Vermutlich sehnen viele Schüler sich im Mathematik-Unterricht nach einer Offenbarung im Zahlenchaos. Dabei könnten sich winzige Elektroschocks als nützlich erweisen. So forschen Wissenschaftler bereits seit einiger Zeit dazu, ob elektrische Stimulation des Gehirns die Leistung in Mathe verbessern könnte. Die Ergebnisse einer neuen Studie legen nun nahe, dass die ungewöhnlichen Methode wirksam sein könnte.

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Demnach könne durch die Stärke bestimmter neuronaler Verbindungen vorhergesagt werden, wie gut jemand mathematische Probleme lösen kann. Das Netzwerk, das dabei aktiv wird, kann aber durch schmerzlose, kaum spürbare Impulse stimuliert werden. In dem zentralen Experiment der Studie verbesserten sich Teilnehmer mit schwächeren Mathefähigkeiten durch die Behandlung.

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Angeborene, biologische Nachteile könnten so vielleicht kompensiert werden, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift „PLOS Biology“. So verändern sich Fähigkeiten wie Rechnen von der Kindheit bis in das Erwachsenenalter relativ wenig. Das deute darauf hin, dass angeborene Eigenschaften des Gehirns die akademische Leistung unabhängig von externen Faktoren wie Wohlstand oder Bildung der Eltern prägen.

Elektrische Impulse: Darauf hoffen die Forscher

„Bisher konzentrierten sich die meisten Anstrengungen zur Verbesserung der Bildung auf die Veränderung der Umgebung – die Ausbildung von Lehrern, die Neugestaltung von Lehrplänen – und vernachlässigten dabei weitgehend die Neurobiologie der Lernenden“, zitiert eine Pressemitteilung den Hauptautoren der Studie Roi Cohen Kadosh, Professor für kognitive Neurowissenschaft an der University of Surrey.

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„Indem wir Erkenntnisse aus der Psychologie, den Neurowissenschaften und der Pädagogik integrieren, um innovative Techniken zu entwickeln, die diese neurobiologischen Einschränkungen berücksichtigen, können wir mehr Menschen dabei helfen, ihr Potenzial auszuschöpfen“, erklärt Kadosh. Ungleichheiten bei Einkommen, Gesundheit oder Wohlbefinden könnten durch bessere Matheleistungen und somit besseren Zugang zu vielfältigen Karrierewegen abgebaut werden.

Experiment: Elektrische Impulse lassen Studierende besser rechnen

Das internationale Forschungsteam führte zum entscheidenden Nervennetzwerk des Gehirns ein Experiment mit 72 Studierenden durch. In drei Gruppen eingeteilt, mussten die Teilnehmer über fünf Tage mathematische Probleme lösen.

Bei Mitgliedern einer ersten Gruppe stimulierten elektrische Signale den vor allem beim Rechnen aktiven Gehirnbereich, den sogenannten dorsolateralen präfrontalen Kortex (dlPFC). Bei einer zweiten Gruppe stimulierten die Impulse den posterioren Parietalkortex (PPC), der Rechenleistungen als Erinnerung verarbeitet.

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Eine letzte Placebo-Gruppe wurde ebenfalls an Elektroden angeschlossen, erhielt aber keine Impulse. Mithilfe der Magnetresonanzspektroskopie (MRS) maßen die Forscher außerdem zwei chemische Stoffe im Gehirn der Teilnehmer, Glutamat und GABA, die Hinweise auf die aktuelle Lern- und Veränderungsfähigkeit des Gehirns geben.

Expertin lobt vielseitigen Ansatz der Studie

Teilnehmer mit einer eigentlich schwächeren Nervenverbindung zwischen den dlPFC- und PPC-Regionen zeigten nach elektrischer Stimulation des dlPFC bessere Rechenfähigkeiten. Bei der Stimulation des für Erinnerungen zuständigen PPC stellte sich kein Effekt ein. Die Forscher stellten außerdem eine komplexe Beziehung zwischen Neurochemie, Plastizität des Gehirns und der Kommunikation zwischen Regionen fest, der weiter nachgegangen werden sollte.

María Ruz, Professorin am Forschungszentrum für Geist, Gehirn und Verhalten der spanischen Universität Granada, lobt den multimodalen Ansatz der Studie, der Verhalten, Hirnverbindungen und Neurochemie kombiniert. In einem Kommentar für das „Science Media Centre Spain“ hebt sie die hohe methodische Qualität hervor. Kritisch sieht sie jedoch, dass Langzeitdaten, Vergleiche mit anderen Lernmethoden und die Übertragbarkeit auf Kinder fehlen würden. Auch die geringe Teilnehmerzahl schränke die Aussagekraft ein. Weitere Studien seien nötig.