Experimente im Gehirn

Meldung vom 20.12.2007 - Leistungsschwankungen werden absichtlich erzeugt, um daraus zu lernen

US-Forscher haben entdeckt, warum auch der geübteste Sänger ein und dasselbe Stück nicht immer gleich gut singt. Dahinter steckt eine ausgeklügelte Lernstrategie des Gehirns: Es sorgt bewusst für winzige Variationen bei den notwendigen Bewegungen und registriert, welche Abweichung zu welchem Ergebnis führen. Dieses Versuch-und-Irrtum-System dient dazu, die persönliche Leistung ständig zu optimieren. Nachgewiesen haben die Wissenschaftler Evren Tumer und Michael Brainard diesen Mechanismus bisher zwar nur bei Singvögeln, sie sind jedoch davon überzeugt, dass das gleiche Prinzip auch beim Menschen dem Lernen von komplexen Bewegungsabfolgen zugrundeliegt.

Verschiedene Leistungsniveaus bei vertrauten, häufig wiederholten Tätigkeiten, wie sie etwa bei Sportlern oder eben auch Musikern vorkommen, gibt es nicht nur beim Menschen, sondern auch bei unterschiedlichen Tierarten. Forscher vermuten daher, dass hinter diesen Variationen ein genereller, gemeinsamer Mechanismus steckt. Einige halten das Phänomen für die Folge einer Art natürlichen Rauschens, das aus einer Ungenauigkeit bei der motorischen Steuerung resultiert. Andere glauben, die Variationen seien so gering, dass sie vom Gehirn als unwichtig eingestuft und daher nicht erfasst werden.

Um zu prüfen, ob es sich tatsächlich um eine Ungenauigkeit in der Steuerung oder aber um eine absichtliche Variation handelt, untersuchten Tumer und Brainard den Gesang von Prachtfinken (Lonchura striata) als Modell für ein erlerntes, komplexes Verhalten. Er ist eigentlich sehr stereotyp, zeigt aber eine typische Bandbreite an Variationen und erfordert zudem eine sehr präzise und schnelle Kontrolle des Bewegungsapparates, die mit Hilfe eines akustischen Feedbacks erlernt wird. Genau das nutzten die Forscher aus: Sie ließen einen Computer die Gesänge der Vögel analysieren und produzierten immer dann, wenn der Grundton einer bestimmten Sequenz leicht nach unten abwich, einen Störton. Innerhalb weniger Tage lernten die Finken, diese Abweichungen zu vermeiden, und nur noch etwas höhere Töne als Grundtöne für die betreffende Sequenz zu verwenden. Die Tonhöhe aller anderen Sequenzen und andere Merkmale wie die Geschwindigkeit oder die Tonabfolge blieben dabei unverändert.

Die Vögel überwachen demnach ständig ihre eigene Leistung, schließen die Forscher. Je nach Ergebnis kann eine Abweichung dann verworfen oder als Basis für neue Variationen genutzt werden. Die feinen Veränderungen spiegeln also ein ständiges Experimentieren des Gehirns wider, das dazu dient, das Verhalten zu optimieren – und das gilt wohl nicht nur für Singvögel, sondern generell, so das Fazit der Wissenschaftler.

Evren Tumer und Michael Brainard (Universität von Kalifornien in San Francisco): Nature, Band 450, S. 1240

wissenschaft.de – Ilka Lehnen-Beyel