Embodied Cognition

Misshand-lungen haben einen starken negativen Einfluss und wirken diesbezüglich als „Res-sourcenverknappung“ (Teicher & Samson, 2016).

Studien im Erwachsenenalter zeigen, dass Rauchen, Übergewicht oder Diabetes exogen begründete, vaskuläre Risikofaktoren darstellen und schädlich auf die Struk-tur und Funktion des Gehirns wirken. Dies wird evident durch zunehmende Hinweise auf eine Schädigungen der Hirnarterien, Gehirnatrophien und die damit einherge-henden kognitiven Dysfunktionen bei betroffenen Individuen (Bender & Raz, 2012;

Debette et al., 2011; de Frias, Schaie, & Willis, 2014). Chronischer Stress im Alltags- bzw. Berufsleben⁵ (McEwen, 2007) sowie starke Depressionen (Tsai, 2003) können ebenfalls zum Abbau neuronaler Ressourcen führen.

Insgesamt gibt es eine Vielzahl weiterer Umweltfaktoren, welche unterschiedlich stark auf den Gesundheitszustand des Gehirns und dessen Funktionen wirken (siehe Abbildung 3). Einige Faktoren⁶ sind endogen und durch unsere Gene vordetermi-niert, während andere wie Bewegung, Ernährung, intellektuelles Engagement und den erwähnten Faktoren in unterschiedlichem Ausmaß, unter der Kontrolle des Indi-viduums sind und im Verlauf des Lebens beeinflusst werden können (Reuter-Lorenz

& Park, 2014).

die kognitiven Funktionen nicht, wie bei der Darstellung von Reuter-Lorenz und Park (2014), als ein undifferenziertes globales Konstrukt behandelt. Vielmehr wird nach den kognitiven Fähigkeiten differenziert, die essentiell sind und für Veränderungen in der motorischen Leistungsfähigkeit und den motorischen Lernprozessen verant-wortlich gemacht werden (siehe Ren et al., 2013). Ein Blick auf die Veränderungsra-ten ist auch deshalb von großer Bedeutung, da die meisVeränderungsra-ten Studien zur Entwicklung der kognitiven Funktionen im Lebensverlauf querschnittlich angelegt sind. Da diese querschnittlich angelegten Studien als Grundlage für die Schlussfolgerungen der Entwicklungsverläufe dienen, scheint es wichtig anzumerken, dass verschiedene Faktoren die Interpretation der Ergebnisse korrumpieren können.

„[...] factors such as the selection of time points, trajectory of developmental process, and test-retest reliability of methods employed affect the extent to which cross-sectional findings accu-rately represent longitudinal processes.“

Es werden im Folgenden die strukturellen und funktionellen Veränderungen des Ge-hirns im Kindes- und im höheren Erwachsenenalter überblicksartig beschrieben (Ka-pitel 2.3.1). Im Anschluss werden die Entwicklungstrajektorien der neuronalen Re-präsentationen (auch interne Modelle bzw. Schemata genannt; Kapitel 2.3.3) und der exekutiven Kontrollprozesse (auch EF genannt; Kapitel 2.3.4) dargestellt.

2.3.1 Strukturelle und funktionale Veränderungen des Gehirns

Das SMART COMPASS-Modell geht von zwei Bahnen aus, die die Anreicherung oder den Abbau von neuronaler Ressourcen sowie die Struktur und die Funktion des Gehirns und damit die kognitive Leistungsfähigkeit beeinflussen. Sowohl eine Anrei-cherung als auch der Abbau können auf direktem und indirektem Weg Einfluss neh-men.

Auf einem direkten Weg ereignen sich in früher Kindheit die folgenreichsten Verän-derungen. Verschiedene Gehirnregionen entwickeln sich im Verlauf unterschiedlich (Gogtay et al., 2004). Areale, welche einfache Informationen verarbeiten, entwickeln sich früher als solche, die komplexe Informationen verarbeiten (Burkhalter, Bernardo,

& Charles, 1993). Zum Zeitpunkt der Geburt sind die primären sensorischen und

motorischen Areale soweit gereift, dass erste Erfahrungen (Sehen, Hören, Tasten und Ausführung von Bewegungen) gemacht werden können. Demgegenüber ist der Höhepunkt der synaptischen Überproduktion im Bereich des präfrontalen Kortex, der mit EF assoziiert ist, erst mit circa einem Jahr zu beobachten (siehe Abbildung 4).

Abb. 4: Entwicklung und erfahrungsabhängige Synapsenbildung des menschlichen Gehirns über die Lebens-spanne und differenziert nach einfachen und komplexen kognitiven Funktionen (mod. nach Phillips & Shonkoff, 2000, S.188).

Dieser initiale „Wildwuchs“ an Synapsen (Huttenlocher & Dabholkar, 1997) in den ersten Lebensjahren muss zunächst gestutzt („Pruning“)⁸ werden (Katz & Shatz, 1996). Jene Synapsen und Netzwerke, welche häufig genutzt werden, bleiben erhal-ten und werden darüber hinaus verstärkt, während andere, die ungenutzt bleiben, verschwinden („use it or loose it“-Prinzip) (Blakemore & Choudhury, 2006; Giedd et al., 1999). Diese Ordnung von Nervenverbindungen erfolgt, bevor sich die neuralen

8 Mit „Pruning“ wird eine besondere Form der Synapseneliminierung verstanden, die zu einer Art Feinab-stimmung der synaptischen Verbindungen führt. Bei dieser werden synaptische Verbindungen, die nicht funktional und demnach redundant sind, abgebaut (Chechik, Gal, Meilijson, & Isaac, 1999; Ruppin & Eytan, 1998).

Verbindungen stabilisieren und macht das Gehirn in diesen frühen Lebensjahren zu einem hoch plastischen Gebilde mit enormem Lernpotenzial und hoher Lerneffizienz (Knudsen, 2004). Gleichzeitig macht dies deutlich, dass in Abhängigkeit des Alters der Kinder verschiedene Erfahrungen unterschiedlich bedeutend sind (Black &

Greenough, 1986).

“[...] this means that early experience has a unique advantage in shaping the architecture of de-veloping brain circuits before they are fully mature and stabilized.“ (Shonkoff, 2007, S.13)

Dieser Vorgang der Netzwerkbildung (Verdrahtung kortikaler Areale) führt zu einer erhöhten Spezialisierung des Gehirns, welche eine effizientere Arbeitsweise erlaubt.

Gleichzeitig ist das Gehirn durch eine erhöhte Spezialisierung aber weniger in der Lage sich zu reorganisieren und sich neuen Situationen oder unbekannten Heraus-forderungen anzupassen (Keuroghlian & Knudsen, 2007; Cai, Chan, Yan, & Peng, 2014).

Im höheren Erwachsenenalter wird auf struktureller Ebene eine altersbedingte korti-kale Volumenabnahme, eine Ausdünnung der Großhirnrinde, eine verminderte In-tegrität der weißen Substanz sowie weitere neurobiologische Veränderungen wie eine Abnahme von dopaminergen Rezeptoren oder die Abnahme synaptischer Ver-bindungen beobachtet (Davatzikos & Resnick, 2002; Head et al., 2004; Moseley, 2002; Raz et al., 2005; Resnick, Pham, Kraut, Zonderman, & Davatzikos, 2003; Salat et al., 2004; Sullivan & Pfefferbaum, 2006; Wen & Sachdev, 2004). Auf funktioneller Ebene nehmen die interneuronale Vernetzung (Sala-Llonch, Bartrés-Faz, & Junqué, 2015), die Hemisphärenasymmetrie („Hemispheric Asymmetry Reduction in Old Adults”; HAROLD-Modell; Cabeza, 2002), die effiziente Interaktion zwischen den Neuronen sowie deren Spezifität (Park, Polk, Park, Minear, Savage, & Smith, 2004) ab. Darüber hinaus ist eine Dysregulation des Ruhezustandes des Gehirns („Default Activity“; Persson, Lustig, Nelson, & Reuter-Lorenz, 2007) beobachtbar. Besonders anfällig für den Abbau von Ressourcen scheinen frontale Bereiche des Gehirns, wie der präfrontale Kortex, zu sein (Good, Johnsrude, Ashburner, Henson, Friston, &

Frackowiak, 2001; Head et al., 2004, Salat et al., 2005).

Gleichzeitig beinhaltet das SMART COMPASS-Modell einen zweiten, indirekten Weg, welcher die schädlichen Auswirkungen eines Abbaus von neuronalen Ressour-cen dämpfen (Kompensation) und die positiven Effekte einer Anreicherung von Res-sourcen verstärken oder unterstützen kann. Um diese Form der Unterstützung bzw.

Dämpfung zu beschreiben, bedienen sich Park und Reuter-Lorenz (2009; 2014) der Metapher eines „Baugerüsts“ (Scaffolding). Darunter ist ein Auf- und Ausbau von komplementären und alternativen neuronalen Verbindungen zu verstehen, welcher einen normaler Prozess darstellt und sowohl im Kindesalter als auch im höheren Er-wachsenenalter wirkt. Es handelt sich um zusätzliche synaptische Verbindungen (stille Verbindungen; Spitzer, 2002), welche auch dann bestehen bleiben, wenn sie nicht mehr verwendet werden und funktionell auch nicht mehr aktiv sind. Bei alters-bedingten, degenerativen Abbauprozessen im höheren Erwachsenenalter können, in früher Kindheit (oder im Lebensverlauf) geknüpfte, stille Verbindungen reaktiviert werden und dadurch altersbedingte Verluste kompensieren.

Das SMART COMPASS-Modell deutet diesbezüglich darauf hin, dass dieser Pro-zess („Gerüstbau“; Scaffolding) aktiviert und angeregt werden kann durch beispiels-weise das Lernen neuer motorischer Fertigkeiten, durch körperliche Aktivität und Ausdauertraining sowie durch verschiedene kognitive Trainingsinterventionen. Reu-ter Lorenz und Park (2010) schreiben hierzu:

„[…], compensatory scaffolding is affected by experiences, so that new learning, enhanced car-diovascular health, sustained engagement in a mentally challenging activity, and cognitive train-ing might all operate to enhance the brain’s ability to build effective new scaffoldtrain-ing […].“ (S.410)

Die mit diesen Interventionen verbundenen und herausfordernden Stimulationen füh-ren zu funktionellen Reorganisations- und Erneuerungsprozessen. Diese Prozesse verfestigen die bereits existierenden neuronalen Verbindungen, bauen neue dungen aus, und nicht mehr genutzte, suboptimal arbeitende oder defekte Verbin-dungen entsprechend ab bzw. auf. Dies geschieht immer mit dem Ziel die kognitiven Funktionen, im Sinne der Homöostase, aufrechtzuerhalten. Dabei scheint insbeson-dere der präfrontale Kortex ein bevorzugter Bereich für den Aufbau dieses Gerüsts (Scaffolding) zu sein (Reuter-Lorenz & Park, 2014).

2.3.2 Entwicklungstrajektorien verschiedener kognitiver Bereiche

Nach aktuellem Forschungsstand besteht Einigkeit darüber, dass einige kognitive Bereiche anfälliger für einen altersbedingten Abbau sind als andere. Craik und Bia-lystok (2006) nutzen in diesem Zusammenhang die Begriffe kristalline und fluide In-telligenz. Fluide Intelligenz oder fluides Denken ist die Fähigkeit, logisch zu denken, Probleme zu lösen und charakterisiert dementsprechend exekutive Kontrollprozesse (Cattell, 1963). Kristalline Intelligenz beinhaltet Fähigkeiten, die von Wissen und Er-fahrung abhängen, wie Vokabelwissen, prozedurales und deklaratives Wissen oder andere Repräsentationen. Beide Intelligenzformen folgen unterschiedlichen Entwick-lungstrajektorien über die Lebensspanne (Horn & Cattell, 1967; Jones & Conrad, 1933).

Abb. 5: Theoretisch mögliche Entwicklungstrajektorien der Bewegungsrepräsentationen und exekutiven Kon-trollprozesse über die Lebensspanne (mod. nach Craik & Bialystok, 2006, S.133).

(a) Zu sehen ist eine simplifizierte Vorstellung der Entwicklungs-verläufe (umgekehrt U – förmige Beziehung) der kognitiven Leis-tungsfähigkeit über die Lebens-spanne.

(b) eine Differenzierung in genannte Intelligenzformen (fluid vs. kris-tallin) sowie

(b) einen von Cai et al. (2014) deut-lich realistisch beschriebenen Entwicklungsverlauf gegliedert in Repräsentationen und exeku-tive Kontrollprozesse.

Zusätzlich zu der Einteilung wird deutlich, dass es unterschiedliche Charakteristiken dieser Trajektorien geben kann.

Cai et al. (2014) sprechen diesbe-züglich von „Normalem Altern“, Kog-nitivem Altern“ und „Erfolgreichem Altern“.

In Abbildung 5 wird ein theoretisches Modell der Entwicklungsverläufe der genannten kognitiven Komponenten dargestellt. Man erkennt einen Anstieg der Leistungsfähig-keit der exekutiven Kontrollprozesse von der Kindheit bis zum jungen Erwachsenen-alter gefolgt von einem mehr oder weniger starken Absinken der Leistungsfähigkeit im hohen Erwachsenenalter. Bezüglich der Repräsentationen wird deutlich, dass diese über die Lebenspanne weitestgehend stabil bleiben. Hier kann ein deutlicher Anstieg in der Kindheit beobachtet werden, der sich im Verlauf des Erwachsenenal-ters stetig, jedoch langsamer, vergrößert und im hohen Erwachsenenalter weitestge-hend erhalten bleibt. Allerdings ist der Erhalt in erster Linie abhängig von der Häufig-keit deren Nutzung sowie deren kontinuierlicher Pflege (durch Übung und Wiederho-lung). Auch ist denkbar, dass Repräsentationen erhalten bleiben, diese aber auf-grund der reduzierten Kontrollprozesse nicht abrufbar sind. “[…] representations de-pend on access to adequate levels of control […].” (Craik & Bialystok, 2006, S.134).

Dies verdeutlicht, wie die beiden scheinbar getrennten Entitäten (EF und Repräsen-tationen) eng miteinander verknüpft sind und extensiv miteinander interagieren, zum einen für den Aufbau neuer neuronaler Repräsentationen zum anderen für deren Abruf.

2.3.3 Repräsentationen

Repräsentationen entwickeln sich im Verlauf des Lebens schrittweise zu immer kom-plexeren und präziseren Wissensstrukturen. Hierbei handelt es sich um Gedächtnis-inhalte wie Faktenwissen (deklarativ), Handlungen und Fertigkeiten wie das Binden der Schuhe (prozedural), regelhafte Zusammenhänge in der Welt sowie Werte, wel-che unser Zusammenleben leiten bzw. regeln (einschließlich unseres Kommunikati-onssystems) (semantisch) und auf neuronaler Ebene repräsentiert werden. Unge-achtet der verschiedenen Arten (deklarativ, prozedural oder semantisch) und Kom-ponenten dieser Repräsentationen (kinästhetisch-taktil, dynamisch-zeitlich oder bild-lich-räumlich) folgt die Mehrheit dabei einem einheitlichen Entwicklungstrend. Dieser Trend ist gekennzeichnet durch eine schnelle Verbesserung in der frühen Kindheit,

durch eine langsame Entwicklung im frühen Erwachsenenalter und durch einen weit-gehend stabilen, jedoch leicht abnehmenden Verlauf im hohen Erwachsenenalter (Hedden & Gabrieli, 2004).

2.3.4 Kontrollprozesse

Das Konstrukt der EF hat in den letzten drei Jahrzehnten eine enorme Aufmerksam-keit erlangt. Trotz oder vielleicht gerade aufgrund der vielen Veröffentlichungen gibt es bezüglich der EF keine generell akzeptierte Definition (Wasserman & Wasserman, 2013). Häufig erfolgt eine Dreiteilung der EF in kognitive Flexibilität, Inhibitionsfähig-keit und Arbeitsgedächtnis (z.B. Hofmann, Schmeichel, & Baddeley, 2012; Huizinga, Dolan, & van der Molen, 2006; Miyake, Friedman, Emerson, Witzki, Howerter, & Wa-ger, 2000; Xu, Han, Sabbagh, Wang, Ren, & Li, 2013)

Abb. 6: Beispielhafte Einteilung der exekutiven Funktionen (erstellt nach Miyake et al., 2000).

Bei genauerer Betrachtung der drei genannten Subkomponenten der EF (siehe Ab-bildung 6) können Boelema et al. (2014) sowie Shanmugan und Satterthwaite (2016) aufgrund der altersbedingten Reifungsprozesse im Kindes und Jugendalter, ver-schiedene Entwicklungstrajektorien der kognitiven Kontrollprozesse ausmachen. Die Inhibitionsfähigkeit und die kognitive Flexibilität entwickeln sich bereits im frühen Kin-desalter. Clark und Kollegen (2013) können zeigen dass diese Prozesse sich am schnellsten zwischen dem 3. bis 4. Lebensjahr entwickeln, wobei sich die kognitive Flexibilität langsamer und bis ins Jugendalter weiterentwickelt. Das Arbeitsgedächt-nis und die kognitive Flexibilität sind in erster Linie durch große Veränderungsraten in der Übergangsphase zwischen dem Kindesalter und dem Jugendalter

gekenn-zeichnet (Anderson, 2002; Jenkins, Myerson, Hale, & Fry, 1999). Das Arbeitsge-dächtnis ist demnach eine kognitive Domäne, welche sich bis in das Jugendalter und frühe Erwachsenenalter hinein stetig weiterentwickelt (Gur et al., 2012; Best & Miller, 2010).

Im höheren Erwachsenenalter sind fast alle Maße der EF durch Abnahmen charak-terisiert oder deuten auf eine Reduzierung der Effizienz verschiedener Aspekte der Informationsverarbeitung. Insbesondere die Verarbeitungsgeschwindigkeit, die Ka-pazität des Arbeitsgedächtnisses, die Inhibitionsfähigkeit sowie das Langzeitge-dächtnis sind durch solche Abnahmen (Baddeley & Hitch, 1974; Baddeley, 2000;

Jenkins et al., 1999; siehe auch Glisky, 2007 für Veränderungen der kognitiven Funk-tionen beim Altern) gekennzeichnet.

Auch die Inhibitionsfähigkeit und die kognitive Flexibilität verschlechtern sich mit dem höheren Lebensalter (siehe Abbildung 7).

Abb. 7: Zusammenfassung der Querschnittsdaten zur kognitiven Leistungsfähigkeit im Alter (mod. nach Park

& Reuter-Lorenz, 2009, S.25).

Weltwissen bleibt erhalten bzw. verbessert sich mit zu-nehmendem Alter leicht.

Verarbeitungsgeschwindigkeit, Ar-beitsgedächtnis und Langzeitge-dächtnis nehmen mit zunehmen-dem Alter ab.

Studien von Mathis, Schunck, Erb, Namer und Luthringer (2009) sowie Christ, White, Mandernach und Keys (2001) konnten zeigen, dass die altersbedingte Beeinträchti-gung der inhibitorischen Kontrolle bereits im Alter von 50 Jahren auftreten kann. Die Fähigkeit der flexiblen Zuteilung von Aufmerksamkeitsressourcen (kognitive Flexibi-lität) erfordert ein Wechsel zwischen den Zielen der verschiedenen, parallel durch-zuführenden Aufgaben. Personen im höheren Erwachsenenalter benötigen länger um flexibel zwischen zwei verschiedenen Aufgaben zu wechseln (Cepeda, Kramer,

& Gonzalez de Sather, 2001). Doppelaufgaben scheinen ein adäquates Paradigma, um die kognitive Flexibilität als Komponente der EF zu untersuchen.

Es erscheint wichtig festzuhalten, dass in den meisten Studien zu den EF unter-schiedliche Aufgaben herangezogen werden, um diese zu operationalisieren. Dies macht eine Generalisierbarkeit der verschiedenen Studienergebnisse schwierig. Ob-wohl die meisten der genannten Studien im Kindes- und Jugendalter einen mehr oder weniger linearen Entwicklungsverlauf der EF zeigen, gibt es eine große interindivi-duelle Variabilität bezüglich der Veränderungsraten. Die Ergebnisse der Studien zu den Entwicklungsverläufen der EF sind sehr inkonsistent (Shanmugan & Sat-terthwaite, 2016). Aber auch im hohen Erwachsenenalter sind, bezüglich der Ent-wicklungsverläufe der EF, hohe interindividuelle Variabilität und fast immer Entwick-lungssprünge sowie Plateaus zu beobachten (Boyle, Wilson, Yu, Barr, Honer, Schneider, & Bennett, 2013; Dixon & Frias, 2009).