Arbeitsgedächtnis Kurzzeitgedächtnis

Wurden Informationen über unsere Sinnesorgane aufgenommen und für einen Bruchteil einer Sekunde in unserem sensorischen Gedächtnis gespeichert, landen diese im nächsten Schritt in unserem Kurzzeit- bzw. Arbeitsgedächtnis.

Kurzzeitgedächtnis – Funktion

Das Kurzzeitgedächtnis spielt eine wichtige Rolle bei der Ausführung täglicher Aufgaben. Egal, ob beim Kopfrechnen oder beim Lesen eines Textes kommt unser Kurzzeitgedächtnis ständig zum Einsatz. Es stellt eine Art Zwischenspeicher für Informationen dar, die im Moment benötigt werden, aber nicht von langfristiger Relevanz sind. Etwa 90 Prozent aller im Kurzzeitgedächtnis ankommenden Informationen werden wieder vergessen.

Ohne das Kurzzeitgedächtnis könntest Du:

• keinen Text lesen, da Du den Anfang eines langen Satzes nicht im Gedächtnis behalten könntest und ihn schon wieder vergessen hättest, bevor Du am Ende angekommen wärst.
• kein Gespräch führen, da Du mitten in der Unterhaltung schon vergessen hättest, worüber Du und Dein Gegenüber eigentlich sprechen.
• keine Namen, Passwörter oder Inhalte auswendig lernen.

Ein typisches Beispiel für die Funktion des Kurzzeitgedächtnisses ist das Merken einer Telefonnummer:

Wie Du der folgenden Abbildung entnehmen kannst, kommen die Informationen, die das Kurzzeitgedächtnis erhält, vom Ultrakurzzeitgedächtnis (sensorischen Gedächtnis), das die Informationen zuvor über die Sinnesorgane aufgenommen hat.

Abbildung 1: Im Kurzzeitgedächtnis ankommende Informationen stammen aus dem sensorischen Gedächtnis

Die im Kurzzeitgedächtnis ankommenden Informationen sind visuelle, auditive, olfaktorische und taktile Reize. Im sensorischen Gedächtnis findet bereits die erste Filterung der über die Sinnesorgane eingehenden Informationen statt. Würde dies nicht geschehen, würde das Kurzzeitgedächtnis von Reizen überflutet werden.

Das Kurzzeitgedächtnis befindet sich direkt hinter der Stirnseite im Frontallappen des Großhirns, wie Du der nachfolgenden Abbildung (2) entnehmen kannst. Deshalb ist die Geste, sich an die Stirn zu tippen, gar nicht so weit hergeholt, wenn einem etwas nicht einfällt. Man tippt sich genau an die Stelle seines Kurzzeitgedächtnisses.

Abbildung 2: Das Kurzzeitgedächtnis liegt hinter der Stirn als Teil des Frontallappens der Großhirnrinde

Kurzzeitgedächtnis – Modell

Die Bezeichnung Kurzzeitgedächtnis (short-term memory) geht auf teils veraltete Theorien zur Informationsverarbeitung zurück, die annahmen, dass es sich bei dem Kurzzeitgedächtnis um ein einheitliches System handelt, das immer nur eine Aufgabe gleichzeitig ausführen kann.

Die Informationsverarbeitung im Kurzzeitgedächtnis liegt bei 7 ± 2 Sinnes- bzw. Informationseinheiten (Chunks) pro Minute. Das heißt, es können aus einer Reihe von zehn Zahlen zwischen fünf und neun Zahlen in Folge behalten werden. Ab zehn Zahlen in Folge werden nur noch Bruchstücke gespeichert. Bei Buchstaben oder Wörtern ist die Speicherkapazität sogar noch etwas geringer. Doch was genau ist ein Chunk eigentlich?

Sollen Informationen länger gespeichert werden, dann sollten diese wiederholt (Rehearsal) und gruppiert (Chunking) werden. An Wiederholungen und Gruppierungen werden besser erinnert als an ungeordnete Wörter oder Zahlen. Damit erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Information aus dem Kurzzeitgedächtnis ins Langzeitgedächtnis überführt und nicht vergessen wird.

Chunks können sowohl aus Buchstaben und Zahlen als auch aus beiden gemischt bestehen. Typische Bespiele für Chunks und Chunking sind:

Kurzzeitgedächtnis – Probleme am Modell

Untersuchungen haben gezeigt, dass der Mensch sehr wohl in der Lage ist, mehrere Aufgaben gleichzeitig auszuführen, solange es sich bei den Aufgaben um unterschiedliche Typen handelt, zum Beispiel das Merken von Wortreihen und gleichzeitiges Rechnen. Handelt es sich jedoch um Aufgaben des gleichen Typs, können diese nur schwer bis gar nicht gleichzeitig ausgeführt werden, da es zu Interferenzen kommt. Daraus lässt sich nun schließen, dass es sich bei dem Kurzzeitgedächtnis nicht um ein einheitliches System handelt und das Kurzzeitgedächtnis aus mehreren modalitätsabhängigen Komponenten bestehen muss.

Arbeitsgedächtnis – Baddeley

Während die älteren Theorien von einem Kurzzeitgedächtnis ausgingen, geht die aktuelle Forschung hingegen von einem sogenannten Mehrspeichermodell aus, das verschiedene Untersysteme für die einzelnen Reizarten besitzt. Nach diesem Modell gibt es jeweils einzelne Systeme für die Speicherung akustischer und visueller Informationen (Reize).

1974 stellten Alan Baddeley und Graham Hitch ihr Arbeitsgedächtnismodell vor. Dabei handelt es sich um eine Erweiterung des sogenannten Dreikomponentenmodells, das nur den sensorischen Speicher, das Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis unterscheidet. In dem Mehrspeichermodell untergliederten sie die Komponente des Kurzzeitgedächtnisses in die zentrale Exekutive, die phonologische Schleife und den räumlich-visuellen Notizblock. Später wurde das Modell von Baddeley um eine vierte Komponente erweitert, den sogenannten episodischen Puffer.

Einen Überblick über die einzelnen Komponenten und die ihnen zugewiesenen Aufgaben bietet Dir die folgende Aufzählung:

• zentrale Exekutive (central executive): Kontrolle
• artikulatorische bzw. phonologische Schleife (phonological loop): Speicherung sprachlicher (gesprochener/geschriebener) Informationen
• räumlich-visueller Notizblock (visuo-spatial sketchpad): Speicherung räumlicher und visueller Informationen
• episodischer Puffer (episodic buffer): Verknüpfung von Informationen aus der phonologischen Schleife, dem räumlich-visuellen Notizblock und dem Langzeitgedächtnis (erklärt die verbesserte Merkfähigkeit bei gruppierten Inhalten)

Die phonologische Schleife und der räumlich-visuelle Notizblock stellen reizabhängige (modalitätsspezifische) Teilsysteme zur Aufrechterhaltung phonologischer und räumlich-visueller Informationen dar. Die zentrale Exekutive ist dagegen modalitätsunspezifisch und reizunabhängig und dient der Kontrolle des räumlich-visuellen Notizblocks und der phonologischen Schleife. Bei dem episodischen Puffer handelt es sich um ein multimodales Speichersystem mit begrenzter Kapazität, das sowohl visuelle als auch phonologische Informationen in Form von "Episoden" speichern kann.

Einen Überblick über den Zusammenhang der einzelnen Systeme bietet Dir die nachfolgende Abbildung. In dieser kannst Du gut erkennen, dass die zentrale Exekutive eine Kontrollfunktion in Bezug auf die anderen drei Systeme einnimmt.

Abbildung 3: Aufbau des Arbeitsgedächtnisses mit der zentralen Exekutive als KontrollorganQuelle: ku.de

Die neuere Forschung hält eine Informationsverarbeitung von 7 ± 2 Chunks für eine Überschätzung. Forscher*innen gehen heute eher von einer Speicherkapazität von 4 ± 1 Chunks aus. Das heißt, aus einer Zahlenreihe von zehn Zahlen werden nur drei bis fünf Zahlen statt fünf bis neun, wie in früheren Forschungen angenommen, gespeichert. Diese neue Ansicht wird auch die "Magical number 4 ± 1" genannt.

Weitere Forscher*innen wie zum Beispiel Baddeley gehen zudem von einer Informationsverarbeitung aus, die weniger von der Speicherkapazität begrenzt ist, sondern viel mehr von der Speicherdauer. Baddeley nimmt beispielsweise an, dass die Kurzzeitgedächtnis-Spanne alles umfasst, was in zwei Sekunden verbalisiert werden kann. Außerdem wird im Modell des Arbeitsgedächtnisses davon ausgegangen, dass die Bedeutung des Rehearsals, also der Wiederholung, beim Kurzzeitgedächtnis überschätzt wird.

Kurzzeitgedächtnis – Dauer und Kapazität

Informationen und Reize können im Kurzzeitgedächtnis für wenige Sekunden bis etwa eine halbe Minute aufrechterhalten werden. Danach werden die Gedächtnisinhalte je nach Relevanz ins Langzeitgedächtnis weitergeleitet. Unwichtige Informationen werden aussortiert, manipuliert und überschrieben. Das liegt nicht zuletzt an der begrenzten Speicherkapazität des Kurzzeitgedächtnisses.

Arbeitsgedächtnis – Störung

Bei der Verarbeitung von Informationen im Arbeitsgedächtnis kann es zu Störungen kommen. Zum einen kann dies aufgrund von einer Beeinträchtigung der Aufmerksamkeit geschehen und zum anderen kann dies eine Folge von Erkrankungen und Verletzungen des Gehirns sein.

Aufmerksamkeit

Eine wichtige Rolle spielt im Arbeitsgedächtnis die Aufmerksamkeit. Das Arbeitsgedächtnis reagiert empfindlich auf Störungen, beispielsweise Geräusche. Ist die Aufmerksamkeit gestört bzw. beeinträchtigt, gehen möglicherweise Informationen verloren und die Weiterleitung von Informationen ins Langzeitgedächtnis wird erschwert bis hin zu unmöglich.

Zur Verdeutlichung findest Du hier ein Beispiel aus dem Alltag:

Erkrankungen

Die Funktion des Arbeitsgedächtnisses kann eingeschränkt sein. Diese Beeinträchtigungen können angeboren oder aber auch die Folge einer Verletzung sein. Dabei kommt es zu einer Verringerung der Speichermenge oder einer Verkürzung der Speicherdauer. Das macht es der betroffenen Person sehr schwer, Informationen in einem kurzen Zeitraum zu behalten und lange Sätze zu verstehen. Kurz gesagt, der Neuerwerb von Informationen ist beeinträchtigt.

Je nach Schwere der Verletzung kann es auch passieren, dass die Funktion des Arbeitsgedächtnisses ganz aussetzt. Gedächtnisstörungen werden als Amnesien bezeichnet. Die Störung des Arbeitsgedächtnisses wird anterograde Amnesie genannt.

Mögliche Störungen des Arbeitsgedächtnisses sind beispielsweise:

• Legasthenie
• Demenz bzw. Alzheimer
• Schädel-Hirn-Trauma
• Schlaganfall
• Meningitis
• Hirntumor
• Depression und Angstzustände
• Cannabis oder Alkohol

Arbeitsgedächtnis – Verbesserung

Das Arbeitsgedächtnis kann trainiert werden. Bestimmte Übungen können die Merkfähigkeit steigern. Dieses Gedächtnistraining wird im umgangssprachlichen Gebrauch gerne "Gehirnjogging" genannt. Gerade im Alter kann es immer bedeutender werden, das Gedächtnis zu verbessern, da die Gedächtnisleistung langsam abnimmt und die Vergesslichkeit zunimmt.

Als Training reichen bereits ein paar tägliche Kopfrechenaufgaben aus. Auch Merkspiele wie "Koffer packen" oder Memo-Spiele eignen sich gut dafür. Generell eignen sich alle Spiele oder Aufgaben, bei denen sich an etwas erinnert werden muss, hervorragend, weil sie die Gedächtnisleistung etwas herausfordern.

Arbeitsgedächtnis – Intelligenz

Grundsätzlich werden zwei Arten der Intelligenz unterschieden: zum einen die kristalline Intelligenz, die das erworbene Wissen und die Fähigkeiten einer Person umfasst, und zum anderen die fluide Intelligenz, die die grundlegenden Prozesse des Denkens umfasst und weitestgehend unabhängig von Erfahrung ist.

Studien legen nahe, dass die fluide Intelligenz von der Stärke des Arbeitsgedächtnisses bestimmt wird. Diese ist zwar teils genetisch bedingt, aber kann dennoch bis zu einem bestimmten Grad trainiert werden.

Personen, deren Gehirn Informationen leichter aus dem Arbeitsgedächtnis abrufen kann, lösen Intelligenzaufgaben deutlich besser. Damit lassen sich etwa 20 % der Intelligenzleistung erklären. Weitere 20 % der allgemeinen Intelligenz lassen sich darauf zurückführen, dass das Gehirn intelligenter Personen generell schneller arbeitet, wie die Reaktionszeitexperimente herausgefunden haben.