Motorisches Lernen - Neuronale Netze

Hausarbeit (Hauptseminar) , 2002 , 28 Seiten , Note: 1,0

Didaktik - Sport, Sportpädagogik

Netzwerke begegnen uns mittlerweile in allen Bereichen des gesellschaftlichen und wissenschaftlichen Lebens.
Netzwerke sind sogar überlebensnotwendig. „Viele aktuelle Untersuchungen weisen darauf hin, dass eine Verbesserung der Bewältigung daher kommen kann, dass wir Teil eines sozialen Netzwerkes sind [...] (Zimbardo, Philip G. 1992, S.494).

Welche Rolle neuronale Netzwerke in der Wissenschaft spielen, verdeutlicht folgende Aussage. Etwa 50.000 Forscher rund um den Globus sollen es sein - so die Zeitung DIE WOCHE vom 26. Oktober 2001 -, die sich momentan im engeren oder weiteren Sinne mit neurowissenschaftlichen Fragestellungen beschäftigen: so viele wie in keinem anderen Wissensgebiet. Hierbei ist ein Teil die Bereitstellung von Simulationen zur Veranschaulichung der grundlegenden Abläufe bei Lernvorgängen in Netzen mit synaptisch verbundenen Elementen, deren Verbindungsstärke einer erfolgsabhängigen Veränderung unterliegt. Es werden hierüber grundlegende Mechanismen der funktionellen Plastizität veranschaulicht, die verschiedenen [...] Lernarten und Vermittlungsmethoden zugrunde liegen. (www.ebut.de, 2001)

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung – Die Bedeutung von Netzwerken

2. Motorik und Lernen
2.1 Lernprozesse
2.2 Motorische Steuerungsprozesse
2.3 Motorisches Lernen und ZNS- Strukturen

3. Neuronale Netzwerke
3.1 Angeleitetes Lernen
3.2 Weitere Lernregeln

4. „Constraint- Induced“ (CI) Therapie

5. Fazit

6. Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Schnittstelle von Motorik und Lernen

Abbildung 2: Steuerungsprozesse der Willkürmotorik

Abbildung 3: ZNS- Strukturen, die an einer Willkürbewegung beteiligt sind

Abbildung 4: Aktive Gehirnareale während Lernphasen

Abbildung 5: Portal des Gedächtnisses

Abbildung 6: Neurogenese durch körperliches Training

Abbildung 7: Konditionierung des Lidschlussreflexes

Abbildung 8: 3D- Konstruktion einer synaptischen Verbindung

Abbildung 9: Mustererkennung im visuellen System

Abbildung 10: Neuronales Netzwerk mit zwei Schichten

Abbildung 11: Wie Kinder und Netzwerke die Bildung der Vergangenheit lernen

Abbildung 12: _ Erklärungsmodell für den Nichtgebrauch (Learned Nonuse) der paretischen Seite nach Schlaganfall

Abbildung 13: Changes in Spatial Representations

Abbildung 14: Erklärungsmodell zur Überwindung des Learned Nonuse

1. Einleitung – Die Bedeutung von Netzwerken

Netzwerke begegnen uns mittlerweile in allen Bereichen des gesellschaftlichen und wissenschaftlichen Lebens. Sei es in der Form sozialer Netzwerke, beispielsweise der Peer- groups heranwachsender Kinder, oder der Zusammenschaltung verschiedenster Computer zu einem gemeinsamen Netzwerk unter Windows NT.

Netzwerke sind sogar überlebensnotwendig. „Viele aktuelle Untersuchungen weisen darauf hin, dass eine Verbesserung der Bewältigung daher kommen kann, dass wir Teil eines sozialen Netzwerkes sind [...] (Zimbardo, Philip G. 1992, S.494).

Welche Rolle neuronale Netzwerke in der Wissenschaft spielen, verdeutlichen folgende Aussagen. Etwa 50 000 Forscher rund um den Globus sollen es sein - so die Zeitung DIE WOCHE vom 26. Oktober 2001 -, die sich momentan im engeren oder weiteren Sinne mit neurowissenschaftlichen Fragestellungen beschäftigen: so viele wie in keinem anderen Wissensgebiet. „Die VolkswagenStiftung unterstützt in ihrem dezidiert neurowissenschaftlichen Schwerpunkt ´Dynamik und Adaptivität neuronaler Systeme - Integrative Ansätze zur Analyse kognitiver Prozesse` Projekte mit 580.000 Euro“ (Jung, 2001).

Das Förderinstrument "Innovationskollegs" des BMBF hat es ermöglicht, dass 1996 an der Humboldt-Universität ein für Deutschland einmaliger Schwerpunkt "Theoretische Biologie" mit drei neuen Professuren dauerhaft eingerichtet wurde. Das als Kooperationsprojekt von zwei Fakultäten (der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I und der Medizinischen Fakultät Charité) entstandene "ITB" hat sich zu einer attraktiven Institution entwickelt, die in den vergangenen fünf Jahren mehr als 200 Gastwissenschaftler, viele davon aus dem Ausland, angezogen hat. Das große Interesse hat bereits zur Einrichtung des Nebenfachs "Theoretische Biologie" geführt. (vgl. Zappe, 2001)

Die Deutsche Vereinigung für Sportwissenschaft e.V. (dvs), ein Zusammenschluss der an sportwissenschaftlichen Einrichtungen in der Bundesrepublik Deutschland in Lehre und Forschung tätigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, gab in ihren „dvs- Informationen online“ bekannt, dass „auf den WWW- Seiten der Sektion Sportmotorik in Zusammenarbeit mit dem ITES- Projekt der Universität des Saarlandes [..] ein Electronic Journal (E- Journal) zu ´Motor Control and Learning` angeboten [wird]“ (dvs- Informationen, 2002, S. 44).

Wünschenswert wäre bspw. die Bereitstellung von Simulationen zur Veranschaulichung der grundlegenden Abläufe bei Lernvorgängen in Netzen mit synaptisch verbundenen Elementen, deren Verbindungsstärke einer erfolgsabhängigen Veränderung unterliegt. Diese Darstellungen ließen sich ergänzen durch Animationen zur Interaktion der kortikalen und subkortikalen ZNS-Strukturen, die mit der Planung, Initiierung und Ausführung von Willkürbewegungen befasst sind. Insgesamt ließen sich hierüber grundlegende Mechanismen der funktionellen Plastizität veranschaulichen, die verschiedenen [...] Lernarten und Vermittlungsmethoden zugrunde liegen. (www.ebut.de, 2001)

Es ist ein Verbundprojekt, das unter anderem die Einsatzmöglichkeiten elektronischer Medien für die Lehre in den Bereichen Bewegungslernen und Techniktraining aufbereitet und evaluiert. Das Projekt "eBUT" - e-learning in der Bewegungs- und Trainingswissenschaft - wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt 1,8 Millionen Euro gefördert. Die Wissenschaftler um Prof. Dr. Heinz Mechling vom Institut für Sportwissenschaft und Sport möchten die Erkenntnisse aus Bewegungs- und Trainingswissenschaft in Lehr-Lern-Module für elektronisch basiertes Lernen umsetzen. Zusammen mit deutschlandweit acht weiteren Sportinstituten sowie dem Institut für Mediendidaktik der Universität Freiburg werden im Projekt "eBUT" neben dem Modul "Motorisches Lernen" Module zu den Bereichen "Motorische Kontrolle", "Biomechanik", "Techniktraining", "Kraft- und Beweglichkeitstraining" sowie "Ausdauertraining" entwickelt. Das Projekt läuft bis Dezember 2003; die BMBF-Mittel stammen aus dem Förderprogramm "Neue Medien in der Bildung", das aus UMTS-Einnahmen finanziert wird. (vgl. Luerweg, 2001)

2. Motorik und Lernen

Der Zusammenhang von Motorik und Lernen scheint auf dem ersten Blick nicht eindeutig gegeben. Dennoch sind viele Berührungspunkte vorhanden, die sich einander sogar bedingen. Das Bewegungslernen ist ein Bereich, der beide Komponenten umfasst.

[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]Das Erlernen neuer und die Modifikation vorhandener Bewegungsabläufe sind zentrale Anliegen im Bereich des Schul- und Breitensports ebenso wie im Spitzensport und in der Rehabilitation. Ziele des Bewegungslernens sind das Neulernen von alltagsbezogenen und sport(art)spezifischen motorischen Fertigkeiten (Erweiterung des Repertoires) und deren Optimierung, sowie die Modifikation (Umlernen) von Bewegungsmuster im Spitzensport (in Folge von gerätetechnischen und Regeländerungen) ebenso wie in der Rehabilitation (z.B. nach größeren orthopädischen Eingriffen) (www.ebut.de, 2001).

In den folgenden Abschnitten sollen beide Komponenten für sich näher betrachtet werden.

2.1 Lernprozesse

„Als Lernen wird ein Prozess bezeichnet, der zu relativ stabilen Veränderungen von Verhalten, Verhaltensmöglichkeiten, Handeln und Handlungsmöglichkeiten führt, welche nicht das Ergebnis von Entwicklung oder Rückbildung sind. Dieser Prozess spielt sich innerhalb des Nervensystems ab und ist verbunden mit Praxis oder Erfahrung (kursive Schriften durch den Autor)“. (Kent, 1998)

Aus dieser Definition von Lernen nach Kent lassen sich vier entscheidende Punkte ableiten.

1. Lernen ist ein lebenslanger Prozess, der nicht nur auf die Kinderzeit beschränkt ist. Um es mit den Worten Benjamin Brittens zu sagen: „Lernen ist wir Rudern gegen den Strom, hört man auf, treibt man zurück.
2. Kurzfristige oder einmalige Verhaltensänderungen, durch Ermüdung, Erschöpfung, Verletzung oder Drogenkonsum, gelten nicht als Lernprozess. Lernen umfasst stabile Veränderungen des Verhaltens. Es ist anzunehmen, dass bei Lernprozessen auch strukturelle Veränderungen miteingehen. Weiterhin besteht ein Unterschied zwischen Lernen und Entwicklung, wenn dieser im Einzelfall auch schwer festzustellen ist. „Die Übergänge sind fließend, und es wird wohl kaum möglich sein zu entscheiden, wo Entwicklung endet und Lernen beginnt.“ (Klinke und Silbernagl 1996, S.720)
3. Lernen spielt sich innerhalb des Nervensystems ab. Damit sind die o.g. strukturellen Veränderungen gemeint, die sich im ZNS abspielen. Die Begriffe der neuronalen Plastizität und der Gedächtnisbildung, als Speicherung des gelernten Verhaltens, werden im weiteren Verlauf noch geklärt.
4. Angelehnt an interaktionistische Lerntheorien steht auch hier die Beziehung Mensch- Umwelt im Vordergrund. Nur im Erhalt von Input durch die Umwelt kann sich der Lernprozess entwickeln. Im Sport können gezielte Umweltreize durch Training gesetzt werden.

2.2 Motorische Steuerungsprozesse

Welche Prozesse müssen durchlaufen werden, bevor eine Bewegung sichtbar wird? Was geschieht im Gehirn, dem menschlichen Steuerungszentrum, wenn Bewegungen geplant, durchgeführt und gespeichert werden? In welcher Form werden Entscheidungen in den Nervenzellen moduliert und welche neurophysiologischen Botenstoffe entscheiden über den das Glücken einer Bewegung? All diese Fragen können an dieser Stelle nicht vollständig beantwortet werden, aber ein Überblick über Regel- und Steuerungsprozesse der Motorik im zentralen Nervensystem (ZNS) erleichtern das Verständnis.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Welche Steuerungsprozesse und Regelkreise an einer willkürlichen Bewegung beteiligt sind, wird an der obigen Abbildung deutlich. Etliche Rückkopplungsschleifen innerhalb des Gehirns und Feedback- Mechanismen über sensorische (visuell, taktil, olfaktorisch, haptisch, proprizeptiv) Eingänge sind dem Endprodukt einer Bewegung vorangestellt.

[...]

• Hochschule: Universität Karlsruhe (TH) (Institut für Sport und Sportwissenschaft)
• Veranstaltung: Oberseminar Theoriefelder der Naturwissenschaften
• Note: 1,0
• Autor: Damir Dugandzic (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2002
• Seiten: 28
• Katalognummer: V60184
• ISBN (eBook): 9783638539265
• ISBN (Buch): 9783638667197
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Motorisches, Lernen, Neuronale, Netze, Oberseminar, Theoriefelder, Naturwissenschaften