Mehrfachaufgaben sind möglich: Der wahre Multitasking-Trick

Überbrückung des frontalen Flaschenhalses: In den frühen Phasen des Kompetenzerwerbs stützt sich der Prozess stark auf den präfrontalen Kortex, den Bereich, der für exekutive Funktionen und Denken zuständig ist. Dieser wirkt historisch betrachtet als strenger kognitiver Flaschenhals, der zu jedem Zeitpunkt nur eine anspruchsvolle Aufgabe bewältigen kann.

Entdeckung des zeitlichen Offloadings: Nach wochenlangen intensiven Trainings verschiebt sich die neuronale Vernetzung physisch und übernimmt die automatisierte Aufgabe in der temporalen Rinde, einem Gehirnareal, das für die Objekterkennung und die Gedächtniskodierung optimiert ist.

Die 30.000-Versuchs-Längsschnitts-Prüfung: Forscher verfolgten Teilnehmer, die über einen Zeitraum von fünf bis zehn Wochen mehr als 30.000 Bildsortier-Versuche über eine Smartphone-App-Spiel durchführten, wodurch es möglich wurde, strukturelle Gehirnscans sowohl vor als auch nach dem Erreichen der Expertise durchzuführen.

Technik und Auswirkungen

Entlarvung des Mythos des Aufgabenwechsels: Die Ergebnisse stellen die traditionelle neurologische Theorie direkt in Frage, wonach menschliches Multitasking eine Illusion darstellt, die aus schnellen, hin-und-hergehenden Aufgabenwechseln besteht.

Stattdessen beweist die Studie, dass das Gehirn physisch getrennte, eigenständige neuronale Schaltkreise aufbauen kann, um zwei Aufgaben gleichzeitig auszuführen.

Metrik für das Vergessen und die Zwangshandlungen: Da automatisierte Verhaltensweisen in Schaltkreise übergehen, die für das bewusste Denken weniger zugänglich sind, zeigt die Forschung, warum kognitive Strategien wie „an etwas anderes denken" nicht dazu beitragen, zwanghafte Verhaltensweisen einzudämmen, und liefert einen neuen anatomischen Leitfaden zur Steuerung für kontinuierliches Lernen: Die Verlagerung automatisierter Fähigkeiten in den Temporallappen befreit den präfrontalen Kortex, um alte Informationen als modulare Bausteine für neue Fähigkeiten zu nutzen – ein bedeutender Durchbruch, der die Effizienz des menschlichen kontinuierlichen Lernens im Vergleich zu aktuellen KI-Modellen erklärt.

Einordnung fuer Autofahrer

Horizonte der Schaltkreis-Kompatibilität: Erstautor Dr. Maximilian Riesenhuber und Hauptautor Dr.

Patrick Cox betonen, dass zukünftige Forschung sich auf die genauen Signale konzentrieren wird, die diese neuronale Migration auslösen, und die Grenzen des parallelen Verarbeitens definieren, wobei sie darauf hinweisen, dass Aufgaben gefährlich bleiben, wenn sie um dieselben physischen sensorischen Mechanismen konkurrieren.

Neue Forschungsergebnisse zeigen, wie sich das Gehirn neu vernetzt, um erlernte Aufgaben zu automatisieren. Diese Erkenntnisse stellen ein lang etabliertes Verständnis darüber infrage, wie Menschen komplexe Fähigkeiten meistern, und deuten darauf hin, dass echtes Multitasking tatsächlich möglich ist.

Technik und Auswirkungen

Neben der Ermutigung für gestresste Menschen, die beweisen kann, dass sie zwei Dinge gleichzeitig bewältigen können, hat die Studie auch wichtige Implikationen für die Entwicklung von künstlicher Intelligenz, die in der Lage sein soll, wie das Gehirn, auf vorheriges Lernen aufzubauen. „Wir haben einen weiteren Baustein in unserem Verständnis davon, wie das Gehirn lernt," sagte leitender Autor Maximilian Riesenhuber, PhD, Professor für Neurowissenschaften an der Georgetown University School of Medicine und Mitdirektor des Zentrums für Neuroengineering. „Das Ermutigende daran ist, dass man tatsächlich lernen kann, Multitasking zu betreiben.

Es gibt tatsächlich einen Weg, die Architektur des Gehirns umzugestalten und andere Bereiche des Gehirns einzusetzen." Die neue Studie baut auf jahrzehntelanger Forschung zum Lernen im Gehirn auf.

Wissenschaftler wollten die Mechanismen hinter der Automatisierung verstehen und erforschen, wie das Gehirn den Übergang vom Erlernen einer neuen Aufgabe hin zu einer nach langjähriger Erfahrung zunehmend unbewussten Ausführung vollzieht. Ein gutes Beispiel dafür ist das Autofahren, so Riesenhuber.

Einordnung fuer Autofahrer

Wenn jemand zum ersten Mal lernt, Auto zu fahren, ist dafür seine volle Konzentration erforderlich.

Doch nach vielen Jahren des Fahrens können die meisten Menschen gleichzeitig sprechen, Musik hören oder ein Problem durchdenken, ohne sich vollständig auf die Bedienung des Fahrzeugs konzentrieren zu müssen. „Die Frage lautet: Wie schafft Ihr Gehirn das?", so Riesenhuber.

Die meisten bisherigen Forschungsarbeiten zum Lernen konzentrierten sich auf die frühen Phasen; was das Gehirn langfristig bewirkt, ist jedoch schwerer zu untersuchen und weniger verstanden. Für die neue Studie trainierten die Forscher Teilnehmer darin, morphte Bilder zu sortieren und dabei feine Unterschiede zu erkennen, um sie voneinander zu unterscheiden.

Was die Studie zeigt

Die Probanden absolvierten über 30.000 Versuche innerhalb von fünf bis zehn Wochen und nutzten eine App, mit der sie die Bilder als Spiel auf ihrem Smartphone sortieren konnten. Die Forscher führten mit fMRI und EEG Gehirnscans bei den Teilnehmern vor und nach Abschluss der Versuche durch.

Sie stellten fest, dass die Aufgabe nach dem anfänglichen Erlernen des Bildsortierens den präfrontalen Kortex aktiviert. Dieser Bereich des Gehirns ist für exekutive Funktionen und das Denken verantwortlich, kann jedoch in der Regel nur eine Aufgabe gleichzeitig bewältigen.

Wenn die Forscher hingegen die Gehirne, die wochenlang das Sortieraufgabe geübt hatten, zeigte sich, dass die Kategorisierung nun im Temporalkortex stattfindet, einem Bereich des Gehirns, der an der Kodierung komplexer Objekte beteiligt ist. „Vorherige Studien haben gezeigt, dass Teile des Temporalkortex bei erfahrenen Beobachtern durch bestimmte Objektkategorien aktiviert werden können – bei Vögeln, Autos, sogar bei Pokémon –, doch eine Limitation all dieser Studien besteht darin, dass sie ausschließlich nach dem Erreichen der Expertise durchgeführt wurden. „Die Stärke dieser Studie liegt darin, dass sie longitudinale ist: Wir messen vor und nach dem Training, sodass wir sehen können, dass umfangreiches Training im Temporallappen einen kategorie-selektiven Bereich schafft, der vorher nicht vorhanden war", sagte Erstautor Patrick Cox, PhD, der die Studie als Doktorand in Riesenhubers Labor begann und nun Assistenzprofessor für Psychologie an der Lehigh University ist. „Dies hat Implikationen für kritische reale Szenarien, wie etwa wenn ein Radiologe Massen auf einem Röntgenbild recht automatisch als gutartig oder bösartig einordnen kann, oft ohne ausgedehnte Überlegungen, dank jahrelanger Ausbildung", fügte Cox hinzu.

Was die Studie zeigt

Informationen zur Kategorie aus dem Auto-selektiven Bereich im Temporalkortex umgehen den präfrontalen Kortex und verbinden sich direkt mit Ausgangsbereichen des Gehirns. „Erfahrung formt das Gehirn um, um diesen frontalen Flaschenhals zu umgehen.

Der präfrontale Kortex bleibt dann für alles andere frei, was Sie tun möchten, und erhöht Ihre Kapazität", erklärte Riesenhuber. Tatsächlich stellten die Forscher fest, dass je mehr die Fahreraufgabe vom präfrontalen Kortex „abgeladen" wird, desto besser können Menschen eine weitere Aufgabe parallel zur Fahreraufgabe ausführen.

Diese Erkenntnis stellt eine lang etablierte Theorie in Frage, wonach Menschen echtes Multitasking nicht bewältigen können.

Technik und Auswirkungen

Stattdessen wurde angenommen, dass das Gehirn zwischen zwei Aufgaben schnell hin- und herwechseln muss. „Was wir zeigen, ist, dass sich die Schaltkreise tatsächlich so verändern, dass das Gehirn zwei Dinge gleichzeitig bewältigen kann", sagte Riesenhuber. „Dies ist wirklich echtes Multitasking." Die Ergebnisse können zudem Implikationen für das Verständnis zwanghaftes Verhaltens haben, da sie belegen, dass erlernte Verhaltensweisen in Gehirnnetzwerke übergehen, die weniger zugänglich sind für bewusstes Denken oder exekutive Funktionen. „Der erste Schritt, etwas wieder zu lernen, ist zu verstehen, wo es im Gehirn tatsächlich stattfindet", sagte Riesenhuber.

Dies verdeutlicht, warum Strategien wie die Aufforderung, sich auf etwas anderes zu konzentrieren, tatsächlich nicht helfen, da das Verhalten nicht wirklich unter bewusster Kontrolle steht.

Zudem hilft dies zu erklären, warum Menschen so gut darin sind, kontinuierlich zu lernen oder Fähigkeiten aufzubauen, die auf anderen Fähigkeiten aufbauen – etwas, mit dem künstliche Intelligenz (KI) nach wie vor Schwierigkeiten hat.

Technik und Auswirkungen

Laut Riesenhuber könnte das Verschieben einer erlernten Fähigkeit in den temporalen Kortex und die Freigabe äfrontalen Kortex dem Gehirn ermöglichen, alte Informationen als Bausteine für das Erlernen KI-Modelle verfügen nach seiner Aussage nicht über dieselbe Fähigkeit.

Als Nächstes möchten die Forscher die Mechanismen oder Signale untersuchen, die das Verschieben des Gehirns in einen anderen ermöglichen, und klären, welche Grenzen des Multitasking bestehen. „Eine weitere wirklich interessante Frage ist, welche Arten werden können, dass sie parallel ausgeführt werden können", sagte Cox. „Wir können gleichzeitig spazieren und Kaugummi kauen, aber das Betrachten des Handys zum Texten während des Fahrens wird niemals sicher sein, weil wir dabei den Blick ße abwenden.

Es kommt darauf an, vollständig getrennte neuronale Schaltkreise für zwei Aufgaben zu trainieren, damit diese kompatibel werden." Förderung: Die Förderung dieser Studie wurde durch die National Science Foundation (BCS-1232530) und die ARCS Foundation sowie das Army Research Laboratory (W911NF-24-1-0097) bereitgestellt.

Was die Studie zeigt

Die Autoren geben an, keine persönlichen finanziellen Interessen im Zusammenhang mit der Studie zu haben. Zentrale beantwortete Fragen: A: Durch den Aufbau eines gesamten Bereichs zur Selektion, der zuvor nicht existierte.

Die Studie der Georgetown University zeigte, dass das Üben einer Fähigkeit zehntausendfach das Gehirn umstrukturiert, sodass die Aufgabe aus dem überfüllten präfrontalen Kortex auswandert und sich im Temporallappen neu ansiedelt, wodurch ein permanenter, automatisierter Schaltkreis entsteht.

A: Weil tief verankerte Gewohnheiten in Gehirnregionen wandern, die den bewussten Kontrollzentrum des Gehirns vollständig umgehen.

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Da diese automatisierten Verhaltensweisen im Temporallappen und nicht im präfrontalen Exekutivnetzwerk abgearbeitet werden, ist der Versuch, sich „etwas anderes vorzustellen", wirkungslos, da das Verhalten auf einem Schaltkreis läuft, der vom bewussten Denken getrennt ist. A: Wie man kontinuierliches Lernen beherrscht, ohne dabei verlorene Daten zu löschen.

Durch die Freigabe äfrontalen Kortex mittels der Übertragung bereits gemeisterter Gewohnheiten in den Temporallappen können Menschen alte Erinnerungen als modulare Bausteine nutzen, um Neues zu lernen – ein struktureller Trick, den aktuelle KI-Modelle noch schwer nachzuahmen versuchen. Redaktionelle Hinweise: Dieser Artikel wurde News bearbeitet.

Zusätzliche Kontextinformationen wurden ügt. Über diese Neuigkeiten zur Neuroforschung und Neurotechnologie: Autor: Karen Teber Quelle: Georgetown University Kontakt: Karen Teber – Georgetown University Bild: Das Bild ist Neuroscience News zu verdanken.

Technik und Auswirkungen

Originale Forschung: Zugangsbeschränkt. „Umfangreiche Erfahrung remodelliert die neuronale Schaltung, um den frontalen Flaschenhals zu überwinden und die Automatisierung der Kategorisierung zu erhöhen", Clara A. Scholl, Marissa L. Laws, Nelson E. Jaimes, Xiong Jiang und Maximilian Riesenhuber.

Journal of Cognitive Neuroscience DOI:10.1162/JOCN.a.2618 Umfangreiche Erfahrung remodelliert die neuronale Schaltung, um den frontalen Flaschenhals zu überwinden und die Automatisierung der Kategorisierung zu erhöhen Das Lernen kognitiver Prozess.

Die meisten Studien zum menschlichen Kategorielernen verwenden kurze Paradigmen, die nur wenige Stunden dauern, und zeigen eine verstärkte Formenselektivität in visuellen Arealen sowie aufgabenabhängige Antworten im präfrontalen Kortex. Andere Studien identifizieren zudem einen „frontalen Flaschenhals", der das Multitasking einschränkt.

Technik und Auswirkungen

In der Realität umfasst die Kategorisierung jedoch oft Monate oder Jahre an Übung, was potenziell zu qualitativen Verschiebungen hin zur Automatisierung führen kann. Wir testeten die Hypothese, dass umfangreiches Training zu einem räumlich-zeitlichen Verschiebung in der neuronalen Schaltkreisarchitektur führt, die die Kategorisierung unterstützt.

Die Teilnehmer wurden über mehr als 30.000 Versuche im Verlauf von 5 bis 10 Wochen geschult, um mittels einer mobilen App neuartige morphete Auto-Wahrnehmungsreize zu kategorisieren.

Mittels fMRT und EEG-Verfahren zur schnellen Adaptation untersuchten wir die neuronalen Reaktionen nach dem initialen Lernen (ca. innerhalb von 1 bis 2 Wochen) sowie nach umfangreichem Training (ca. 16 zusätzliche Stunden über weitere 4 bis 8 Wochen).

Technik und Auswirkungen

Die konvergierenden Ergebnisse aus fMRT und EEG zeigten, dass umfangreiches Training die aufgabenbezogene Schaltkreisarchitektur grundlegend umgestaltet: Visuelle Areal im ventralen okzipito-temporalen Kortex (vOTC) waren anfänglich formselektiv, doch nach umfangreichem Training traten kategoriselektive Reaktionen im vOTC auf.

Zudem zeigte der vOTC eine verringerte funktionelle Konnektivität mit dem präfrontalen Kortex (pFC) und eine erhöhte Konnektivität mit motorischen Output-Arealen. Diese Ergebnisse stützen die Hypothese, dass umfangreiche Erfahrung es ermöglicht, Kategorisierungsentscheidungen außerhalb des „frontalen Flaschenhals" zu treffen.

Entscheidend ist, dass die verringerte Konnektivität zwischen dem vOTC und dem pFC mit einer verbesserten Kategorisierungsleistung unter Dual-Task-Bedingungen einherging, was auf eine gesteigerte Automatisierung hinweist.

Diese Befunde zeigen, dass langfristiges Training die neuronale Grundlage der Kategorisierung umgestaltet und diesen Prozess, aber aufmerksamkeitsgesteuerten Vorgang zu einem effizienteren, automatisierten Prozess wandelt.