Aufmerksamkeitsnetzwerke

Geschrieben am 10. Mai 2020 von Dr. Jan Höpker.

Nach dem Ende des Zweiten Weltkrieges hatte sich das US-Militär für die Steigerung der Leistungsfähigkeit des menschlichen Gehirns interessiert. Informationsverarbeitung und Aufmerksamkeit (Konzentrationsfähigkeit) sollten verbessert werden.

Einer der Pioniere bei der Erforschung der Aufmerksamkeit war der US-amerikanische Psychologe und Kognitionswissenschaftler Michael Posner (*1936). Bis zu seiner Emeritierung war er an der University of Oregon tätig. Anfangs hat sich Posner insbesondere mit der visuellen Aufmerksamkeit (Aufmerksamkeit auf visuelle Reize) befasst, weil diese am einfachsten zu erforschen war. Später stellte sich heraus, dass die Aufmerksamkeitssysteme des Gehirns die über die anderen Sinneskanäle erfassten Reize auf die gleiche Art und Weise verarbeiten.

Posner hatte postuliert, dass die Aufmerksamkeit von einem Organsystem mit spezifischer Anatomie bereitgestellt wird, und dass dieses Organsystem aus drei Aufmerksamkeitsnetzwerken besteht, die voneinander unabhängig sind:

  1. Alerting Network,
  2. Orienting Network und
  3. Executive Attention Network.

Die drei Systeme werden von unterschiedlichen Neurotransmittern reguliert, und sie bauen hierarchisch aufeinander auf: Der Ausgang des Alerting Network ist sozusagen der Eingang des Orienting Networks, dessen Ausgang wiederum Eingang des Executive Attention Networks ist.

(Bildlich gesprochen können die Aufmerksamkeitsnetzwerke als Türsteher zum Bewusstsein verstanden werden.)

Das Alerting Network

Dieses subcorticale, d. h. unterhalb der Großhirnrinde liegende, System sorgt für einen aufmerksamen und wachen Zustand, aus dem heraus eingehende Stimuli wahrgenommen werden können. Man muss die intrinsische und phasische Alertness voneinander unterscheiden.

Intrinsische Alertness meint die kognitive Kontrolle der Wachheit und Aktivierung.

Bei der phasischen Alertness hingegen werden Wachheit und Aktivierung als Reaktion auf einen externen Warnreiz gesteigert. Bei der phasischen Alertness aktiviert ein Warnreiz Neuronen des Locus coeruleus, einem Kerngebiet, in dem der Neurotransmitter Noradrenalin produziert wird. Die Ausschüttung von Noradrenalin aktiviert beziehungsweise reguliert das gesamte Netzwerk.

Neben dem Locus coeruleus gehört auch der rechte Frontal- und Parietalkortex zum Alerting Network.

Das Orienting Network

Mit dem Orienting Network erfolgt die Auswahl von Informationen, die zum gegebenen Zeitpunkt relevant sind, aus dem sensorischen Input. Bei den beteiligten Gehirnregionen und Zentren handelt es sich um den oberen Parietallappen, den temporoparietalen Übergang, das frontale Augenfeld und den Colliculussuperior. Der regulierende Neurotransmitter ist Acetylcholin.

(Das Orienting Network übersieht den unsichtbaren Gorilla.)

Das Executive Attention Network

Mit diesem Netzwerk kann mit den Reizen, die vom Orienting Network vorausgewählt wurden, bewusst gearbeitet werden. Das Executive Attention Network macht bewusstes Planen und Entscheiden möglich. Außerdem ist es an der Regulation von Emotionen beteiligt. Das Executive Attention Network, zu dem das anteriore Cingulum, der ventrolaterale präfrontale Cortex und die Basalganglien gehören, wird vorwiegend von den Botenstoffen Dopamin und Serotonin reguliert.

(Das Executive Attention Network scheint eng mit dem Arbeitsgedächtnis zusammenzuhängen.)

Was die Stärke der drei Aufmerksamkeitsnetzwerke betrifft, gibt es von Mensch zu Mensch individuelle Unterschiede, die genetischer Natur sind. Die Stärke der einzelnen Netzwerke ein und derselben Person ist nicht miteinander korreliert, d. h. eine Person mit einem starken Alerting Network hat die gleiche Chance auf ein starkes Orienting Network beziehungsweise Executive Control Network, wie eine Person mit einem schwachen Alerting Network.

Die entsprechenden Gene scheinen mit der Umwelt zu interagieren und Meditation scheint ein Faktor mit großem Einfluss zu sein. In einem Vortrag aus dem Jahr 2016 hat Michael Posner den Mechanismus wie folgt erklärt: Meditation geht mit Theta-Wellen einher, und diese Theta-Wellen können die Myelinierung innerhalb der beteiligten Netzwerke verbessern, weil sie in der Lage zu sein scheinen, schlafende Oligodendrozyten zu (re)aktivieren. (Posner betonte, dass es sich vermutlich nicht um den einzigen Mechanismus handelt, über den sich Meditation positiv auf die Aufmerksamkeit auswirkt.)

Aufmerksamkeit ist eine notwendige Voraussetzung für das explizite Lernen. (Ohne Aufmerksamkeit kann nur implizit gelernt werden.)

Welcher Zusammenhang besteht zwischen den Aufmerksamkeitsnetzwerken und dem task-positive Network? Es dürfte Zusammenhänge geben, aber das task-positive Network ist nicht mit den Aufmerksamkeitsnetzwerken identisch.

Literatur/Quellen

The attention system of the human brain. Posner MI, Petersen SE, Annu Rev Neurosci. (1990) 13:25–42 (PubMed)

The Attention System of the Human Brain: 20 Years After. Michael I. Posner and Steven E. Petersen, Annu Rev Neurosci. (2012) 35:73–89 (PubMed)

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