Lernen gilt als reine Kopfsache. Doch wer in der virtuellen Realität (VR) bei jeder Antwort auf eine Fläche boxt, statt einen Knopf zu drücken, lernt Streifenmuster schneller, die sich nur nach Gefühl sortieren lassen. Am Ende ordneten die Boxer 91 statt 81 Prozent richtig ein und behielten den Vorsprung auch danach per Knopfdruck. Das zeigen Versuche der Florida Atlantic University und der Brown University mit 160 Teilnehmern in Science Advances. Auch Hiebe mit einem virtuellen Lichtschwert halfen, bei Aufgaben mit klaren Regeln nützte die Bewegung dagegen nichts.
Die Bewegung, mit der jemand eine Entscheidung ausdrückt, ob Mausklick, Fingertipp oder Handzeichen, galt in der Lernforschung lange als bloße Ausgabe, die erst nach der eigentlichen Denkarbeit kommt. Die gängigen Theorien zum Lernen von Kategorien beschreiben, wie das Gehirn neue Dinge mit gespeicherten Beispielen oder mit einem inneren Durchschnittsbild vergleicht. Wie sich der Körper dabei bewegt, spielt in diesen Modellen keine Rolle. Genau diese Annahme stellt die neue Studie infrage.
Durchgeführt hat die Versuche der Biomedizintechniker Luke Rosedahl von der Florida Atlantic University in Boca Raton gemeinsam mit Yuka Sasaki und Takeo Watanabe von der Brown University in Providence. Die Teilnehmer, im Schnitt etwa 21 Jahre alt, saßen mit einer VR-Brille auf dem Kopf in einem virtuellen Flur. Vor ihnen erschienen nacheinander graue Scheiben mit Streifen, die sich in zwei Merkmalen unterschieden: der Dicke der Linien und ihrem Neigungswinkel. Die Aufgabe bestand darin, jede Scheibe einer von zwei Gruppen zuzuordnen, ohne dass jemand die Regel verriet. Nach jeder Antwort färbte sich die Scheibe grün oder rot.
Im ersten Experiment mit 80 Teilnehmern antwortete die eine Hälfte, indem sie den Abzug am linken oder rechten Controller drückte. Die andere Hälfte schlug mit einem von zwei virtuellen Lichtschwertern, die an den Controllern hingen, direkt auf die Scheibe. Jeder Teilnehmer absolvierte 600 Durchgänge in zwölf Blöcken. Zusätzlich gab es zwei Arten von Aufgaben. Bei der einen ließ sich die Lösung als einfache Regel formulieren, etwa: Breite Streifen gehören zu Gruppe A. Bei der anderen mussten Dicke und Winkel gleichzeitig gegeneinander abgewogen werden, ohne dass sich eine einfache Regel in Worte fassen lässt.
Bei diesen schwer greifbaren Aufgaben lernten die Lichtschwert-Nutzer deutlich schneller. Ihr Vorsprung zeigte sich schon im zweiten Block und hielt über weite Teile des Trainings an. Bei den Aufgaben mit klarer Regel brachte das Schwingen dagegen nichts, die Teilnehmer schnitten sogar minimal, statistisch aber nicht bedeutsam schlechter ab. Diese Asymmetrie ist für die Forscher entscheidend. Wäre die Bewegung einfach nur motivierender oder spannender gewesen, hätte sie beiden Aufgabentypen helfen müssen.
Das erste Experiment ließ allerdings mehrere andere Erklärungen offen. Vielleicht half es, die Scheibe direkt zu treffen, oder die Teilnehmer sahen die Scheibe beim langsameren Schwingen einfach länger. Im zweiten Experiment mit weiteren 80 Teilnehmern boxten die Probanden deshalb auf eine Schaltfläche vor sich, die mit der Streifenscheibe nichts zu tun hatte. Jede Scheibe blieb nun unabhängig von der Antwort genau zweieinhalb Sekunden sichtbar. Zudem wurde die Regel-Aufgabe schwieriger gemacht, damit sie nicht schon von allein fast perfekt gelöst wurde.
Das Ergebnis blieb gleich. Wer boxte, lernte die schwer beschreibbaren Muster schneller und erreichte am Ende des Trainings im Schnitt 90,7 Prozent richtige Antworten. Die Gruppe mit Knopfdruck kam auf 81,0 Prozent. Auch die Reaktionszeit erklärt den Unterschied nicht: Langsamere Antworten gingen eher mit mehr Fehlern einher, nicht mit weniger. Bei der Regel-Aufgabe zeigte sich auch mit Boxen kein Vorteil.
„Am meisten überrascht hat mich, wie gezielt der Effekt war“, sagt Rosedahl laut einer Mitteilung der Florida Atlantic University. „Größere Bewegungen verbesserten das Lernen erheblich, wenn Menschen Muster durch das Zusammenführen mehrerer Merkmale erkennen mussten, brachten aber keinen nennenswerten Vorteil, wenn sie Kategorien über ausdrückliche Regeln lernten.“ Noch erstaunlicher sei, dass der Nutzen auftrat, egal ob die Teilnehmer auf das Ziel schlugen oder eine separate Fläche boxten. Es komme offenbar auf die Bewegung selbst an.
Ein weiterer Test sollte klären, ob die Bewegung nur beim Abrufen hilft oder das Lernen selbst verändert. Nach den 600 Trainingsdurchgängen mussten die Teilnehmer 100 weitere Durchgänge mit der jeweils anderen Antwortart absolvieren. Die Boxer drückten nun Knöpfe, die Knopfdrücker boxten. Würde der Vorteil nur aus dem Schlag im Moment der Entscheidung stammen, hätte er bei den Boxern sofort verschwinden müssen.
Das geschah nicht. Die ehemaligen Boxer lagen auch mit Knopfdruck noch bei 89,5 Prozent richtigen Antworten und verloren damit kaum etwas. Die ehemaligen Knopfdrücker kamen trotz Boxen nur auf 83,1 Prozent. Das spricht dafür, dass sich das Wissen während des Trainings mit großen Bewegungen besser im Gehirn festgesetzt hat. Die Unterschiede sind statistisch deutlich: Die Forscher geben eine Effektstärke an, die in der Psychologie als groß gilt.
Für die unterschiedliche Wirkung haben die Forscher eine mögliche Erklärung, die sie selbst als offen bezeichnen. Aufgaben mit klaren Regeln werden vor allem von Bereichen im Stirnhirn gelöst, die Hypothesen prüfen und Informationen im Arbeitsgedächtnis halten. Schwer beschreibbare Muster lernt das Gehirn dagegen eher über ein prozedurales System, ähnlich wie beim Erlernen von Bewegungsabläufen. Daran ist das Striatum beteiligt, eine tief im Gehirn liegende Region, die eng mit der Bewegungssteuerung verbunden ist.
Aus anderen Studien ist bekannt, dass anstrengendere Bewegungen im Striatum mehr des Botenstoffs Dopamin freisetzen und die Nervenzellen dort stärker feuern lassen. Das könnte die Lernvorgänge in dieser Region verstärken. Denkbar ist auch, dass eine aufwendigere Antwort die Aufmerksamkeit stärker auf die entscheidenden Merkmale lenkt. Belegt ist beides für diese Aufgabe noch nicht. Die Versuche zeigen nur, dass der Effekt auftritt, nicht wie er im Gehirn entsteht.
Dass Bewegung die Wahrnehmung beeinflussen kann, ist nicht völlig neu. So erkennen Menschen neue Schriftzeichen besser, wenn sie diese mit der Hand geschrieben statt getippt haben. Schon das Lesenlernen verändert, wie das Gehirn visuelle Reize verarbeitet. Neu ist, dass eine Bewegung beim Lernen von Kategorien hilft, obwohl sie inhaltlich gar nichts mit der Aufgabe zu tun hat. Beim Boxen auf die Schaltfläche gab es keinerlei Verbindung zwischen Schlag und Streifenmuster.
Schwer beschreibbare Muster spielen im Alltag und im Beruf eine große Rolle. Ein Hautarzt beurteilt, ob ein Fleck gefährlich aussieht, ein Radiologe deutet Schatten auf einem Röntgenbild, ein Pilot schätzt eine Wetterlage ein. Solche Fähigkeiten lassen sich schlecht in Regeln fassen und brauchen meist lange Übung. Frühere Arbeiten von Rosedahl hatten gezeigt, dass genaue schriftliche Anleitungen bei diesem Aufgabentyp kaum helfen. „Bewegung einzubauen, könnte ein einfacher Weg sein, das Lernen dort zu verbessern, wo herkömmliche Methoden an ihre Grenzen stoßen“, sagt der Forscher.
Die Ergebnisse stellen auch infrage, wie Lernprogramme in der virtuellen Realität gestaltet werden. Viele setzen auf kleine Knopfdrücke, um Ermüdung zu vermeiden. Die Autoren schlagen vor, Fertigkeiten zunächst mit großen Bewegungen zu trainieren und erst später auf sparsame Eingaben umzusteigen. VR wird bereits in Therapie und Training eingesetzt, etwa als App gegen Höhenangst. Zudem werfen die Befunde eine Frage für Menschen auf, die sich wegen Verletzungen oder im Alter kaum noch bewegen können. Ob ihnen dadurch auch das Lernen solcher Muster schwerer fällt, ist bislang nicht untersucht.
Die Aussagekraft der Versuche ist begrenzt. Jede der acht Versuchsgruppen bestand aus nur 20 Personen, fast alle junge Erwachsene aus dem Umfeld der Brown University. Die Teilnehmer saßen während der Versuche, und gelernt wurden abstrakte Streifenmuster, keine echten Röntgenbilder oder Hautflecken. Ob ältere Menschen oder Fachleute im Beruf ebenso profitieren, ist offen. Die Händigkeit der Teilnehmer wurde nicht erfasst, was die Autoren selbst als Schwäche nennen. Auch ob sich der Effekt außerhalb der virtuellen Realität und im echten Alltag zeigt, müssen weitere Studien klären.
Science Advances, Learning by moving: Physical motion accelerates category learning; doi:10.1126/sciadv.aed4003
Florida Atlantic University, FAU Study Reveals How Movement Boosts Complex Learning
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