die am Lernprozess beteiligten Hirnareale

Die am Lernprozess hauptsächlich beteiligten Areale des Gehirns sind die Formatio Reticularis, Hypothalamus und Hypophyse, das limbische System mit dem Hippocampus und der Neocortex (Großhirnrinde).

Die Formatio reticularis ist ein , wie der Name schon andeutet (lat. reticularis - netzartig, formatio-Gebilde), das Stammhirn durchziehendes netzartiges Gebilde. Die zu den höheren Regionen aufsteigenden Neuronen der Formatio reticularis haben eine sensorische Funktion, während die zum Rückenmark absteigenden Neuronen motorische Funktionen ausüben. Es werden Zuströme von Sinneseindrücken empfangen, die zu einer unspezifischen Erregung der Nerven führt. Die Formatio reticularis ist eng mit dem Thalamus, dem limbischen System und dem Cortex verbunden. Dieses Nervennetz koordiniert die Zusammenarbeit des gesamten Systems und ist hauptsächlich zuständig für die Vigilanz, d.h. für den allgemeinen Wachzustand (Schlaf-Wach-Rhytmus) und die Aufmerksamkeitssteuerung (selektive Wahrnehmung der Umwelt). Außerdem spielt die Formatio reticularis eine wichtige Rolle bei der Steuerung der Atmung, des Herz-Kreislauf-Systems und des Temperatur-Haushalts des Körpers.

Der Hypothalamus ist Teil des Zwischenhirns und verbindet das Nervensystem mit dem endokrinen System, steuert also die Synthese (Bildung) und Sekretion (Ausscheidung) von Neurotransmittern. Im Hypothalamus werden die eintreffenden Informationen aus den Sinnesorganen miteinander verknüpft und eine erste Bewertung vorgenommen. Diese Vorentscheidungen werden getroffen ohne Bewusstseinsprozesse zu beteiligen und eine eventuelle (reflexartige) Reaktion veranlasst, wie z.B. Flucht- und Panikreaktionen und andere Verhaltensprogramme, die dem Bewusstsein nicht zugänglich sind. Aufgrund dieser Eigenschaft wird der Hypothalamus auch oft als „Autopilot des Körpers“ bezeichnet.

Der Hypothalamus steht in enger Verbindung zur Hypophyse, einer Hormondrüse, die eine übergeordnete Rolle bei der Regulierung des Hormonsystems inne hat. Die Hypophyse spielt vor allem bei Alarm- und Stressreaktionen eine zentrale Rolle. In einer stressigen Situation aktiviert der Hypothalamus das sympathische Nervensystem, wodurch eine Stressreaktion eingeleitet wird, bei der Hormone ausgeschüttet werden, die wiederum in der Hypophyse die Freisetzung entsprechender Hormone, sogenannter Tropine, veranlassen. Diese Tropine wirken auf die Zielorgane ein und hemmen gleichzeitig die Hypophyse und den Hypothalamus, so dass zwar eine entsprechende, unter Umständen lebenswichtige, Reaktion erfolgen kann, bei fehlendem Stressreiz aber die Stressreaktion auch wieder gestoppt werden kann. Stress führt zu einem erhöhten kardiovaskulären Tonus (beschleunigter Herzschlag und Atmung) und erhöhter kognitiver Leistungsfähigkeit (erhöhte Wahrnehmung), wohingegen Verdauung, Wachstum, Reproduktion und das Immunsystem gehemmt werden. Kurzzeitig wirkt sich Stress also leistungssteigernd aus, da er Denk- und Lernprozesse kurzzeitig verbessert. Langfristig überwiegen allerdings die negativen Auswirkungen. So kann ein langzeitiges hohes Stressniveau zu Schäden und Fehlfunktionen im Körper führen, bis hin zum Nerventod im Gehirn und dadurch auch ein verschlechtertes Lernvermögen.

Im limbischen System werden eintreffende Informationen gefühlsmäßig bewertet. Dazu werden die eintreffenden Informationen mit früheren Erfahrungen verglichen und unterteilt in wichtig und unwichtig, angenehm und unangenehm, bekannt und unbekannt, und anhand dessen eine Bewertung vorgenommen, bevor das Bewusstsein Einfluss nehmen kann. Anhand dieser Bewertung werden dann die entsprechenden Hormone ausgeschüttet, unter anderem Endorphine und körpereigene Opioide, die zum Belohnungssystem des Körpers gehören, das uns bei angenehm beurteilten Informationen (z.B. Erfolgserlebnissen) als positive Emotionen bewusst wird. Das limbische System vermittelt also zwischen den äußeren Reizen und dem Innenleben und ermöglicht ein breites Spektrum an Emotionen wie Wut, Trauer, Angst, Unlust, Glück und Lust. Die positiven Emotionen können das Lernen fördern, negative Emotionen können das Lernen aber auch hemmen.

Der Hippocampus ist Teil des limbischen Systems und gilt als zentrale Schaltstation des Limbischen Systems. Er zählt zum evolutionär ältesten Teil des Gehirns. Der Hippocampus spielt eine entscheidende Rolle bei der langzeitigen Abspeicherung von Informationen und ist somit beim Erlernen von Neuem unabdingbar. Schäden am Hippocampus führen dazu dass neue Ereignisse aus dem Kurzzeitgedächtnis nicht mehr ins Langzeitgedächtnis überführt und dort als Erinnerungen abgespeichert werden können, es werden also keine neuen Erinnerungen mehr generiert, wobei allerdings bereits Erlerntes erhalten bleibt. Außerdem ist der Hippocampus auch für die Koordination der verschiedenen Gedächtnisinhalte verantwortlich, wobei er neue Ereignisse schnell lernt und unvollständige Informationen anhand bereits gespeicherter Informationen ergänzt. Er ist also in der Lage neue Informationen in ein bereits vorhandenes „Wissensnetz“ einzubetten. Gelingt dies werden Dopamin und Acetylcholin ausgeschüttet was ein Glücksgefühl auslöst. Der Hippocampus selbst wird ebenfalls stark durch Emotionen beeinflusst. Es konnte zum Beispiel festgestellt werden, dass Depressionen, also langfristig negative Emotionen, eine sichtbare strukturelle Veränderung am Hippocampus hervorrufen können. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass positive Emotionen das Lernen fördern und Lernen positive Emotionen fördert.

Der Neocortex macht den Großteil (ca 90%) der Oberfläche des Gehirns aus. Die Oberfläche des Gehirns ist stark gefaltet, wodurch eine Vergrößerung der Gesamtoberfläche erreicht wird. Der Neocortex wird umgangssprachlich auch oft gern als „die grauen Zellen“ bezeichnet und macht die graue Schicht aus, die die weiße Substanz umgibt. Die graue Substanz besteht aus einzelnen Neuronen, die miteinander durch Synapsen verbunden sind. Über diese Synapsen verläuft die Kommunikation der Neuronen untereinander. Die Zellen des Neocortex sind stärker untereinander (intern) verbunden als nach außen hin. Das Gehirnwachstum von Geburt bis Pubertät besteht vor allem in der Veränderung der Dicke der Fasern bzw. der Verbindungen, wobei die Anzahl der Zellen weitgehend gleich bleibt. Dickere Fasern bedeuten bessere Verbindungen der Zellen untereinander und somit eine schnellere Reiz- und Informationsübertragung und somit eine daraus resultierende bessere Einbeziehung der einzelnen Gehirnareale. Die Synapsen werden bis ins hohe Alter durch neue Reize, Erfahrungen, Erlebnisse, Gedanken und Tätigkeiten gestärkt oder geschwächt, was lebenslanges Lernen ermöglicht. Der Neocortex unterteilt sich durch eine tiefe Furche in zwei Hälften, sogenannte Hemisphären, die wiederum durch ein dickes Nervenbündel, den Balken miteinander verbunden sind. Die Hemisphären steuern die jeweils entgegengesetzte Körperhälfte. Die linke Hemisphäre steuert also die rechte Körperhälfte, wohingegen die rechte Hemisphäre die linke Körperhälfte steuert. Zusätzlich lassen sich verschiedene Hirnfunktionen hauptsächlich in jeweils einer Hemisphäre lokalisieren. Die rechte Hemisphäre ist überwiegend zuständig für ganzheitliches Denken, analog assoziierendes und intuitives Denken, bildhafte Wahrnehmung, musikalisches Empfinden, Bewegung, intuitives Erfassen von Stimmungen und Gefühlen und das Verstehen einfacher Wörter. Die linke Hemisphäre übernimmt dagegen überwiegend das logisch analytische Denken, abstraktes wissenschaftliches Denken und genauere Analysen von Komplexen Inhalten, Sprechen, Schreiben, Sprachverständnis, komplexe Willküroperationen, verbale Reaktionen und das sprachgebundene Bewusstsein.

Ein effektives Arbeiten des Gehirns, wie das Lernen neuer komplexer Sachverhalte, lässt sich dementsprechend nur erreichen wenn beide Hemisphären effektiv zusammen arbeiten.