Einblick ins GehirnPausen willkommen: Wie wir lernen und erinnernSerie Forschen und Verstehen

21. Januar 2026, von Anna Priebe

Foto: Adobe Stock/solvod

Unser Gehirn ist unvorstellbar komplex und verändert sich mit jedem Moment unseres Lebens. Was beim Erleben und Erinnern auf neuronaler Ebene genau passiert, untersucht Prof. Dr. Nicolas Schuck an der Fakultät für Psychologie und Bewegungswissenschaft. Im Interview spricht der Professor für Kognitive Neurowissenschaften mit Fokus auf Lern- und Veränderungsmechanismen unter anderem über sinnvolle Pausen, schwierige Einblicke und unerreichte Effektivität.

Ereignisse, die Jahre zurückliegen, sind uns oft präsenter als das Mittagessen von vorgestern. Weiß man, wie das Hirn einzelne Ereignisse verarbeitet?

Es ist auf jeden Fall nicht so, dass das Gehirn eine Art Videorekorder hätte und alles aufzeichnet und abspeichert. Aus der Forschung wissen wir, dass das Gehirn diesen Prozess sogar aktiv steuert. Die bekanntesten Theorien sprechen hier von ‚Tagging and Capture‘ an neuronalen Synapsen, das heißt, es gibt physiologische Mechanismen, mit denen das Gehirn ‚entscheiden‘ kann, dass ein Erlebnis besonders wichtig ist und ihm mehr neuronale Ressourcen zugeschrieben werden sollen.

Und was bekommt mehr Ressourcen?

Zum einen sind das Ereignisse, die in uns emotional sehr viel auslösen, also uns besonders glücklich oder traurig machen. Diese Gefühle haben eine Menge hormoneller und neuronaler Konsequenzen für die Prozesse der Gedächtnisspeicherung. Zum anderen wirken sich Erlebnisse aus, die überraschend sind. Dazu forschen wir auch hier an der Fakultät. Ein Ereignis muss dann gar nicht besonders emotional sein, sondern wird anscheinend auch dann tiefer abgespeichert, wenn ich es nicht erwartet habe.

Was bedeutet „tiefer abgespeichert“?

Die sogenannte Konsolidierungstheorie besagt, dass Erlebnisse initial in einer Struktur des Gehirns, die wir Hippocampus nennen, abgespeichert werden. Im Laufe der nächsten Stunden, Tage, Wochen und manchmal sogar Monate werden sie aus diesem temporären Speicher in ein längerfristiges Archiv verschoben, das an verschiedenen Stellen in der Großhirnrinde, dem sogenannten Kortex, liegt. Den emotionalen und überraschenden Erlebnissen wird dabei mehr Zeit gewidmet und wir behalten mehr Details. Für ein Verständnis des Gedächtnisses ist es zentral zu wissen, dass die Abspeicherung nicht nur im Moment des Erlebens stattfindet, sondern auch in der Zeit danach.

Was passiert bei der Abspeicherung genau?

Konsolidierung heißt im Grunde genommen, dass im Kortex Langzeitverbindungen angelegt werden, die unter anderem verschiedene sensorische Aspekte einer Erfahrung miteinander verbinden – zum Beispiel die visuell wahrgenommenen Gesichtszüge mit dem zugehörigen Namen. Dadurch werden Erinnerungen teilweise unabhängig vom Hippocampus, in dem die Erfahrung ursprünglich abgespeichert wurde. Wir wissen heute aber, dass der Hippocampus in vielen Fällen weiterhin wichtig für den Abruf bleibt, weil er hilft, im Kortex Abgespeichertes später auch wiederzufinden.

In Ihrer Forschung geht es unter anderem darum, wie man diese Prozesse unterstützen und verbessern kann, etwa durch Schlaf. Was untersuchen Sie genau?

Schlaf ist insgesamt extrem wichtig. Alle Säugetiere tun es und dauerhafter Schlafentzug kann tödlich sein. Interessant ist, dass Schlaf für das Gehirn unglaublich energieintensiv ist und nicht – wie man denken könnte – der Energieeinsparung dient. Ein wichtiger Grund für den Energieverbrauch ist, dass während dieser Zeit die langfristigen Erinnerungen angelegt werden. In unserer Forschung haben wir herausgefunden, dass schon kurze Nickerchen helfen können – bei der Gedächtnisverarbeitung, aber auch bei kreativen Prozessen. Wir konnten sogar zeigen, dass auch sogenannte Mikropausen von 10 bis 20 Sekunden einen Effekt haben.

Es reicht also, einmal kurz durchzuatmen?

Wie genau die Pause optimalerweise aussehen muss, wissen wir noch nicht. Aber bei unseren Studien sollen sich die Probandinnen und Probanden zum Beispiel die Reihenfolge von Bildern merken. Wenn man ab und zu zwischen zwei Bildern 20 Sekunden pausiert, hat das bereits positive Effekte auf die Gedächtnisleistung. Die Personen sitzen weiter vor dem Bildschirm, bekommen aber keinen neuen Input. Unsere Untersuchungen zeigen, dass in diesen Phasen das eben Gesehene im Gehirn noch einmal aktiviert wird. Die Teilnehmenden spielen die Bilderreihenfolge also im Kopf noch mal durch – und können sie sich so besser merken. Die Reaktivierung ist ganz wichtig dafür, eine langfristige Gedächtnisleistung herzustellen.

Teilnehmende haben zwei Nächte im MRT geschlafen, während wir EEG-Daten aufgezeichnet haben

All diese Prozesse finden im Kopf der Studienteilnehmenden statt. Wie machen Sie sie sichtbar?

Wir machen viele Studien mithilfe von Magnetresonanztomographie, kurz MRT. Mit meiner Arbeitsgruppe habe ich daran mitgearbeitet, diese Technik weiterzuentwickeln, um sie für unsere Forschung nutzbar zu machen. Die Prozesse im Gehirn laufen nämlich unglaublich schnell ab und waren mit dem MRT wegen der minimal verzögerten Abbildung oft nicht gut darstellbar. Inzwischen gibt es aber Verfahren, die uns erlauben, diese kurzen, schnellen Aktivierungen zu sehen.

Parallel arbeiten wir mit der Elektroenzephalografie (EEG) – der Messung der elektrischen Spannung auf der Kopfhaut, die durch Gehirnaktivität entsteht. Hier hat man nochmal eine bessere zeitliche Auflösung als im MRT, allerdings ist die räumliche Verortung im Gehirn nicht so gut und wir wissen oft nicht so genau, woher die Signale genau kommen. Daher kombinieren wir beide Methoden und schließen die Probandinnen und Probanden, die die Aufgaben im MRT lösen müssen, in manchen Experimenten auch mit Elektroden an das EEG an.

In einer der spannendsten Studien, die wir bisher gemacht haben, haben die Leute sogar zwei Nächte im MRT geschlafen, während wir gleichzeitig EEG-Daten aufgezeichnet haben. Das war wahnsinnig aufwendig und die Entwicklung hat sehr lange gedauert – meine Postdoktorandinnen und -doktoranden hatten viele schlaflose Nächte. Die Ergebnisse stehen noch aus, aber sie werden uns helfen, besser zu verstehen, wie eine gestellte Gedächtnisaufgabe im Gehirn während der Nacht verarbeitet und als Erinnerung abgespeichert wird.

Diese Versuchsanordnungen bringen besondere Herausforderungen mit sich, oder?

Ja, denn typischerweise zeigt man den Probandinnen und Probanden in neurowissenschaftlichen Experimenten einen bestimmten Stimulus, zum Beispiel ein Foto von einem Gesicht. Im MRT sieht man, wo das Gehirn reagiert. Dann zeigt man ein Foto von einer Blume und schaut sich die Unterschiede in der Verarbeitung an. Wir wissen also, was diese Person aktuell verarbeitet. In unserer Studie geht es aber um Prozesse während Schlaf- oder Ruhephasen, das heißt wir haben von außen keine Kontrolle darüber, was die Person gerade abruft.

Unser Ansatz ist daher, dass die Teilnehmenden erst eine Aufgabe bearbeiten und wir dabei schauen, was im Gehirn passiert. Dann schlafen die Personen oder machen eine Pause – und da untersuchen wir, ob die gleichen Muster sichtbar werden. So können wir sehen, ob die Inhalte während dieser Phasen reaktiviert werden.

Helfen Ihnen bei der Analyse auch Anwendungen der künstlichen Intelligenz (KI)?

Auf jeden Fall. Nehmen wir als Beispiel den Bereich des Gehirns, der visuelle Informationen verarbeitet, den visuellen Cortex: Allein hier haben wir im MRT circa 25.000 Datenpunkte, die alle zwei Sekunden ein Signal abgeben. Werden diese bei einer Aufgabe aktiviert, etwa wenn sich die Testperson zehn verschiedene Gesichter merken soll, wollen wir wissen, wie sich das Aktivierungsmuster zwischen den Gesichtern über diese 25.000 Datenpunkte hinweg unterscheiden. Das ist menschlich nicht zu bewältigen, daher benutzen wir schon seit vielen Jahren Algorithmen zur Mustererkennung, die dem sehr ähnlich sind, was in der KI verwendet wird.

Glauben Sie, dass die KI, wenn man sich die Komplexität des Hirns anguckt, dessen Leistung vollumfänglich erreichen kann?

Das menschliche Gehirn ist unendlich kompliziert: Es besteht aus 85 bis 100 Milliarden Nervenzellen und jede hat ungefähr 1000 Verbindungen. Um ein Stück Gehirn von der Größe eines Salzkorns zu beschreiben, bräuchte man schon ungefähr ein Gigabyte Daten. Dennoch versucht die Wissenschaft, diesen gesamten ‚Kabelsalat‘ – das sogenannte menschliche Konnektom – zu kartografieren. Das wird noch viele Jahrzehnte dauern, aber manche Forschende glauben, dass man das Gehirn mit so einer genauen Abbildung simulieren könnte.

Eine andere Denkschule setzt dagegen darauf, die Prinzipien zu verstehen und zu abstrahieren. Und da sind wir dann schon bei ChatGPT und Co., die auf neuronalen Netzwerken basieren. In diesen Modellen fehlen viele biologische Details, so gibt es keine verschiedenen Rezeptortypen wie im Gehirn, aber die Prinzipien der Datenverarbeitung sind ähnlich. Und die Komplexität aktueller KI-Modelle kommt mittlerweile auch nah an die Größenordnung des Gehirns heran.

Ich denke, die große Frage ist, ob an der richtigen Stelle abstrahiert wurde oder nicht doch wichtige Komponenten des ‚Systems Gehirn‘ weggelassen wurden. Zum Beispiel ist KI unglaublich energieintensiv, während das menschliche Gehirn mit drei Mahlzeiten am Tag eine ähnliche Rechenleistung aufbringt. Schon die erste Generation von Chatbots wie GPT3 musste, um Sprache zu erlernen, ein Vielfaches an Input bekommen als ein menschliches Kind – etwa 40 Millionen Seiten Text. Heute ist das noch ein Vielfaches mehr. Man sieht also: Unser Gehirn ist sehr effektiv und schnell – und das kann die KI noch nicht abbilden. Warum das so ist, ist unklar. Alle Tricks des Gehirns aus Millionen Jahren Evolution haben wir anscheinend noch nicht rausgefunden.