Glückshormon Dopamin macht’s möglichMäuse lernen schneller mit großer Belohnung – was heißt das für Schüler?

Anders als bisher angenommen ist es für die Lerneffizienz eben nicht egal, wie groß eine am Ende lockende Belohnung ist. Je größer der Gewinn, desto schneller geht’s mit dem Lernen - zumindest bei Mäusen, wie ein Forschungsteam im Fachjournal „Science“ berichtet. Inwiefern sich die Ergebnisse etwa auf Schüler übertragen lassen, ist bisher unklar. Der dem Effekt zugrundeliegende Botenstoff Dopamin spielt jedenfalls auch beim Menschen eine zentrale Rolle beim Lernen.

In der Forschung mit Mäusen werden üblicherweise kleine Belohnungen von weniger als einem Prozent des täglichen Futterbedarfs einer Maus verwendet, wie das Team um Joshua Dudman vom Howard Hughes Medical Institute (HHMI) in Ashburn im US-Bundesstaat Virginia erklärt. Für die Versuche wurden die Mengen nun um ein bis zwei Größenordnungen - also um den Faktor 10 bis 100 - gesteigert, mit durchschlagendem Erfolg: Neurowissenschaftler hätten sich früher damit abgefunden, ein Tier jeweils einige Wochen lang trainieren zu müssen, sagte Studienleiter Luke Coddington vom Dudman Lab. „Stattdessen beobachte ich jetzt, wie diese Mäuse die Aufgabe innerhalb eines Tages einfach meistern.“

Die besser belohnten Mäuse schafften verschiedene Herausforderungen nach höchstens einem Zehntel der zuvor nötigen Versuche, wie es in der Studie heißt. „Beispielsweise erlernten einige Mäuse eine Aufgabe zur Navigation zu einem versteckten Ziel bereits nach wenigen Verstärkungssitzungen - etwas, das bei Standardbelohnungen hunderte oder tausende Verstärkungen erfordert.“

Mäuse könnten mit besseren Belohnungen möglicherweise auch für komplexere Aufgaben trainiert werden als bisher angenommen, vermuten die Forschenden. Das würde die Möglichkeit eröffnen, zuvor als unerreichbar geltende Fragen zu Lernen und Kognition zu klären. „Wenn wir sie richtig in die Aufgabe einbinden können - wer weiß, was sie dann alles lernen können“, sagte Coddington.

Etliche Generationen von Wissenschaftlern mühten sich bisher womöglich viel länger als eigentlich nötig damit ab, ihren Versuchstieren etwas beizubringen. Es sei stets angenommen worden, dass die Lerngeschwindigkeit in erster Linie von der Erfahrung abhängt - davon, wie oft wir etwas versuchen und dabei Erfolg haben - und nicht von der Höhe der Belohnung, erklärt das Team um Dudman. „Wir werden besser im Pokern, weil wir immer wieder spielen und gewinnen, ganz gleich, ob der Gewinn 100 Dollar oder 100 Millionen Dollar beträgt.“

Auch am Dudman Lab habe man stets geglaubt, dass Tiere langsam lernen und hunderte Wiederholungen benötigen, jeweils mit einer kleinen Belohnung, um selbst einfache Aufgaben zu erlernen. Es habe offenbar nie ein Neurowissenschaftler daran gedacht, zu untersuchen, ob die Höhe der Belohnung das Lernen beeinflussen könnte. „Das gesamte Fachgebiet macht das seit Jahrzehnten, und ich meine das ganz wörtlich: Niemand hat das jemals überprüft“, sagte Forschungsgruppenleiter Dudman.

Jüngere Forschungsergebnisse zu Dopamin hätten dann aber darauf hingewiesen, dass die Höhe des Jackpots doch eine größere Rolle spielen könnte als angenommen. Das wurde nun bestätigt. Durstige Mäuse, die als Belohnung für das Erledigen einer Aufgabe einige große Schlucke Wasser erhielten, lernten viel schneller als Mäuse, die mit vielen kleinen Schlucken belohnt wurden, wie die Forschenden berichten. Der Unterschied sei vergleichbar damit, einem Menschen einen Keks oder eine einzelne Schokolinse zu geben.

„Anstatt viele Tage zu benötigen, um die Aufgabe mit Hilfe tausender kleiner Belohnungen zu erlernen, lernten die Tiere die Aufgabe an einem einzigen Tag, nachdem sie weniger als zehn große Belohnungen erhalten hatten.“ Die größeren Belohnungen verstärken der Gruppe zufolge drei Lernfaktoren: wie viel die Tiere bei jeder Wiederholung lernen, wie gut sie das Gelernte von Tag zu Tag übertragen und wie engagiert sie während jeder Lernsitzung sind.

Neben dem beschleunigten Lernen zeigten höhere Belohnungen einen weiteren überraschenden Effekt: Individuelle Unterschiede zwischen den Tieren verringerten sich drastisch. „Normalerweise würde eine Maus vielleicht innerhalb einer Woche zum Experten werden, während eine andere einen Monat brauchte, um dieselbe Aufgabe zu lernen“, hieß es. „Mit der größeren Belohnung lernten alle Tiere die Aufgabe innerhalb weniger Tage.“

Im Gehirn führen größere Belohnungen zu einem stärkeren Anstieg von Dopamin, einem Botenstoff, der dabei hilft, Lernen und Motivation zu regulieren, wie die Forschenden erklären. Zudem hielten die Dopamin-Signale länger an. „Dadurch kann das Gehirn aus jeder Erfahrung mehr gewinnen und sich stärker auf die jeweilige Aufgabe konzentrieren, was beides zu einem schnelleren Lernen beiträgt.“ Als die Forschenden die mit kleinen Belohnungen verbundenen Dopamin-Signale künstlich verlängerten, stellten sie fest, dass das Lernen ebenfalls schneller vonstattenging.

Der Grad der Konzentration auf die Aufgabe ist den Forschenden der wichtigste Faktor für individuelle Unterschiede beim Lernen. „Wir glauben, dass wir, indem wir die Dopamin-Reaktionen in diesen Experimenten deutlich verstärken, alle „Kinder“ in unserem „Klassenzimmer“ in wirklich engagierte Schüler verwandeln“, sagte Coddington.

Durch die kürzere Trainingszeit und die verringerten Schwankungen zwischen einzelnen Tieren ließen sich Lernprozesse künftig leichter untersuchen, bilanzieren die Wissenschaftler. Das Dudman-Labor setze in seinen Experimenten bereits höhere Belohnungen ein. „Das hat die Vorgehensweise bei fast allen unseren aktuellen Projekten verändert“, so Dudman.

Verwendete Quellen: Annett Stein, dpa