Theta-Wellen

    Theta-Wellen umfassen die mittels eines Elektroenzephalogramms erfassbaren neuronalen Gehirnaktivitäten im Frequenzbereich zwischen 4 und 8 Hz, die  vermehrt bei Unaufmerksamkeit, Schläfrigkeit und in leichten Schlafphasen auftreten. Im Wachzustand sind sie bei Kleinkindern physiologisch normal, bei Erwachsenen können sie auch auf eine Hirnfunktionsstörung oder eine Hirnläsion hinweisen. Bei sehr alten Menschen und bei Menschen mit einer Demenz kann die Ruheaktivität durch Theta-Wellen gekennzeichnet sein. Theta-Wellen werden noch unterteilt in Low-Theta von 3 – 6,5 Hz und High-Teta von 6,5 – 8 Hz, wobei erstere hauptsächlich für tiefe Entspannung, Meditation oder Hypnose stehen, während High-Theta-Aktivitäten vor allem beim Einschlafen, in Trance und bei Wachträumen zu finden sind. Theta-Wellen finden sich daher selten im normalen Ruhe-Elektroenzephalogramm eines Erwachsenen, kommen aber in der Ruheaktivität während des Säuglings- und Kleinkindalters häufig vor.

    Neuere Untersuchungen lassen vermuten, dass Theta-Wellen auch der elektrische Ausdruck des räumlichen Vorstellungsvermögens sein könnten, da im Gehirn von Ratten, die nach einem Weg suchen, Theta-Oszillationen auftreten und auch bei Menschen schon erste vergleichbare Ergebnisse gefunden wurden. Solche Theta-Synchronisierungen verweisen möglicherweise auf einen Zusammenhang mit bestimmten Gedächtnisprozessen, denn so erfolgen beim Memorieren von Bildern sowohl Theta- als auch Delta-Synchronisierungen, die als Ausdruck der verstärkten Aktivität des Arbeitsgedächtnisses und als Aufnahme neuer Gedächtnisinhalte gelten können.

    Köster et al. (2019) haben nun festgestellt, dass Babys vor allem durch Überraschungen lernen. Im Rahmen dieser Studie wurden neun Monate alten Babys Bildergeschichten gezeigt, die entweder einen erwarteten oder einen unerwarteten Handlungsausgang hatten. So war in einer Geschichte etwa ein Mann zu sehen, der eine Brezel essen wollte und diese entweder zum Mund oder stattdessen auf den Kopf führte, während in einer anderen Szenen ein Ball auf einen Tisch oder unerwartet durch die Tischplatte hindurch fiel. Dabei wurden mittels eines Elektroenzephalogramms die verschiedenen Frequenzen, die mit kognitiven Prozessen in Zusammenhang gebracht werden, erfasst. Das Elektroenzephalogramm zeigte bei den Kindern entweder eine Frequenz, die dem Theta-Rhythmus entspricht, der bei Erwachsenen mit Lernprozessen assoziiert ist, oder eine schnellere Frequenz, die dem Alpha-Rhythmus entspricht. Anhand dieser Messungen ist deutlich geworden, dass der Theta-Rhythmus bei den Babys im Vergleich zu erwarteten Ereignissen besonders sensitiv für unerwartete Ereignisse ist. Säuglinge haben offenbar grundlegende Erwartungen an ihr physisches und soziales Umfeld, wie ihre Aufmerksamkeit für Ereignisse zeigt, die ihre Erwartungen verletzen. Die Verarbeitung unerwarteter Ereignisse im Theta-Rhythmus spiegelt vermutlich solche Lernprozesse wider.

    Estefan et al. (2021) untersuchten die Theta-Wellen bei Menschen, denen zur Operationsplanung Elektroden in das Gehirn implantiert worden waren, wenn sie ein Spiel in der virtuellen Realität absolvierten. Dabei mussten sie entlang einer quadratischen Strecke navigieren und sich Bilder einprägen, die an unterschiedlichen Stellen des Wegs präsentiert wurden. Die ProbandInnen konnten sich dabei entweder aktiv in der virtuellen Umgebung bewegen oder sahen nur die Bilder entlang des Pfades, den ein anderer Teilnehmer zurückgelegt hatten, d. h., in diesem Fall hatten sie also keine Kontrolle darüber, wie sie sich die verschiedenen Objekte in der virtuellen Umgebung einprägen konnten. Nach der Aufzeichnung der elektrophysiologische Aktivität im Hippocampus während der Navigationsaufgabe überprüft man, wie gut sich die ProbandInnen nach dem Versuch an die Objekte erinnern konnten. Bei Versuchspersonen, die aktiv navigieren durften, konnte man einen Anstieg der Theta-Oszillationen beobachten, die das Lernen und anschließend das Erinnern effizienter gemacht haben. Es gab allerdings zwei aufeinanderfolgende Phänomene, die zeitlich nur Millisekunden auseinanderlagen: Eines korrespondierte mit dem Einspeichern der Information, das andere mit dem Abruf der zuvor gespeicherten Information, also einer Reaktivierung des Gedächtnisses. Tatsächlich zeigten ProbandInnen, die frei durch die virtuelle Umgebung navigierten und Informationen somit besser speichern und erinnern konnten, eine ähnliche Theta-Aktivität, wie sie zuvor bei den Mäusen beobachtet worden war. Daraus kann man schließen, dass die Willenskraft entscheidend ist, um Informationen ins Gedächtnis zu integrieren, was nichts anderes bedeutet, dass Menschen, die gezwungen werden, etwas zu lernen, diese Inhalte schlechter im Gedächtnis behalten.

    Literatur

    Daniel Pacheco Estefan, Riccardo Zucca, Xerxes Arsiwalla, Alessandro Principe, Hui Zhang, Rodrigo Rocamora, Nikolai Axmacher & Paul F. M. J. Verschure (2021). Volitional learning promotes theta phase coding in the human hippocampus. Proceedings of the National Academy of Sciences, doi:10.1073/pnas.2021238118.
    Köster, Moritz, Langeloh, Miriam & Hoehl, Stefanie (2019). Visually Entrained Theta Oscillations Increase for Unexpected Events in the Infant Brain. Psychological Science, doi:10.1177/0956797619876260.
    https://www.spektrum.de/lexikon/neurowissenschaft/theta-wellen/12919 (14-11-21)


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