Was lernen Kinder während ihrer langen Kindheit? Wie lernt man? Entrollen

Kognitive Kontrolle ist keine psychologische Funktion, sondern entsteht aus einem hochgradig interaktiven und komplexen System, das Gedanken und Handlungen verbindet. Um die kognitive Kontrolle vollständig zu verstehen, muss sie als dynamische Funktion und nicht als statische Fähigkeit betrachtet werden.

Dieser Artikel ist ein Auszug aus „Cognitive Control“ (Ausgabe Mai 2022, International Culture Publishing Company) mit einigen Streichungen.

Geschrieben von David Budd

Übersetzung | Fang Qinghua

Wenn Sie selbst Kinder haben oder zumindest viel Zeit mit Kindern verbracht haben, wissen Sie vielleicht, woher der Begriff „kognitive Kontrollstörung bei Kindern“ stammt. Cameron wiederholt vielleicht zwanzig Minuten lang ununterbrochen dasselbe Wort, Joan beschließt vielleicht, allen im Restaurant mitzuteilen, dass sie gerade auf die Toilette gegangen ist, und Elroy merkt vielleicht nicht, dass er den ganzen Tag zwei verschiedene Schuhe getragen hat und sein Hemd auf links gedreht ist.

In solchen Momenten lachen wir über uns selbst, aber wie der Komiker Ray Romano in seiner Comedy-Show sagte: „Opa ist auch so, aber nicht so liebenswert wie ein Kind. Stimmt's? Das ist einfach heuchlerisch von Ihnen.“ Ray hat absolut recht. Neurowissenschaftler haben schon seit langem beobachtet, dass sich erwachsene Patienten mit Frontallappenschäden sehr ähnlich wie Kinder verhalten, was für sie eine große Beeinträchtigung im Leben darstellt.

Ein Fall zur Referenz ereignete sich im Jahr 1936, in dem sich Patient A sehr kindisch verhielt. Hier ist beispielsweise eine Beschreibung von Patient A, wie er sich vor seinem Arzt, seiner Frau und seiner Mutter anzieht:

(Patient A) wäscht sich die Hände. „Warum sollte ich mein Gesicht waschen? Der Friseur wird mein Gesicht waschen. Er legt mir ein heißes Handtuch aufs Gesicht, das reicht.“ (Jemand wies darauf hin, dass Seife besser reinigt als ein heißes Handtuch.) A antwortete: „Unsinn!“ … A schlenderte von einem Zimmer zum anderen, neckte seine Mutter und verspottete seine Frau. Er pfeift, singt, grinst, tanzt und behauptet: „Ich bin auch ein bisschen ein Tänzer. Ich wette, du kannst nicht tanzen.“ (Als niemand auf ihn achtet, beginnt A, Kampfgesten zu machen und schubst L mit den Fäusten.) A erwähnt oft die Börse und die Handelsräume. A zieht sein Hemd an und dann seine Hose, das rechte Bein zuerst, und knöpft sie dann zu, aber nur teilweise. Er zog seine Schuhe an, band sie aber nicht zu. Dann stand er mit den Hausschuhen in der Hand auf und seine Mutter schien sie ihm wegzunehmen.

Ich stelle mir vor, dass meine Frau und ich beim Versuch, unsere Kinder für die Schule fertigzumachen, die gleichen Morgen erlebt haben, nur dass sie die New Yorker Börse durch eine Diskussion über Minecraft ersetzt haben. Die Ähnlichkeiten in diesen Verhaltensweisen lassen darauf schließen, dass dem Verhalten dieser beiden Gruppen ein gemeinsames System zugrunde liegt. Mit anderen Worten: Diese Gemeinsamkeiten haben zu der Hypothese geführt, dass die kognitive Kontrolle ein wichtiger Ort für Entwicklungsveränderungen bei Kindern ist. Aber das ist nur eine Analogie.

So wie sich die kognitive Kontrolle langsam entwickelt, unterliegen auch die für die kognitive Kontrolle entscheidenden Gehirnsysteme von der Kindheit bis zur Adoleszenz langwierigen Veränderungen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass sich der Frontalkortex erst im späteren Kindesalter entwickelt oder aktiv wird. Stattdessen beginnt seine Entwicklung im Mutterleib und bei unserer Geburt verfügt unser Gehirn bereits über Regionen und Unterteilungen neuronaler Netzwerke des präfrontalen Kortex.

Unter „Zellmigration“ versteht man den Vorgang, bei dem sich junge Zellen im Embryo bewegen und sich im sich entwickelnden Organismus an die entsprechende Stelle begeben. Während der Fötalperiode ist die Zellmigration in Neuronen wichtig für die Entwicklung des Nervensystems, da sie bestimmt, wie Neuronen positioniert, gruppiert und miteinander verbunden werden. Bemerkenswerterweise wandern Neuronen im Frontallappen vorwiegend von vorne nach hinten, sodass sich Zellen im rostralen präfrontalen Kortex früher differenzieren als Zellen im kaudalen präfrontalen Kortex.

Im Gegensatz dazu ist der Thalamus spiegelverkehrt mit dem präfrontalen Kortex verbunden. Sie erinnern sich vielleicht, dass der thalamokortikale Antrieb durch das Striatum reguliert wird und die Arbeitsgedächtnissteuerung unterstützt. Daher kann dieses von kaudal nach rostral verlaufende Muster der kortiko-thalamischen Konnektivität, wie in Kapitel 4 erörtert, die Quelle von Asymmetrien in den Schaltkreisen sein, die die hierarchische kognitive Kontrolle unterstützen.

Darüber hinaus steht das von kaudal nach rostral verlaufende Muster der thalamischen Innervation im Frontalkortex in starkem Kontrast zum von rostral nach kaudal verlaufenden Muster der Zellreifung, was wichtige organisatorische Konsequenzen haben kann. Der Thalamus ist als Gehirnstruktur eigentlich eine riesige Zentralstation. Alle Eingaben von außerhalb des Gehirns müssen zuerst den Thalamus passieren, bevor sie das Gehirn erreichen können. Der Thalamus ist ein wichtiger Zwischenstopp für sensorische Informationen, die vom hinteren Neokortex zum Frontallappen gelangen. Da zunächst kein Input vom Thalamus vorliegt, reift der rostrale präfrontale Bereich in Abwesenheit sensorischer Inputs aus dem hinteren Teil des Gehirns. Daher wird die frühe Differenzierung rostraler präfrontaler Neuronen hauptsächlich durch ihren eigenen lokalen Frontallappen-Input geprägt. Diese lokale integrierte Verarbeitung ist ein weiteres Merkmal der präfrontalen hierarchischen Kontrollstruktur, die in Kapitel 4 besprochen wird. Erstaunlicherweise sind diese Merkmale bereits bei unserer Geburt vorhanden.

Andere Veränderungen im Gehirn setzen sich nach der Geburt fort und erstrecken sich auf den präfrontalen Kortex. Obwohl das gesamte Gehirn schon in jungen Jahren an Größe zunimmt, spiegelt die Tatsache, dass sich der präfrontale Kortex doppelt so schnell entwickelt wie andere Bereiche, die evolutionäre Ausdehnung des menschlichen Vorderhirns wider.

Der präfrontale Kortex ist außerdem einer der Bereiche des Gehirns, der sich als letztes entwickelt. Während der Reifung aller kortikalen Bereiche des Gehirns nimmt die Dicke der Hirnrinde zunächst zu und nimmt dann im Erwachsenenalter auf ein stabiles Niveau ab. Allerdings ist der zeitliche Verlauf dieses Prozesses in den verschiedenen Gehirnregionen unterschiedlich und die Entwicklung entlang dieser Zeitachse kann zur Messung der Reife eines bestimmten kortikalen Bereichs verwendet werden. Studien, die diese Messungen verwenden, kommen übereinstimmend zu dem Ergebnis, dass die meisten primären sensorischen und motorischen Kortexbereiche im Alter zwischen 3 und 6 Jahren ein Plateau der Reife erreichen, der präfrontale Kortex jedoch während der Adoleszenz weiter reift und erst Anfang 20 zum Stillstand kommt. Die folgende Abbildung zeigt diesen Zeitverlauf. Messungen der weißen Substanz zeigten, dass die Reifung in den Frontallappenregionen im Vergleich zu anderen Bereichen des Gehirns sehr langsam verlief.

Abbildung 1. Entwicklung und Reifung der grauen Substanz auf der Kortexoberfläche. (A) Draufsicht, adaptiert von Shaw et al. (2008); (B) Seitenansicht, neu gezeichnet von Gogtay et al. (2004). Die Farbskala entspricht dem Volumen der grauen Substanz. Je dünner die graue Substanz, desto reifer die Entwicklung.

Ein Grund dafür, dass sich die Dicke der Großhirnrinde während der Reifung verändert, liegt darin, dass sich die Dichte der Neuronen ändert, die über Synapsen miteinander kommunizieren. Im gesamten Gehirn bilden sich nach unserer Geburt neue Synapsen, ein Prozess, den Entwicklungsbiologen Synaptogenese nennen. Die synaptische Entwicklung verläuft zunächst schrittweise, wobei die Zahl der Synapsen dramatisch zunimmt. Anschließend folgt eine Phase der synaptischen Beschneidung, in der viele Synapsen verloren gehen. Dieser Beschneidungsprozess ist für eine effiziente Verarbeitung neuronaler Netzwerke unerlässlich. Nicht genutzte Synapsen verschwinden, während Gruppen von Neuronen, die gemeinsam feuern, stärkere synaptische Verbindungen entwickeln. Diese nutzungsabhängige Veränderung in der Großhirnrinde ist von entscheidender Bedeutung, da sie der erste Hinweis darauf ist, dass die Gehirnentwicklung nicht unveränderlich ist, sondern durch die Nutzung gesteuert wird. Die Lebenserfahrungen eines Menschen bestimmen, wie er sein Gehirn nutzt. Dieser Prozess der synaptischen Veränderung verläuft im präfrontalen Kortex langwierig, wobei der Höhepunkt später eintritt und länger dauert als in anderen Gehirnbereichen.

Was treibt die Entwicklung und Veränderungen der kognitiven Kontrolle voran? Dies ist eine grundlegende Frage, deren Antwort uns Aufschluss darüber geben könnte, warum sich die kognitiven Kontrollfähigkeiten einzelner Menschen unterscheiden und wie wir eingreifen können, um eine gesunde Entwicklung des Gehirns und der kognitiven Kontrolle sicherzustellen. Wie man angesichts der Bedeutung und Komplexität dieses Themas erwarten kann, handelt es sich auch in der wissenschaftlichen Gemeinschaft um ein eher kontroverses Thema.

Kognition und Gehirnfunktion werden sowohl von den Genen als auch von der Umwelt und vor allem von der Wechselwirkung zwischen ihnen bestimmt. Zu den Umweltfaktoren gehört die biologische Umgebung, wie etwa Hormone und Moleküle, denen wir bereits seit unserer Zeit im Mutterleib ausgesetzt sind. Zu den Umweltfaktoren zählt auch der Einfluss der Informationsverarbeitung über die Sinne. Unsere Erfahrungen beeinflussen die Entwicklung der meisten kognitiven Funktionen, und die kognitive Kontrolle bildet hier keine Ausnahme.

Um den Einfluss von Umwelt und Genetik auf die kognitive Kontrolle zu verstehen, müssen wir zunächst untersuchen, wie Wissenschaftler Unterschiede in der Fähigkeit zur kognitiven Kontrolle zwischen Menschen messen. Ich muss Ihnen wahrscheinlich nicht sagen, dass die kognitiven Kontrollfähigkeiten der Menschen sehr unterschiedlich sind. Ich bin ein typischer Professor, der immer vergesslich ist. Ich war beispielsweise kürzlich beruflich im Ausland unterwegs und habe zu Hause sämtliche internationalen Stromadapter verloren. Ich habe mehr als einen und mehr als einmal verloren. Tatsächlich hatte ich meiner Frau gerade frustriert eine SMS geschrieben, in der sie mir erzählte, dass ich einen Adapter im Hotel und dann einen weiteren am Flughafen verloren hatte. Es ist nicht leicht, so unvorsichtig zu sein!

Daher ist die kognitive Kontrolle von Person zu Person unterschiedlich. Wissenschaftler, die diese Unterschiede messen möchten, stehen jedoch vor einem schwierigen Problem. Wir möchten wissen, wie sich verschiedene abstrakte psychologische Fähigkeiten, beispielsweise Hemmungen, von Mensch zu Mensch unterscheiden. Aber wir haben keine Möglichkeit, sie direkt zu messen. Wir können Tests für Aufgaben wie den Kill-Signal-Test durchführen, die darauf ausgelegt sind, diese Fähigkeiten zu nutzen. Aber die Aufgaben, die wir im Labor erledigen, sind nicht sehr rein. Wenn Menschen eine bestimmte Aufgabe ausführen, können mehrere kognitive und Gehirnsysteme beteiligt sein und auf komplexe Weise miteinander interagieren, um das von uns beobachtete Verhalten hervorzurufen.

Beispielsweise misst die Stoppsignalaufgabe die Hemmung, beinhaltet aber auch Seh- und Hörvermögen, räumliche Aufmerksamkeit, motorische Vorbereitung, Sprache, Gedächtnis und mehr. Wir berücksichtigen diese Einflüsse durch Kontrollen, aber selbst diese Kontrollen sind nicht rein und wir müssen Annahmen darüber treffen, wie wir die Hemmung von allen anderen aufgeführten Faktoren trennen können.

Um dieses Problem zu lösen, stellten Wissenschaftler die Hypothese auf, dass zwar keine einzelne Aufgabe rein ist, mehrere gleichzeitig ausgeführte Aufgaben jedoch ihre Unreinheiten auf unterschiedliche Weise aufweisen können. Aus diesem Grund haben wir nicht nur die Stoppsignalaufgabe genutzt, sondern auch mehrere Aufgaben getestet, die dieselbe hypothetische Hemmkomponente aufwiesen. Wir können dann die Ähnlichkeiten verstehen, die die Probanden bei der Durchführung dieser Aufgaben aufweisen. Beispielsweise sind Menschen, die besonders gut darin sind, Hemmungen auszuüben, tendenziell bei allen Aufgaben gut, die eine Hemmungskomponente enthalten, im Vergleich zu Aufgaben, die andere Komponenten enthalten. Die Hauptbeschränkung dieses Verfahrens besteht natürlich darin, dass wir davon ausgehen, dass wir wissen, welche Aufgaben Hemmungen oder andere Prozesse beinhalten, die wir messen möchten, und das ist keine einfache Annahme. Dennoch führt dieser Ansatz zu einigen allgemeinen und konsistenten Mustern in der Variabilität menschlicher kognitiver Kontrollfunktionen.

Akira Miyake und Naomi Friedman von der University of Colorado führten eine wegweisende Studie zu individuellen Unterschieden in der kognitiven Kontrolle durch. Sie unterscheiden hypothetisch zwischen drei Architekturen kognitiver Kontrollfähigkeiten: Hemmung, Aktualisierung und Arbeitsgedächtnis. Im Allgemeinen entspricht die von ihnen angestrebte „Hemmung“ im Wesentlichen dem, was wir in Kapitel 6 als Terminationshemmung bezeichnet haben, während „Aktualisierung“ und „Arbeitsgedächtnis“ den beiden Dimensionen der Flexibilität und Stabilität der Arbeitsgedächtnissteuerung ähneln, die wir in diesem Buch beschrieben haben. Jede der drei Architekturen wurde mehrfach getestet. Beispielsweise wird die Hemmung durch drei Tests geprüft, nämlich den Stoppsignaltest, die Stroop-Aufgabe und den Aktion-Keine-Aktion-Test.

Die Ergebnisse sind sowohl überzeugend als auch widersprüchlich. Erstens lässt sich die Leistungsfähigkeit von Menschen teilweise durch unterschiedliche Architekturen wie Hemmung oder Aktualisierung erklären. Mit anderen Worten: Die Leistung einer Person bei einem bestimmten Hemmungstest hängt stärker mit ihrer Leistung bei anderen Hemmungstests zusammen als beispielsweise mit ihrer Leistung bei einem Arbeitsgedächtnistest. Daher bestimmen, wie zu erwarten, unterschiedliche Aspekte der kognitiven Kontrolle sehr unterschiedliche Leistungsmuster.

Wichtig ist jedoch, dass es, obwohl die ausgeführten Aufgaben spezifische Kontrollfunktionen ausüben, eine gemeinsame Komponente gibt, die die Leistung bei allen Aufgaben vorhersagt. Wenn also eine Person eine der Aufgaben, die kognitive Kontrolle erfordern, gut bewältigt, kann man davon ausgehen, dass sie auch bei anderen Tests zur kognitiven Kontrolle bis zu einem gewissen Grad gute Leistungen erbringt.

Miyake und Friedman nannten diese Reihe widersprüchlicher Ergebnisse die „Einheit und Vielfalt der Exekutivfunktion“. Mit anderen Worten: Die Steuerfunktionen agieren nicht als eigenständige Organe wie Herz und Leber, sondern sind untrennbare Einheiten. Es ist wahrscheinlich, dass es einige gemeinsame Aspekte der Gehirnfunktion gibt, die sich auf die gesamte kognitive Kontrollleistung auswirken, und dass es auch einige Systeme oder Faktoren gibt, die bestimmte Arten der Kontrollleistung begünstigen.

Unter Berücksichtigung dieser Komplexität können wir untersuchen, wie Gene und Umwelt die Entwicklung der kognitiven Kontrolle beeinflussen. Zwillingsstudien haben die aussagekräftigsten Erkenntnisse über den Einfluss genetischer und umweltbedingter Faktoren auf die Entwicklung allgemeiner und spezifischer kognitiver Kontrollarchitekturen geliefert.

Zwillingsstudien umfassen eineiige Zwillinge, die 100 % ihrer Gene teilen, und zweieiige Zwillinge, die 50 % ihrer Gene teilen. Durch den Vergleich von Zwillingen können wir drei Faktoren abschätzen, die die Leistung beeinflussen. Erstens ist da der Einfluss der Gene: Eineiige Zwillinge sind sich schätzungsweise ähnlicher als zweieiige Zwillinge. Der zweite Faktor ist der Einfluss des gemeinsamen Lebensumfelds der Zwillinge. Dabei wird auf die Ähnlichkeiten zwischen den Zwillingen Bezug genommen, ohne ihre genetischen Ähnlichkeiten zu berücksichtigen. Schließlich gibt es noch den Effekt der nicht geteilten Wohnumgebung, der anhand der Unterschiede zwischen eineiigen Zwillingen in derselben Umgebung beurteilt wird.

Aufmerksamen Lesern fällt vielleicht auf, dass diese Formel die Wechselwirkung zwischen Genen und der Umwelt, in der wir leben oder nicht leben, außer Acht lässt. Ohne eine große Stichprobe von Zwillingen, die zusammen oder getrennt aufgewachsen sind, ist es schwierig, diese Wechselwirkung zu beurteilen. Selbst wenn wir über eine solche Stichprobe verfügten, waren die Gruppen nicht wirklich zufällig zugewiesen. Angesichts unseres Wissens über genetische und epigenetische Effekte könnte dieses Zusammenspiel ein wichtiger Faktor bei der Erklärung individueller Unterschiede sein. Daher schränkt sein Fehlen die Schlussfolgerungen, die aus Studien zur menschlichen Verhaltensgenetik gezogen werden können, erheblich ein. Trotz dieser Einschränkung sind die aus Zwillingsstudien gewonnenen Erkenntnisse wichtig.

Zwillingsstudien zur kognitiven Kontrolle haben ergeben, dass gemeinsame Gene fast alle individuellen Unterschiede bei gemeinsamen Komponenten der kognitiven Kontrolle erklären. Dieses Ergebnis gilt auch für Komponenten der kognitiven Kontrolle, die mit der Leistung bei allen Tests zur kognitiven Kontrolle in Zusammenhang stehen. Durch zahlreiche Studien an Kindern und Jugendlichen und unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie sozioökonomischer Status, Bildungsniveau, Rasse und anderer demografischer Merkmale wurde festgestellt, dass diese Komponente zu 99 % vererbbar ist. Die Auswirkungen einer gemeinsamen Wohnumgebung im Vergleich zu einer einzigartigen Wohnumgebung waren gering. Darüber hinaus scheinen allgemeine kognitive Kontrollfaktoren im Gegensatz zu anderen vermeintlichen Merkmalen (wie etwa der allgemeinen Intelligenz, deren Erblichkeit mit zunehmendem Alter vor dem Erwachsenenalter zunimmt) in hohem Maße und bei Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen gleichermaßen vererbbar zu sein.

Wichtig ist, dass es ein Fehler wäre, diesen hohen Grad an Erblichkeit dahingehend zu interpretieren, dass die Umwelt bei der Entwicklung der kognitiven Kontrolle keine Rolle spielt. Erstens gilt diese hohe Heritabilität nur für die gemeinsame Komponente der kognitiven Kontrolle. Wie wir später noch besprechen werden, können Umweltfaktoren einen starken Einfluss auf die spezifischen, wichtigeren Steuerkomponenten haben. Zweitens sind die meisten Individuen in diesen Studien, obwohl in einigen Studien unterschiedliche Stichproben verwendet wurden, immer noch einem begrenzten Spektrum an Umwelteinflüssen ausgesetzt. Genetische IQ-Studien haben übereinstimmend ergeben, dass die Erblichkeit mit dem sozioökonomischen Status zunimmt. Ein ähnliches Phänomen könnte also Auswirkungen auf die kognitive Kontrolle haben. Drittens wurde bei dieser Analyse, wie oben erwähnt, die entscheidende Wechselwirkung zwischen Genen und Umwelt nicht untersucht. Viertens ist unklar, ob und wie abnormale Umweltfaktoren wie extreme Vernachlässigung, Missbrauch und Unterernährung die gemeinsame Kontrollkomponente beeinflussen. Dennoch legen diese Beobachtungen nahe, dass unsere gemeinsamen Leistungen bei Tests zur kognitiven Kontrolle teilweise auf stabile individuelle Unterschiede in unseren Genen zurückzuführen sind.

Es ist nicht ganz klar, was dieser gemeinsamen kognitiven Kontrollfähigkeit biologisch entspricht. Eine kürzlich durchgeführte genomweite Analyse von 427.037 Personen in der britischen Biobank identifizierte jedoch 299 Loci, die mit einer geschätzten Architektur allgemeiner kognitiver Kontrollfähigkeiten in Zusammenhang stehen. Im Großen und Ganzen werden diese Stellen mit biologischen Merkmalen des Gehirns in Verbindung gebracht, die mit der Bildung schneller synaptischer Bahnen und der Verbreitung des Neurotransmitters GABA (Gamma-Aminobuttersäure) zusammenhängen. Wie oder warum Merkmale wie schnelle neuronale Dynamik oder GABA für die kognitive Kontrolle so wichtig sind, ist noch unbekannt. Diese Faktoren sind zu allgemein, um bei Aufgaben, die Hemmungen oder Umschaltanforderungen erfordern, unterschiedlich zu sein, und sie sind schwer zu untersuchen. Es ist daher unwahrscheinlich, dass sie die Vielfalt der Paradoxe individueller Unterschiede erklären können.

Während allgemeine Komponenten der kognitiven Kontrolle in hohem Maße vererbbar sein können, ist dies bei spezifischeren Architekturen der kognitiven Kontrolle oder der Leistung bei einzelnen Aufgaben des täglichen Lebens eindeutig nicht der Fall. In einer Studie mit Zwillingen im Alter von 7 bis 12 Jahren war beispielsweise die nicht geteilte Wohnumgebung der wichtigste Faktor für die Leistung bei einer Stoppsignalaufgabe, gefolgt von der geteilten Wohnumgebung. In der Reihenfolge ihrer Wirkungen stehen die genetischen Gene an letzter Stelle. Die verringerte Heritabilität bei diesen spezifischen Aufgaben ist teilweise auf das Problem der Aufgabenreinheit zurückzuführen, das wir zuvor untersucht haben. Allerdings ist die Ungenauigkeit der Mission nicht die ganze Geschichte. Auch einzelne Kontrollarchitekturen wie Aktualisierung oder Hemmung durch Multitasking weisen eine geringe Heritabilität auf. In der oben genannten Studie war die nicht gemeinsame Wohnumgebung der Zwillinge der Hauptfaktor für Hemmung, Aktualisierung und Arbeitsgedächtnis.

Angesichts der Bedeutung des Lernens bei der Einrichtung von Kontrollsystemen ist dieser Einfluss der Umgebung auf einzelne Kontrollfunktionen sinnvoll. Erinnern Sie sich an das Beispiel der Arbeitsspeicher-Gating? In Kapitel 3 haben wir besprochen, wie man eine Gating-Richtlinie erhält, die für eine bestimmte Aufgabe geeignet ist. Dies ist der Schlüssel zur perfekten Ausführung dieser Aufgabe. Wir müssen nicht nur die Spielregeln lernen, sondern auch, wie wir diese Regeln mithilfe des Arbeitsgedächtnisses basierend auf der Beziehung zwischen Eingabe und Ausgabe ausführen. Da Hierarchien immer komplexer werden, spielt Gating eine entscheidende Rolle bei der Verwaltung mehrstufiger Ziele, und die richtige Gating-Strategie kann aus Erfahrung erlernt werden.

In einer Zusammenarbeit zwischen Dima Amso, der Postdoktorandin Kerstin Unger und mir stellte sich heraus, dass 7-Jährige bei der ersten/letzten Aufgabe, die in Kapitel 3 besprochen wird, eher die falsche Gating-Strategie wählen als 10- bis 12-Jährige. Dass sie nicht die richtige Gating-Strategie gewählt hatten, war teilweise für ihre schlechtere Leistung im Vergleich zu älteren Kindern verantwortlich. Daher kann es sein, dass Kinder nicht immer unfähig sind, sich zu beherrschen. Stattdessen haben sie einfach nicht den richtigen Weg gefunden, die Aufgabe in kleinere Teile zu zerlegen und die Eingabe und Ausgabe des Arbeitsspeichers zu kontrollieren, um die Aufgabe effizient auszuführen.

Während der langen und kritischen mittleren Kindheit lernen Kinder möglicherweise ständig, was sie kontrollieren und wann sie Kontrolle ausüben müssen. Sie sind damit beschäftigt, immer abstraktere Gating-Strategien zu entwickeln, die auf immer mehr Situationen anwendbar sind, und sich an immer komplexere Aufgaben anzupassen. Sie lernen auch, innere Kontrolle auszuüben. Natürlich unterliegen sie dabei auch den Einschränkungen durch Wahrnehmungs-, Konzept-, Sprach-, Motorik- und andere Systeme.

Diese Sichtweise auf die Entwicklung kognitiver Kontrolle legt daher besonderen Wert auf Lernen und Erfahrung, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf die vielfältigen Erfahrungen gelegt wird, die wir während der Kindheit machen. Um nützliche, abstrakte Gating-Strategien zu entwickeln, die auf viele Situationen in unserem Leben anwendbar sind, müssen wir versuchen, uns in vielen verschiedenen Kontexten zu kontrollieren.

Computermodelle der kognitiven Kontrolle in neuronalen Netzwerken weisen diese grundlegende Eigenschaft auf. Nehmen Sie als Beispiel das in den Kapiteln 3 und 4 besprochene Gated Cortico-Striatal-Modell. Durch viele Trainingsläufe lernt das Modell, welche Eingaben in den Arbeitsspeicher eingespeist werden sollen und wann sie auf der Grundlage von Dopamin-Vorhersagefehlern ausgespeist werden sollen. Ebenso können diese Modelle durch die Präsentation mehrerer unterschiedlicher Aufgaben verallgemeinert werden und abstrakte Darstellungen von Situationen erstellen, die nicht nur für eine bestimmte Aufgabe nützlich sind, sondern auch wiederverwendbare Komponenten von Aufgaben darstellen. Somit liefern diese Modelle einen existenziellen Beweis für unsere Hypothese und zeigen uns, dass der Aufbau eines Gating-Systems für die kognitive Kontrolle Lernen und vielfältige Erfahrungen erfordert, um sicherzustellen, dass es richtig gesteuert wird.

In der realen Welt passt diese Ansicht zu Daten, die zeigen, dass die Bereicherung der Umgebung der Schlüssel zur Entwicklung kognitiver Kontrollsysteme ist, die in einer großen Bandbreite neuer Umgebungen effektiv funktionieren. Die Bereicherung baut auf den vielfältigen Erfahrungen und Lernumgebungen der Kinder auf. Bereicherung wird seit langem mit aktivem Lernen in Verbindung gebracht, das auch kognitive Kontrolle einschließt. Eine Erklärung für diese Beobachtungen besteht darin, dass angereicherte Umgebungen es Kindern ermöglichen, abstrakte Gating-Strategien zu entwickeln, die in großem Umfang auf neue Umgebungen anwendbar sind. Für die meisten Kinder ist eine Bereicherung im späteren Leben von großem Nutzen, da sie entdecken, dass sich die Welt der Erwachsenen stark von der Welt der Kindheit unterscheidet. Sie verfügen bereits über eine riesige Bibliothek an Gating-Strategien, mit deren Hilfe sich Lösungen für verschiedene Probleme basierend auf der Strategiebibliothek je nach Zielbedarf integrieren lassen.

Ein weiterer bemerkenswerter Punkt ist, dass das Bedürfnis nach abwechslungsreichem Lernen eine Erklärung für den langen Prozess der Entwicklung kognitiver Kontrolle bietet. Es ist zwingend erforderlich, möglichst viele Daten aus der Erfahrung zu sammeln, um die Kontrollsysteme so zu optimieren, dass sie zu der Welt passen, in der wir leben. Im Wesentlichen geht das Gehirn davon aus, dass die ersten 15 Jahre des Lebens eine „Vorlage“ dafür sind, wie Sie in den nächsten 65 Jahren leben werden, und es optimiert die Kontrolle auf dieser Grundlage. Dies bedeutet, dass die Wirksamkeit der kognitiven Kontrolle nur von der Gültigkeit dieser Annahme abhängt, d. h. von der Qualität des vom Gehirn erstellten Modells. Wie jedes statistische Modell würde es wahrscheinlich bessere Ergebnisse liefern, wenn ihm viele Daten zur Verfügung stünden – eine nützliche Stichprobe der Bedürfnisse, denen Sie später im Leben begegnen werden.

Diese Betonung der Nutzung kognitiver Kontrolle zum Lernen und Erleben ist ein Warnsignal gegen den zunehmend interventionistischen Trend in der Erziehung. Aus der „Helikopter-Erziehung“ des frühen 21. Jahrhunderts hat sich die „Rasenmäher-Erziehung“ von heute entwickelt. „Rasenmäher-Elternschaft“ bezieht sich auf Eltern, die versuchen, alle Hindernisse für die Entwicklung ihrer Kinder sowohl in der Schule als auch zu Hause aus dem Weg zu räumen. Dieser extreme Erziehungsstil nimmt Kindern die Möglichkeit, ihren eigenen Weg zum Erfolg oder Misserfolg selbstständig zu wählen.

Die Gründe für diesen Trend sind vielfältig und größtenteils nachvollziehbar. Die Sorge der Eltern um die Sicherheit ihrer Kinder, ihre Liebe zu ihnen und ihr Wunsch, dass ihre Kinder Selbstvertrauen zeigen und Erfolg haben, sind wichtige Triebkräfte. Hinzu kommt der soziale Druck. Eltern sind sich durchaus bewusst, dass ihre Kinder in einem zunehmend wettbewerbsorientierten Lernumfeld erfolgreich sein müssen. Es ist eine Illusion, von Kindern zu erwarten, dass sie daran denken, ihre Schultaschen zu packen oder ihre Hausaufgaben zu machen. Auch wenn viele Eltern ihre Kinder zu mehr Unabhängigkeit ermutigen möchten, fällt ihnen das in der heutigen Welt schwer. Selbst wenn Kinder alleine in den Park gehen dürfen, mit wem dürfen sie spielen?

Natürlich können Kinder auch ein hohes Maß an Autonomie haben. Dies ist eine Art des Aufwachsens, die den meisten Kindern früherer Generationen fremd ist. Sie konnten immer frei spielen und tun und lassen, was sie wollten, und ziellos durch Parks, Straßen und Wälder streifen. Kinder unterschiedlichen Alters können Gruppen bilden und sich eigene Ziele, Spiele, Regeln und Methoden zur Problemlösung ausdenken. Viele dieser Ideen waren zweifellos schlecht, ja sogar furchtbar und führten zwangsläufig zu einigen Misserfolgen. Wenn jedoch keine Gefahr besteht, ist auch das Scheitern eine hervorragende Lernmethode, insbesondere zur Entwicklung kognitiver Kontrolle.

Kindern die Möglichkeit zu geben, selbst über ihre Erfolge und Misserfolge zu entscheiden, ist ein Lernprinzip, das gute Kinderfußballtrainer schon lange verstanden haben. Als Anfänger sind Kinder nicht gut darin, sich zu positionieren und auf dem Platz effektiv Lücken zu schaffen. Sie haben zu lange auf den Pass gewartet und der Ball ist nicht bei ihnen angekommen, obwohl er es hätte tun sollen. In diesem Fall versuchen die Eltern, dem Kind zu sagen, wohin es laufen soll, wann es treten soll, wen es treten soll usw. Im Gegensatz zu frustrierten Eltern wartet ein guter Coach jedoch darauf, dass das Kind eine Entscheidung trifft – oder darauf, dass es keine Entscheidung trifft – und lobt oder korrigiert es dann entsprechend. Sie werden darauf hinweisen, was das Kind in dieser Situation tun sollte, aber es ist wichtig, dass sie dem Kind zunächst die Möglichkeit geben, seine eigene Entscheidung zu treffen. Trainer tun dies, weil Kinder, denen ständig gesagt wird, was sie tun sollen, nie lernen, selbst zu interpretieren, wie sie in ihrer Situation richtig handeln. Sie werden nie eine richtige Kontrollstrategie entwickeln – eine, die das dynamische System des Sports liest und die entsprechenden Aktionen auswählt. Sie lernen nur eine Kontrollstrategie: auf den Trainer hören.

Das Leben ist kein Fußballfeld. Wie können wir als Eltern also eine sichere und effektive Lernumgebung für unsere Kinder schaffen? Ein Ansatz, der vielversprechend erscheint: Nehmen Sie sich zwischen Klavierunterricht, Sporttraining und Hausaufgaben Zeit für unstrukturierte Aktivitäten Ihres Kindes. Tatsächlich bestätigen vorläufige Untersuchungen zum unstrukturierten oder halbstrukturierten Lernen dessen Vorteile für die Entwicklung kognitiver Kontrolle. In diesen Studien bezieht sich unstrukturiertes Spiel auf Spiele, bei denen Kinder ihre eigenen Ziele und Aufgaben bestimmen, Pläne machen und Aktivitäten organisieren und Lösungen für ihre eigenen Probleme finden. Daher kann es für Kinder besonders wichtig sein, diese Möglichkeiten zu haben, anstatt den Anweisungen anderer direkt zu folgen, um eine selbstgesteuerte kognitive Kontrolle zu erlernen.

Wenn Kinder also die Möglichkeit erhalten, sich mit neuen Problemen auseinanderzusetzen, mit ihnen zu kämpfen, zu scheitern und neue Probleme zu lösen, insbesondere wenn sie diese Dinge selbstständig tun, erhält ihr Gehirn auch die Möglichkeit, abstrakte und effektive Kontrollstrategien zu entwickeln. Kinderbetreuer sollten der Versuchung widerstehen, „die Verantwortung anderer Kinder zu übernehmen“, und stattdessen Möglichkeiten für die Unabhängigkeit und den Erfolg der Kinder finden, indem sie ihnen die Möglichkeit geben, echte Misserfolge zu erleben, ihnen aber gleichzeitig Sicherheit bieten. Mit dieser Erfahrung können Steuerungssysteme optimiert werden, um sie auf eine Reihe neuer Umgebungen im späteren Leben vorzubereiten. Dies ist besonders wichtig, da, wie wir im nächsten Abschnitt sehen werden, Kontrollsysteme mit zunehmendem Alter zu unserer Hauptquelle für Herausforderungen und Unterstützung werden.

Über den Autor

David Badre ist Professor für Kognitionswissenschaft, Linguistik und Psychologie an der Brown University und Mitglied des Carney Institute for Brain Science. Er hat bahnbrechende Beiträge zur Neurowissenschaft der kognitiven Kontrolle und der Exekutivfunktionen geleistet.

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