Bausteine S. 37ff
1
WAS VERHALTEN & LERNEN MIT DEM GEHIRN
ZU TUN HABEN
Verhalten und Lernfähigkeit
sind der sichtbare
Ausdruck unsichtbarer
Aktivitäten des Gehirns.
2
WAS VERHALTEN & LERNEN MIT DEM GEHIRN
ZU TUN HABEN
Im Lernen und Verhalten
wird sichtbar, wie das
Gehirn Sinnesinformationen verarbeitet.
3
LERNEN
Lernen = Erfahrungen
sammeln,
speichern,
integrieren
Lernen findet bereits
vorgeburtlich statt –
Grundsteine für
späteres
schulisches Lernen
4
5
GEHIRN, LERNEN, ANPASSENDES VERHALTEN
Welche Prozesse im Gehirn sind dafür verantwortlich,
dass wir lernen und uns anpassend verhalten
können?
1. Bestandteile des Nervensystems
2. Integrative Zentren im ZNS
3. Funktion – Wie das Gehirn Informationen verarbeitet
6
7
BESTANDTEILE DES NERVENSYSTEMS
Zentralnervensystem = Gehirn und Rückenmark (RM)
Peripheres Nervensystem = Nerven im Körper
Der Prozess der sensorischen Integration findet im
Zentralnervensystem statt, einfache Reflexe bereits
im RM, der Großteil im Gehirn
8
REIZLEITUNG
• Rezeptor (peripheres
Sinnesorgan) wandelt Reiz
in elektrischen Impuls um

• Nervenbahn 
• Rückenmark 
• Verschiedene Zentren im
Gehirn
9
REIZLEITUNG
Nervenbahn:
 Nervenfasern vieler
Neurone sind in langen
Bündeln zusammengefasst
 leiten meist nur eine Art von
Sinnesinformation oder
motorischen Reaktionen
10
REIZLEITUNG
Nervenkerne (Nuclei):
 Anhäufung von Nervenzellen
 Schnittstellen
 Ordnen Informationen neu,
verfeinern sie, integrieren
sie mit anderen
Sinnesmodalitäten
 Integrierte Botschaften
werden weiter geleitet
11
DIE NERVENZELLE (NEURON):
 Leistungsträger des ZNS: 12-15 Milliarden
Nervenzellen (Neuronen) mit insges. 500.000 km
Nervenfasern
 Sensorische Neurone = Input-Seite (Afferenzen)
 Motorische Neurone = Output-Seite (Efferenzen)
Bausteine S. 39
12
FUNKTIONSWEISE DER NERVENZELLE
• elektrische Reizleitung
• Tausende Verbindungen
zu anderen Nervenzellen
– Verteilung des Impulses
13
SYNAPSE
• ca. 500 Billionen
Schaltstellen mit anderen
Neuronen
• Information breitet sich
im Bruchteil einer
Sekunde über Millionen
von Synapsen aus
14
SYNAPSE
• In einer Synapse kommen
viele Impulse aus den
verschiedenen Bereichen
des Körpers und des
Gehirns an
15
FUNKTIONSWEISE DER SYNAPSE
• elektrochemische
Kontaktstelle
• Neurone „kommunizieren“
über Synapsen
• „Brücken“, die Impulse von
einem Neuron auf ein
anderes übertragen
16
FUNKTIONSWEISE DER SYNAPSE
• Jedes Neuron leitet Impulse
nur in eine Richtung –
afferent oder efferent
• Damit ein Signal
weitergeleitet wird, muss
der Impuls eine gewisse
elektrische Stärke haben
oder von anderen Impulsen
verstärkt werden
17
ENTWICKLUNG DES NEURONALEN NETZWERKS
• Verarbeitung von
Sinneseindrücken
schafft Verbindungen
• Die Zahl der Synapsen ist
ausschlaggebend für die
Leistungsfähigkeit des
Gehirns
18
JE MEHR NERVENVERBINDUNGEN, DESTO
BESSERE LERNFÄHIGKEIT
• Ein Sinnessystem kann sich nur entwickeln, wenn es
ausreichend stimuliert wird!
• Die Nervenzellen brauchen Anregung, um
Verbindungen zu entwickeln.
• Jede neue Verbindung bringt neue Perzeptionen und
motorische Fähigkeiten.
19
SYNAPSEN & LERNEN
• Die Fähigkeit der
Neurone, Impulse zu
leiten, verändert sich im
Laufe der Entwicklung
• häufiger Gebrauch 
Verbesserung der
Durchgängigkeit einer
Synapse 
Automatisierung
20
SYNAPSEN & LERNEN
Jedes Mal, wenn ein Signal durch eine Synapse geleitet wird,
verändern sich Struktur und Chemie der Synapse, so dass
dieselbe Botschaft in Zukunft leichter passieren kann.
Wird eine Synapse wiederholt für eine bestimmte sensomotorische
Funktion genutzt, entsteht eine neuronale Erinnerung an diese
Funktion.
Alles, was wir wissen, ist in unserem Gehirn in Form von neuronalen
Erinnerungen gespeichert: Wörter, Gesichter, Bewegungen
21
VERSTÄNDNISFRAGE
Alle Impulse müssen mindestens zwei Synapsen
passieren, um eine Empfindung, eine motorische
Reaktion oder einen Gedanken zu erzeugen.
Warum ist diese Tatsache so wichtig für die sensorische
Integration?
22
MODULATION
• In einer Synapse kommen viele Impulse aus den
verschiedenen Bereichen des Körpers und des
Gehirns an und beeinflussen einander
• Bestimmte Hirnbereiche können verstärkende Signale
(exzitatorische Potenziale) senden  können einem
Impuls den Weg über Synapsen bahnen (fazilitieren)
• Andere Hirnbereiche können hemmende Signale
(inhibitorische Potentziale) senden  können die
Weiterleitung eines Impulses unterdrücken
23
MODULATION
Bahnung (Fazilitation):
• Signal eines Neurons wird
durch die Erregung eines
exzitatorischen Neurons
verstärkt
• Dem Signal wird durch
anderer Impulse
„geholfen“, die Synapse zu
passieren.
Bahnung
24
MODULATION
Hemmung (Inhibition):
• Aktivität des eines
inhibitorischen Neurons
verhindert, dass das
Signal eines anderen
Neurons an der Synapse
weiter geleitet wird 
Hemmung
• Impulsweiterleitung wird
unterdrückt
25
MODULATION
Regulation, Prozess der
Selbstorganisation,
Feinabstimmung der
Erregung des Gehirns
Hemmung
Bsp. Bausteine, S.48
Bahnung
26
MODULATION
Sensorische Modulation
ist ein wichtiger
Prozess:
Regulation der
Erregung/Alarmierung
durch einen Sinnesreiz
und der sichtbaren
Reaktion
Bsp.: “Choleriker”,
Autisten
27
28
PROZESS DER SINNESVERARBEITUNG
Reiz
Erregungsniveau
Empfindlichkeit
Anpassende
Reaktion
Registieren
Modulieren
Diskrimieren
Bemerken
Tolerieren
Genießen
Unterscheiden
Vergleichen
Erkennen
Integrieren
Assoziieren
Verknüpfen
Zu einem Ganzen
zusammenfügen
29
PROZESS DER SINNESVERARBEITUNG
Registrieren:
Bemerken des Reizes
abhängig von Reizschwelle und Reizintensität
niedrige Reizschwelle  braucht
wenig Reizintensität =
(über)empfindlich
hohe Reizschwelle  braucht
starke Reizintensität =
unterempfindlich
30
PROZESS DER SINNESVERARBEITUNG
Modulieren:
• Gehirn reguliert die
Erregung/Alarmierung, die
ein Reiz auslöst 
angemessene Reaktion
• Hemmung und Bahnung
 Filtern, Selektieren
31
PROZESS DER SINNESVERARBEITUNG
Diskriminieren:
• Unterscheiden und
Analysieren
• Vergleichen mit
bisherigen Erfahrungen
• Erkennen und
Interpretieren
32
PROZESS DER SINNESVERARBEITUNG
Integrieren:
• Assoziieren
• Verknüpfen, kombinieren
• Zu einem Ganzen
zusammenfügen
33
MERKMALE DER SENSORISCHEN INTEGRATION
zentral
subkortikal 
unbewusst
automatisch
34
35
EVOLUTION DES GEHIRNS
Warum sieht unser Gehirn
heute so aus?
• Veränderung der
Anforderungen an das
Überleben 
• Großhirn entwickelte sich
aus einem kleinen
Riechhirn
• im Laufe von Jahrmillionen
36
EVOLUTION DES GEHIRNS
• Einfache Organismen: primitives Verhalten =
Programm, Reflex
• variable und flexible Reaktionen sicherten das
Überleben
• jede Reaktion bezieht vorhergegangene
Erfahrungen ein = Lernfähigkeit
• erfordert größeres und komplexeres Gehirn zur
Steuerung
Frederick Vester
37
UNSER GEHIRN IM ÜBERBLICK
Zwischenhirn
(Diencephalon)
Mittelhirn
(Mesencephalon)
Hirnstamm
Großhirnhälften
Kleinhirn
(Cerebellum)
38
WICHTIGE INTEGRATIONSZENTREN >
Großhirn:
Hirnrinde (Kortex)
Limbisches System
Basalganglien
Zwischenhirn:
Thalamus
Hypothalamus
Hirnstamm:
Vestibuläre Kerne
Formatio Reticularis
Mittelhirn:
Vierhügelplatte
Haubenkerne
Kleinhirn
39
HIRNSTAMM
 zahlreiche Kerne, in denen
zwei oder mehr Arten von
Informationen zusammen
kommen
 ist für alle eingehenden
Informationen (außer
einfache RM- Funktionskreise) das zuerst erreichte
Hirnareal
40
FORMATIO RETICULARIS (NETZKÖRPER)
• Komplex vernetzt mit jedem
Sinnessystem, vielen
Motoneuronen und den
meisten andern
Hirnbereichen
• Schüsselrolle für
sensorische Integration!
41
FORMATIO RETICULARIS (NETZKÖRPER)
• großer Teil der
eingehenden Informationen
wird bereits vollständig
verarbeitet
 Automatisch & unbewusst
42
FORMATIO RETICULARIS (NETZKÖRPER)
• Autonome Kerne
• „Weckzentren“, die das
ganze Gehirn aktivieren
• Kerne, die Filtern,
Gewöhnung und selektive
Aufmerksamkeit
ermöglichen
43
VESTIBULÄRE KERNE
• Komplexe Kerne im
Hirnstamm
• Verarbeiten vestibuläre
und propriozeptive
Informationen
• Nutzen sie für
unbewusste Haltungsund Balancereaktionen
44
KLEINHIRN
Auswuchs der vestibulären
Kerne – Erweiterung der
Funktion der
Vestibulariskerne
45
KLEINHIRN
Sammelstelle für:
 vestibuläre Informationen
aus dem Labyrinth (direkt
durch VIII. Hirnnerv) 
Orientierung im Raum
 Tastinformationen
 Tiefensensibilität
(Propriozeption)
46
KLEINHIRN
Funktionen:
• Kontrollzentrum für
motorische Funktionen wie
Tonus, Muskelkraft und
Muskelkoordination
• wichtige Schaltstelle zum
Kortex, v.a. hemmender
Einfluss  emotionales
Gleichgewicht
47
THALAMUS
• Liegt im Zwischenhirn
• „PFORTE ZUM
BEWUSSTSEIN“
48
THALAMUS
Wichtigstes subkortikales
sensorisches
Integrationszentrum:
Taktile, propriozeptive,
Temperaturempfindung,
Schmerz, Seh- und
Riechinformationen
49
THALAMUS
Sinneseindrücke werden mit
Gefühlen wie Freude, Angst,
Lust oder Schmerz
ausgestattet
über ganze Hirnrinde verstreute
Projektionen
sehr empfindlich auf
Sauerstoffmangel!
50
GROßHIRNHEMISPHÄREN
• Größter Teil der Hirnmasse
• Komplexeste
Verarbeitungsprozesse
liefern exakte und
detaillierte Auskunft über
einen Reiz
• Planung und Ausführung
von Bewegungen
51
LIMBISCHES SYSTEM
• “Gefühlszentrum”
• beteiligt am Registrieren
von Reizen
• Starke Verbindung zum
taktilen System
• Gedächtnisspeicherung
und Lernen
52
LIMBISCHES SYSTEM & LERNEN
Lernen, d.h. Erinnern, ist eng
verknüpft mit angenehmen
und unangenehmen
Gefühlen! Die Bedeutung
„geeigneter Emotionen
oder eines Erfolgserlebnisses beim
Lernvorgang kann daher
gar nicht überschätzt
werden.“
Frederic Vester
53
HIRNRINDE (KORTEX)
• Bewusstsein,
willkürliche Aktivität,
logisches Denken,
Entscheidungsfähigkeit
• Primäre, sekundäre und
tertiäre sensorische
Felder
• Prämotorische und
motorische Kortexareale
54
HIRNRINDE (KORTEX)
• Viele Rindenfelder sind
auf eine bestimmte
Modalität spezialisiert
• Assoziationsfelder: fügen
verschiedene Modalitäten
zusammen, auch aus
anderer Hemisphäre 
ganzheitliche
Wahrnehmung
55
KORTEXAREALE
Beispiel: Somatosensorisches und motorisches
Rindenfeld
56
HEMISPHÄRENSPEZIALISIERUNG
• Hirnhälften haben
unterschiedliche
Arbeitsweisen und
spezialisieren sich auf
unterschiedliche
Funktionen (Lateralisation)
• Gute Spezialisierung 
mehr Effizienz
Bausteine S. 44
57
58
GLEICHGEWICHTSSYSTEM
Wurm
(Vermis cerebelli)
Rezeptor
Kleinhirn (Cerebellum)
Rautenhirn
Medulla
oblongata
Labyrinth
Olive
Rückenmark
Sinnesmodalität:
 Lageveränderungen des
Kopfes im Raum
 Beschleunigung rotatorisch
und linear
Muskulatur
Abb. aus Zinke-Wolter, Spüren-Bewegen-Lernen.
Borgmann 1992
AG
SI
59
GLEICHGEWICHTSSYSTEM
Wurm
(Vermis cerebelli)
Kleinhirn (Cerebellum)
Rautenhirn
Medulla
oblongata
Labyrinth
Olive
Rückenmark
Abb. aus Zinke-Wolter, Spüren-Bewegen-Lernen.
Borgmann 1992
Muskulatur
Passage integrativer Zentren:
 tlw. durch die F.R. zu
Vestibulariskernen 
 abhängig von Reizqualität, ob
erregende Wirkung!
Kortikale Projektionen:
 Nur in Kombination mit
Propriozeption
60
GLEICHGEWICHTSSYSTEM
Wurm
(Vermis cerebelli)
Kleinhirn (Cerebellum)
Rautenhirn
Medulla
oblongata
Labyrinth
Olive
Rückenmark
Muskulatur
Funktionen:
 Steuerung von Augenbewegungen,
v.a. stabiles Gesichtsfeld
 Haltungskontrolle
 Balance
 Muskeltonus (Streckung,
Aufrichtung)
 Schwerkraftsicherheit
 Erregungsregulation
 Raumwahrnehmung
 BIS
Abb. aus Zinke-Wolter, Spüren-Bewegen-Lernen.
Borgmann 1992
AG
SI
61
TAKTILES SYSTEM
D I S K R I M I N AT I V E S
SYSTEM
SCHUTZSYSTEM
Hinterstrangbahn (DCLM)
Vorderseitenstrangbahn
Phylogenetisch jünger
Phylogenetisch älter
Leitet:
 Klare Tastinfo,
 Druck,
 Propriozeption,
 Vibration
Leitet:
 Schmerz,
 Temperatur,
 Diffuse Berührung
62
DISKRIMINATIVES SYSTEM (DCML)
(dorsal column medial lemniscus
= Hinterstrang-Medialer Lemniscus)
Rezeptor
Primärer
sensorischer Cortex
+Assoziationsfelder
Passage integrativer Zentren:
 Geht nicht durch die F.R. 
keine erregende Wirkung!
ZWISCHENHIRN
HIRNSTAMM
THALAMUS
MITTELHIRN
PONS
Lemniscus
medialis
Ncl. gracilis
Kortikale Projektionen:
 umrissene, spezifische Felder im
sensorischen Kortex
Ncl. cuneatus
MEDULLA
OBLONGATA
Hinterstrangbahnen
Ö
AG
Abb. modifiziert aus: Barr & Kiernan, The Human Nervous
System. Lippincott 1988
SI
63
SENSORISCHE SYSTEME >
(dorsal
column medial lemniscus
HINTERSTRANGBAHN
>>
= Hinterstrang-Medialer Lemniscus)
Primärer
sensorischer Cortex
+Assoziationsfelder
Funktion:
 Mundmotorik
ZWISCHENHIRN
 Feinmotorik
HIRNSTAMM
THALAMUS
 Bewegungsplanung
MITTELHIRN
 Körpergrenzen
PONS
Lemniscus
medialis
Ncl. gracilis
 Exploration - Begreifen
Ncl. cuneatus
MEDULLA
OBLONGATA
Hinterstrangbahnen
Ö
AG
Abb. modifiziert aus: Barr & Kiernan, The Human Nervous
System. Lippincott 1988
SI
64
SCHUTZSYSTEM (ANTEROLATERAL)
(protopathisches System)
vordere Seitenstrangbahnen
Rezeptor
Ncl. caudatus
Putamen
Pallidum
Thalamus
Vierhügelplatte
(Tectum)
Formatio reticularis
Oliva
Spinalganglion
Abb. aus Zinke-Wolter, Spüren-BewegenLernen. Borgmann 1992
Passage integrativer Zentren:
 geht direkt durch F.R. 
erregende, alarmierende Wirkung!
Kortikale Projektionen:
 Ausgedehnte, unspezifische
Felder
Ö
AG
SI
65
SCHUTZSYSTEM (ANTEROLATERAL)
(protopathisches System)
vordere Seitenstrangbahnen
Ncl. caudatus
Putamen
Pallidum
Thalamus
Vierhügelplatte
(Tectum)
Formatio reticularis
Funktion:
 Schutzfunktion
 Mutter-Kind-Beziehung
 Wohlbefinden bei Berührung 
Auswirkungen auf Sozialkontakt!
Oliva
Spinalganglion
Abb. aus Zinke-Wolter, Spüren-BewegenLernen. Borgmann 1992
Ö
AG
SI
66

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