Der Einfluss von Vorwissen auf den Schlaf und das Gedächtnis bei Kindern: Verhalten und neuronale Korrelate

Während der Konsolidierung wird die neuronale Repräsentation eines neu erworbenen Gedächtnisinhaltes vom Hippokampus zu neokortikalen Regionen (z.b. dem medialen präfrontalen Kortex; mPFC) verschoben. Dieser Prozess benötigt typischerweise Wochen bis Monate und bewirkt eine dauerhafte Verfestigung der Gedächtnisspur. Erheblich beschleunigt werden kann dieser Prozess durch das Vorhandensein eines kortikalen Wissensnetzwerkes, in welches die neu erworbenen Gedächtnisinhalte integriert werden können. Schlaf nach dem Lernen neuer Gedächtnisinhalte unterstützt ebenfalls die Gedächtniskonsolidierung. Auf Verhaltensebene zeigt sich dieser Effekt in einer Verbesserung der Gedächtnisleistung bei einem späteren Abruf. Die Gedächtnisverbesserung ist dabei mit einem lokalen Anstieg der Deltaaktivität in den Hirnregionen assoziiert, die beim Lernen aktiviert wurden. Im Vergleich zu Erwachsenen haben Kinder zwar wenig verzweigte assoziative Wissensnetzwerke im Kortex, jedoch weist ihr Schlaf eine deutlich höhere Deltaaktivität auf. Im geplanten Projekt möchte ich bei 10- bis 12-jährigen Kindern den Einfluss von Vorwissen auf das Lernen, die lokale Deltaaktivität im anschließenden Schlaf und die Behaltensleistung bei einem späteren Abruf untersuchen. Aufgrund der vorhandenen Literatur wird erwartet, dass der mPFC stärker beim Enkodieren von neuen Inhalten aktiviert ist, über die bereits Vorwissen besteht. Während des anschließenden Schlafes sollte die Deltaaktivität in diesen Regionen erhöht sein, wobei der Anstieg in der Deltaaktivität mit der späteren Leistung im Gedächtnisabruf korreliert sein sollte. Die Ergebnisse können unser Wissen über die grundlegenden Prozesse und Mechanismen der Gedächtnisbildung während der Kindheit fördern und beleuchten dabei die Rolle von Vorwissen für den Wissenserwerb. Aus dem Verständnis der Faktoren, die Lernen und Gedächtnisbildung fördern, können praktische Implikationen für die Verbesserung von Bildungsprogrammen abgeleitet werden.

Das kindliche Gehirn weist eine enorme Fähigkeit zur Plastizität auf. Allerdings ist bei Kindern ein Faktor, der sich förderlich auf Prozesse der neuronalen Plastizität auswirken kann, relativ gering ausgeprägt: im Vergleich zu Erwachsenen verfügen diese über deutlich weniger Vorwissen bezüglich verschiedenster neu zu lernender Fähigkeiten. Voran gegangene Studien zeigen, dass die Deltaaktivität im nächtlichen Tiefschlaf ein Abbild für neuronale lernabhängige Plastizität darstellt. Zum Beispiel führt das Erlernen einer Aufgaben zu einem lokalen Anstieg in der Deltaaktivität in einem sich dem Lernen anschließenden Schlafintervall. Im vorliegenden Projekt, das am Kinderspital der Universität Zürich durchgeführt wurde, sollte der Zusammenhang zwischen dem Lernen neuer Gedächtnisinhalte, der nächtlichen Deltaaktivität und dem Vorhandensein von Vorwissen untersucht werden. 15 Kinder im Alter von 9-11 Jahren, 14 Jugendliche (12-17 Jahre) und 17 Erwachsene (18-25 Jahre) führten eine visuomotorische Adaptationsaufgabe am Abend vor einem Intervall nächtlichen Schlafes durch. Die Analyse der Daten zeigt, dass i) Kinder im Vergleich zu Jugendlichen und Erwachsenen einen stärkeren lernabhängigen Anstieg in der Deltaaktivität lokal über der Region, die am Lernprozess beteiligt ist, aufweisen; und ii) dies nur durch die Gruppe der Kinder bedingt wurde, die bereits über Vorwissen bezüglich der Lernaufgabe verfügten. Die Ergebnisse belegen das hohe Potential des kindlichen Gehirns für neuronale Plastizität, das jedoch erst durch das Vorhandensein von Vorwissen vollständig ausgeschöpft werden kann. In zukünftigen Studien sollte die Frage nach der Relevanz des lernabhängigen Deltaanstieges für die Langzeitgedächtnisbildung bei Kindern untersucht werden. Die in diesem Projekt verwendete Methode, Deltaaktivität im nächtlichen Schlaf mittels hochauflösendem EEG zu messen, stellt eine sehr sensitive und leicht anwendbare Methode zur Bestimmung sensitiver Perioden während der Kindheit dar. Es werden damit neue Möglichkeiten der neurowissenschaftlich orientierten entwicklungspsychologischen Forschung aufgezeigt.