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Default Mode Network – DMN


Anstatt zwischendurch E-Mails zu checken, sollte man lieber Löcher in die Luft starren.

Es gibt im Gehirn zwei neuronale Netzwerke, die eng aneinander gekoppelt sind und einzelne Gehirnregionen miteinander verbinden, wenn Menschen wach, aber in einem Ruhezustand sind. d.h., sie sind für verschiedene Aufmerksamkeitsprozesse zuständig. Das »Default Mode Network« (Ruhezustandsnetzwerk) unterstützt dabei die nach innen gerichtete Aufmerksamkeit wie Selbstreflexion und das »AntiCorrelated Network« hat die Verarbeitung von Außenreizen zur Aufgabe. Wenn das menschliche Gehirn in diesen vermeintlichen Ruhezustand fällt, beschäftigt es sich vorwiegend mit sich selbst. Wenn also das Gehirn Zeit und Kapazitäten hat, reflektiert es über sich selbst, es tauchen Erinnerungen auf oder Bewertungen erlebter Situationen werden erneut reflektiert, Haltungen und Standpunkte werden überprüft und festgelegt. Man vermutet, dass dieses “Gedanken-Schweifen lassen” wichtig für die Identitätsbildung und die Antwort auf Fragen wie “Wer bin ich?” “Was bin ich?” “Wie stehe ich zu einer Sache?” ist, d. h., durch diese Beschäftigung mit sich selbst gelingt es dem Gehirn, ein kontinuierliches Ich aufrecht zu erhalten, obwohl man sich eigentlich ständig verändert.

Das Ruhezustandsnetzwerk wird daher mit Tagträumen, Gedanken über die Vergangenheit, Zukunftsplanung und Kreativität in Verbindung gebracht und schaltet auf Autopilot, wenn Menschen mit einer Tätigkeit einmal vertraut sind. Erst diese Ruhe ermöglicht es, abzuschätzen, was als Nächstes passiert, denn anstatt passiv der Dinge zu harren, die da kommen sollen, versucht das Gehirn stets vorauszuahnen, was eintreten könnte. Das Ruhezustandsnetzwerk lässt Menschen schnelle Entscheidungen treffen, wenn die Regeln dafür bekannt sind. So muss jemand vom morgendlichen Aufstehen bis zur üblichen Route zur Arbeit nicht viel Zeit und Energie für jede kleine Entscheidung aufwenden, um zeitgerecht anzukommen, sondern kann sich auf seine eigenen Angelegenheiten konzentrieren.

Auch wenn Menschen also an nichts denken und ihren Gedanken freien Lauf lassen oder tagträumen oder beim vermeintlichen Nichtstun bzw. Faulenzen – heutzutage sagt man dazu Chillen -, ist das Gehirn dennoch höchst aktiv, wobei dann oft nur halb formulierte Gedanken aufblitzen und wieder verschwinden. In dieser Zeit ist das menschliche Gehirn vor allem deshalb aktiv, weil es umsortiert, umkodiert, speichert, neu verbindet, um sich für die nächsten Aufgaben vorzubereiten. Bei genauer Betrachtung des Gehirns im Ruhezustand zeigt sich, dass es aber nicht überall gleich aktiv ist, sondern an bestimmten Stellen besonders, eben im „Ruhestandardnetzwerk“, einem ganzen System von Gehirnarealen. Wenn Menschen nichts tun, sind unter anderem der mediale temporo-parietale Cortex, der posteriore cinguläre Cortex sowie der mediale präfrontale Cortex aktiv. Siehe dazu resting state fMRI.

Die Aktivität im Default Mode Network ist auch an der Produktion jener spontanen Gedanken beteiligt, die eine Vielzahl innerer Bilder auslösen. In einer Studie wurde Probanden, die untätig in einem Gehirnscanner lagen, per Knopfdruck mitgeteilt, wenn sie sich gerade in irgendwelchen Gedanken verloren hatten. Diese Gedanken waren zufällig reaktivierte Gedächtnisinhalte, die anlasslos aus der Wolke spontaner Aktivität im Default Mode Network kondensieren. Dabei kann man zwischen gewollten und ungewollten spontanen Gedanken unterscheiden, denn wen man etwa Tagträumen will, springt das exekutive Kontrollnetzwerk an, dessen Aktivität zielgerichtetes Denken kennzeichnet. 

Übrigens wird das Default-Mode-Netzwerk vor allem auch beim Tagträumen aktiv, denn geht der Mensch eine Aufgabe zielgerichtet an, hält es sich zurück. Bei Schlafmangel hingegen funktioniert diese Entkoppelung nicht mehr zuverlässig, sondern statt bei der Sache zu bleiben, schaltet das Gehirn immer wieder kurzzeitig in den Default-Modus.

Die Funktion dieses Netzwerkes spielt vermutlich bei vielen Störungen und Erkrankungen wie Autismus, Depression oder Alzheimer eine Rolle, auch wenn die Wissenschaft von einem vollen Verständnis des Ruhezustandsystems noch weit entfernt sind. Beide Netzwerke arbeiten eng, aber zeitversetzt zusammen, denn ist das eine besonders aktiv, sendet das andere weniger Signale und umgekehrt, wobei dieser abwechselnde Rhythmus zwischen Aktivitätszunahme und Aktivitätsabnahme etwa 20 bis 25 Sekunden beträgt. Die Aktivitäten dieser beiden Netzwerke verändern z.B. während der verschiedenen Schlafphasen ihr Zusammenspiel, denn das Ruhezustandsnetzwerk verliert je nach Schlafstadium einen Teil seiner Verknüpfungen.

Das Gehirn befindet sich bekanntlich ständig im Umbau, wobei einzelne Nervenzellen jedoch weder zu aktiv noch zu ruhig werden dürfen. Das Ziel ist ein gleichbleibender Aktivitätslevel, denn eine langfristige Übererregung von Nervenzellen kann zu Schäden im Gehirn führen, aber auch zu wenig Aktivität ist für das Funktionieren nicht günstig. Nervenzellen im Gehirn regeln nach neueren Untersuchungen an Mäusen ihre eigene Erregbarkeit daher so, dass die Aktivität des Netzwerks möglichst konstant bleibt, sodass selbst bei starken Änderungen wie nach einem vollständigen Ausfall von Informationen aus einem Sinnesorgan nach 48 Stunden die zunächst fast verstummten Nervenzellen wieder ähnlich aktiv sind wie vor dem Ausfall. Dieses so erreichte mittlere Aktivitätsniveau ist eine Grundvoraussetzung für ein funktionierendes Gehirn und vor allem die Neuvernetzung von Nervenzellen, die besonders für eine Regeneration nach Verletzungen im Gehirn oder in Sinnesorganen notwendig ist (Keck et al., 2013).

Ohrwürmer als Folge eines Leerlaufs im Gehirn?

Im auditorischen Cortex, wo Geräusche, Sprache und Musik verarbeitet werden, werden Synapsen sehr groß, wobei sie oft mehrere Hundert Kontaktpunkte aufweisen, was ihnen ermöglicht, Informationen sehr schnell weiterzugeben und vor allem den Ursprung von Tönen zu erkennen. Diese besondere Struktur ist auch für das Entstehen von Ohrwürmern verantwortlich, für den drei Kriterien gelten: Sie wiederholen einzelne Passagen eines Liedes (Refrain), sind einfach im Aufbau (Kinderlieder) und haben häufig unerwartete oder überraschende rhythmische Variationen. Solche Melodien sorgen für eine fest verdrahtete Gedächtnisspur im Gehirn, wobei diese Gedächtnisspur umso stärker ist, je mehr Areale in die Erinnerung eingebunden sind, denn wenn man eine Melodie mitsummt, mitpfeift oder den Rhythmus mittrommelt, speichert das Gehirn dies zusätzlich. All das erleichtert das Entstehen von Ohrwürmern, die meist in zwei Phasen entstehen: Die Melodie wird zunächst im Gedächtnis aktiviert, ohne dass dazu bewusste Aufmerksamkeit notwendig ist, oft dann, wenn man das Lied unlängst gehört hat, wobei aber auch verwandte Erinnerungen an die Melodie,  Ausschnitte aus dem Text oder der Songtitel genügen. Zur Aufrechterhaltung kommt dann eine automatische Fokussierung auf die Melodie, wobei das nicht als ganz freiwillig erlebt wird. Übrigens haben Menschen, die emotional instabil sind oder sehr flexibel und offen gegenüber Neuem sind, häufiger Ohrwürmer und empfinden diese auch als belastender und werden sie auch schwerer wieder los. Experten vermuten, dass das Gehirn  mit Ohrwürmern versucht, akustische Leerlaufphasen zu überbrücken, erschafft also Töne, wenn es gerade keine zu hören gibt, ähnlich wie optische Halluzinationen bei Menschen entstehen, die lange in der Dunkelheit gesessen sind. Ohrwürmer auch häufig in einem Zustand der Entspannung auf, etwa beim Aufräumen, Abwaschen, Duschen oder Spazierengehen (vgl. Jimenez, 2013).

Bernardi, Porta & Sleight (2006) entdeckten übrigens in einer Studie, bei der es um die psychologische Wirkung von Musik ging, dass sich die Probanden durch die bis zu zwei Minuten anhaltenden Ruhepausen zwischen den Musikstücken mehr entspannten als bei der Entspannungsmusik selber. Das Gehirn nimmt offenbar Stille besonders dann wahr, wenn ein akustischer Stimulus aktiv beendet wird.


Alter und das Default-Mode-Netzwerk

In der 1000-Brains-Studie werden seit 2011 die Gehirne von rund 1300 Probanden im Alter zwischen 55 und 85 Jahren gescannt, 500 von ihnen sogar zweimal, um herauszufinden, wie und warum das menschliche Gehirn altert. Bekanntlich sterben Nervenzellen und ihre Verbindungen beim Altern, wobei sich auch die Hirnmasse verringert, allerdings betrifft das nicht alle Funktionen des Gehirns in gleichem Ausmaß. So bleiben etwa die Sprachfähigkeit und das Allgemeinwissen bis ins hohe Alter sehr stabil, während Aufmerksamkeit, Gedächtnis, Sprachfähigkeiten oder die Orientierung abbauen.
Die Antwort vermutet man in den höheren Funktionen des Gehirns, denn diese entstehen nicht in einzelnen Arealen, sondern in verteilten Netzwerken. Sobald die Leistungsfähigkeit eines Netzwerks abnimmt, schaltet das Gehirn andere Areale hinzu, die vorher nichts mit dieser Funktion zu tun hatten, d. h., das Gehirn versucht, den Verlust des abgestorbenen Gehirngewebes zu kompensieren. Eine möglicherweise zentrale Rolle spielt dabei vermutlich die Aktivität des Default-Mode-Netzwerks, das immer dann aktiv wird, wenn alle anderen Netzwerke inaktiv sind, etwa die Areale für Aufmerksamkeit oder Arbeitsgedächtnis. Es zeigte sich, dass das Default-Mode-Netzwerk mit dem Alter seine Struktur verändert, wobei die hinteren Areale des Netzwerkes allerdings mehr Hirnmasse als die weiter vorn liegenden verlieren. Daraus folgt, dass sich dieses Netzwerk nicht mehr so leicht abstellen lässt, sodass es mit dem Alter schwieriger wird, aus dem Ruhezustand heraus für die aktive Lösung von Aufgaben umzuschalten. Insgesamt ist das Gehirn alter Menschen stärker vernetzt als bei jüngeren Menschen, d. h., dass das Gehirn nicht bloß strukturell abbaut, sondern vor allem seine Arbeitsweise umorganisiert. Sind die Netzwerke schon im Ruhezustand überaktiv, haben sie weniger Kapazitäten, sobald eine Aufgabe erledigt werden muss, wobei dieser Zusammenhang zwischen Überaktivität und schlechter Performance unabhängig vom chronologischen Alter scheint. Das bestätigt die Annahme, dass Gehirne unterschiedlich schnell altern können, wofür eine Kombination aus genetischer Basis, Lebensstil und Umwelteinflüssen verantwortlich sein dürften.


Johann Beran beschreibt übrigens im DER STANDARD vom 29. März 2014 den Zustand des Leerlaufs des Gehirn als “Germteigtechnik“: “Germteig geht bekanntermaßen dann am besten auf, wenn wir ihn zudecken und ruhen lassen. Unser Gehirn ist da ähnlich konzipiert. In der Ruhephase können Informationen vorsortiert und damit leichter verarbeitet werden. Diese Pausen führen also nicht zum Faulenzen, sondern zum besseren Strukturieren. Und dadurch reduziert sich der Spannungsgrad, und unser Gehirn kann wieder klarer denken. Kreative Ergebnisse lassen sich ja nicht unter Druck erzeugen, sondern oft in solchen “Ruhephasen”, wo der Autopilot ungestört rechnen kann. Kinder beherrschen diese Technik noch sehr gut, wir nennen das dann “Löcher in die Luft starren”. Es sind kurze Momente, in denen unser Bewusstsein eine kleine Pause macht, wir kurz wegdriften, irgendwohin schauen, ohne konkret oder bewusst etwas wahrzunehmen. Dummerweise wird der Wert solcher Pausen oft nicht verstanden und der Dauerbetrieb, der ohnehin nie stattfindet, als erstrebenswert angesehen. Übertrainieren hat auch im Gehirn negative Effekte.”

Literatur

Bernardi, L., Porta, C. & Sleight, P. (2006). Cardiovascular, cerebrovascular, and respiratory changes induced by different types of music in musicians and non‐musicians: the importance of silence. Heart, 92, 445–452.
Jimenez, F. (2013). Wo ist die Stopptaste? Welt am Sonntag vom 30. Juni 2013.
Jockwitz C, Caspers S, Lux S, Eickhoff SB, Jütten K, Lenzen S, Moebus S, Pundt N, Reid A, Hoffstaedter F, Jöckel KH, Erbel R, Cichon S, Nöthen MM, Shah NJ, Zilles K, Amunts K. (2017). The influence of age and cognitive performance on variability of resting-state networks of older adults in a population-based cohort. Cortex, 89, 28-44.
Jockwitz C, Caspers S, Lux S, Jütten K, Schleicher A, Eickhoff SB, Amunts K, Zilles K. (2017). Age- and function-related regional changes in cortical folding of the Default Mode Network in older adults. Brain Structure and Function, 222, 83-99.
Keck, Tara,  Keller, Georg B.,  Jacobsen, Irene, Eysel, Ulf T.,   Bonhoeffer, Tobias &  Hübener, Mark (2013).  Synaptic scaling and homeostatic plasticity in the mouse visual cortex in vivo. Neuron.
https://arbeitsblaetter.stangl-taller.at/SCHLAF/Schlafentzug.shtml (11-12-15)
http://www.neuepresse.de/Nachrichten/Wissen/Das-alternde-Gehirn-Warum-baut-der-Kopf-ab (19-01-06)


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