das, was wir eigentlich steigern wollten: unser Output. Zehntausend Wiederholungen des immer gleichen Ablaufs blieben nicht ohne Folgen. Die Hirnstruktur der Beteiligten veränderte sich radikal. Signale suchten sich einfach einen neuen Weg. Die detaillierte Auswertung der Scans, die in einer im Fachmagazin Journal of Cognitive Neuroscience veröffentlichten Studie zu lesen ist, offenbarte eine physische Umleitung im Kopf. Das Gehirn verlagerte die Verarbeitung der Aufgabe fast vollständig. Sie wanderte aus dem präfrontalen Kortex, unserer vorderen, bewussten Denkzentrale, in eine weiter hinten liegende Hirnregion. Dieser sogenannte ventrale okzipitotemporale Kortex arbeitet eher wie ein automatisches Archiv und verarbeitet normalerweise nur visuelle Objekte und Erinnerungen. Die intensiv trainierte Routineaufgabe bekam dort ihre eigene „neuronale Überholspur“. Das Gehirn baute sich selbst eine anatomische Umgehungsstraße, um das Nadelöhr im vorderen Denkzentrum zu entlasten. Neuronale Umleitung ermöglicht messbares Dual-Tasking Durch diese räumliche Verschiebung in den hinteren Bereich des Gehirns wurde der präfrontale Kortex messbar von der gelernten Routineaufgabe befreit. So freigewordene Kapazitäten stehen laut der Studie sofort für andere aufmerksamkeitsintensive Prozesse zur Verfügung. Die Proband:innen konnten im abschließenden dualen Experiment die Autos korrekt identifizieren und simultan eine zweite Herausforderung fehlerfrei bewältigen. Was das Auge erfasste, wurde durch die neuen Verbindungen im Kopf direkt in eine körperliche Handlung übersetzt. Das langsame Nadelöhr im bewussten Denkzentrum blieb dabei außen vor. „Die ermutigende Erkenntnis ist, dass man Multitasking wirklich lernen kann“, ordnet der Neurowissenschaftler Maximilian Riesenhuber laut Science Alert die Ergebnisse ein. Er spricht von einer messbaren Umgestaltung der Gehirnarchitektur durch harte Arbeit. Andere Teile des Gehirns ließen sich so durch exzessive Wiederholung gezielt aktivieren und für komplexe Aufgaben nutzen. Diese nachgewiesene Plastizität könnte künftig auch die Forschung an Algorithmen und künstlicher Intelligenz maßgeblich beeinflussen. Schauen sich KI-Entwickler dieses biologische Prinzip ab, könnten künstliche neuronale Netze künftig deutlich effizienter arbeiten. Ein Restzweifel bleibt. Die methodische Architektur der Untersuchung steht auf einem extrem schmalen statistischen Fundament. Elf Versuchspersonen bilden eine verschwindend geringe empirische Basis für weitreichende neurobiologische Paradigmenwechsel. Die sehr spezifische Laboraufgabe lässt sich kaum auf die dynamische Komplexität eines typischen Büroalltags übertragen. Niemand sortiert wochenlang 30.000 Bilder am Bildschirm, um danach eine komplexe Kalkulation minimal schneller neben einem Telefonat her bearbeiten zu können. Die Studie beweist vorerst lediglich die theoretische Machbarkeit der neuronalen Umverdrahtung unter perfekten Laborbedingungen. Der praktische Nutzen für moderne Arbeitsrealitäten tendiert aktuell gegen null. Autofahren verdeutlicht das biologische Prinzip der Automatisierung im echten Leben sehr anschaulich. Fahranfänger:innen benötigen ihre gesamte kognitive und physische Energie für das Schalten, Lenken und die Verkehrsbeobachtung. Erfahrene Fahrer:innen lenken den Wagen nach zehn Jahren Praxis geradezu automatisch über die Autobahn und führen parallel dazu noch tiefgehende Gespräche. Das Gehirn hat die motorischen und visuellen Anforderungen tief in den okzipitotemporalen Regionen verinnerlicht. Echte Parallelverarbeitung existiert demnach für ganz spezifische Tätigkeiten, fordert als Preis aber Jahre der Spezialisierung.