Diese Maschine, die in all unseren Schädeln wohnt, erinnert mich an eine Bemerkung von Woody Allen, der fragte, was das Beste wäre, das man in seinem Schädel haben kann. Und es ist diese Maschine. Sie ist für Veränderung geschaffen, es geht eigentlich nur darum. So können wir morgen Dinge tun, die wir heute noch nicht können, und heute die, die wir gestern noch nicht konnten. Natürlich wird sie dumm geboren. Das letzte Mal, als Sie ein Baby gesehen haben -- Das ist übrigens meine Enkeltochter Mitra. Ist sie nicht großartig? (Lachen) Aber als sie geboren wurde, obwohl ihr Gehirn sich schon seit Monaten entwickelt hatte, basierend auf den Erfahrungen, die sie in der Gebärmutter gemacht hatte, waren ihre Fähigkeiten nur sehr schwach ausgebildet, wie bei jedem Kind zur Zeit einer normalen, natürlichen Geburt. Ihre Wahrnehmungskompetenzen fielen in einem Test plump aus. Es gibt keine richtigen Anzeichen für gedankliche Aktivität. Es gibt eigentlich fast keine Beweise dafür, dass sehr kleine Kinder überhaupt kognitive Fähigkeiten haben. Babys reagieren nicht auf viel. Es gibt kaum Anhaltspunkte dafür, dass eine Person mit von der Partie ist. (Lachen) Und sie können ihre Bewegungen nur auf sehr primitive Art kontrollieren. Einige Monate vergehen, bis dieses Kind etwas so Simples tun kann wie willentlich nach etwas zu greifen, zu nehmen und herumzubewegen, meistens zum Mund. Es werden einige Monate vergehen, und wir sehen eine lange, kontinuierliche Entwicklung der Evolution von den ersten Strampelbewegungen zum Sich-Umdrehen, Aufsetzen, Krabbeln, Stehen, Gehen, Sehen, bevor wir den magischen Punkt erreichen, an dem wir durch die Welt spazieren. Schauen wir uns jedoch die Zukunft des Gehirns an, finden wir beachtlichen Fortschritt. In diesem Alter kann das Gehirn bereits Dinge speichern. Es hat gespeichert, aufgezeichnet, kann sehr schnell die Bedeutung von Tausenden, Zehntausenden Objekten, Handlungen, und deren Verhältnis zur Welt abrufen. Und diese Beziehungen können auf Hunderttausende, wahrscheinlich Millionen, Arten gebildet werden. In diesem Alter kontrolliert das Gehirn schon sehr verfeinerte Wahrnehmungsfähigkeiten. Es hat sogar ein wachsendes Potential an kognitiven Fähigkeiten. Das Gehirn ist praktisch eine Denk-Maschine. Und in diesem Alter steht es außer Frage, dass bei diesem Gehirn eine Person involviert ist. Und in diesem Alter steuert es im Wesentlichen seine Selbstentwicklung und wir sehen eine bemerkenswerte Entwicklung bezüglich der Fähigkeit, Bewegungen zu steuern. Jetzt hat sich Bewegung so weit entwickelt, dass das Gehirn mehrere Bewegungen simultan steuern kann, in einer komplexen Abfolge, auf komplizierte Arten, wie es zum Beispiel nötig ist, um komplizierte Spiele, wie Fußball, zu spielen. Dieser Junge hier kann mit seinem Kopf Ball spielen. Dort wo er herkommt, Sao Paulo, Brasilien, können das etwa 40 % der Jungen in seinem Alter. Würde man nach Monterey gehen, hätte man Schwierigkeiten, einen Jungen zu finden, der das kann. Und wenn man einen finden würde, wäre er wahrscheinlich aus Sao Paulo. (Lachen) Das alles zeigt uns, dass unsere individuellen Fähigkeiten stark durch unser Umfeld geprägt werden. Dieses Umfeld erstreckt sich bis in unsere zeitgenössische Kultur, diesem Ding, das unser Gehirn sehr fordert. Was wir mit unserer persönlichen Entwicklung bewältigt haben, ist der Aufbau eines großen Repertoires an bestimmten Fähigkeiten, die genau an unsere persönliche Vergangenheit angepasst sind. Sie bilden wundervolle Unterschiede im menschlichen Wesen, sodass keine zwei von uns ganz gleich sind. Jeder von uns hat sich verschiedene Fähigkeiten angeeignet, die sich alle von der Formbarkeit und Anpassungsfähigkeit dieser bemerkenswert anpassungsfähigen Maschine herleiten. Im Gehirn eines Erwachsenen haben wir natürlich ein großes Repertoire an erlernten Fähigkeiten, die wir mehr oder weniger automatisch aus der Erinnerung ausführen können, was uns zu handelnden, sich bewegenden, denkenden Wesen macht. Verklemmte Laborratten an der Uni, also Menschen wie ich, untersuchen dies, indem wir uns Gehirne von Tieren wie Ratten oder Affen ansehen, oder dieser eigenartigen Kreatur -- eine der bizarrsten Lebensformen der Welt -- indem wir sie dazu bringen, sich neue Fähigkeiten anzueignen. Wir verfolgen die Veränderungen beim Erlernen einer neuen Fähigkeit. Wir machen das mit Individuen jeden Alters, dieser verschiedenen Spezies -- nämlich von der Kindheit an über die Zeit als Erwachsene bis ins Alter. Wir nehmen also dazu etwa eine Ratte, um eine neue Fähigkeit zu erlernen, die es erfordern könnte, dass die Ratte ihre Pfote benutzt,
This machine, which we all have residing in our skulls, reminds me of an aphorism, of a comment of Woody Allen to ask about what is the very best thing to have within your skull. And it's this machine. And it's constructed for change. It's all about change. It confers on us the ability to do things tomorrow that we can't do today, things today that we couldn't do yesterday. And of course it's born stupid. The last time you were in the presence of a baby -- this happens to be my granddaughter, Mitra. Isn't she fabulous? (Laughter) But nonetheless when she popped out despite the fact that her brain had actually been progressing in its development for several months before on the basis of her experiences in the womb -- nonetheless she had very limited abilities, as does every infant at the time of normal, natural full-term birth. If we were to assay her perceptual abilities, they would be crude. There is no real indication that there is any real thinking going on. In fact there is little evidence that there is any cognitive ability in a very young infant. Infants don't respond to much. There is not really much of an indication in fact that there is a person on board. (Laughter) And they can only in a very primitive way, and in a very limited way control their movements. It would be several months before this infant could do something as simple as reach out and grasp under voluntary control an object and retrieve it, usually to the mouth. And it will be some months beforeward, and we see a long steady progression of the evolution from the first wiggles, to rolling over, and sitting up, and crawling, standing, walking, before we get to that magical point in which we can motate in the world. And yet, when we look forward in the brain we see really remarkable advance. By this age the brain can actually store. It has stored, recorded, can fastly retrieve the meanings of thousands, tens of thousands of objects, actions, and their relationships in the world. And those relationships can in fact be constructed in hundreds of thousands, potentially millions of ways. By this age the brain controls very refined perceptual abilities. And it actually has a growing repertoire of cognitive skills. This brain is very much a thinking machine. And by this age there is absolutely no question that this brain, it has a person on board. And in fact at this age it is substantially controlling its own self-development. And by this age we see a remarkable evolution in its capacity to control movement. Now movement has advanced to the point where it can actually control movement simultaneously, in a complex sequence, in complex ways as would be required for example for playing a complicated game, like soccer. Now this boy can bounce a soccer ball on his head. And where this boy comes from, Sao Paulo, Brazil, about 40 percent of boys of his age have this ability. You could go out into the community in Monterey, and you'd have difficulty finding a boy that has this ability. And if you did he'd probably be from Sao Paulo. (Laughter) That's all another way of saying that our individual skills and abilities are very much shaped by our environments. That environment extends into our contemporary culture, the thing our brain is challenged with. Because what we've done in our personal evolutions is build up a large repertoire of specific skills and abilities that are specific to our own individual histories. And in fact they result in a wonderful differentiation in humankind, in the way that, in fact, no two of us are quite alike. Every one of us has a different set of acquired skills and abilities that all derive out of the plasticity, the adaptability of this really remarkable adaptive machine. In an adult brain of course we've built up a large repertoire of mastered skills and abilities that we can perform more or less automatically from memory, and that define us as acting, moving, thinking creatures. Now we study this, as the nerdy, laboratory, university-based scientists that we are, by engaging the brains of animals like rats, or monkeys, or of this particularly curious creature -- one of the more bizarre forms of life on earth -- to engage them in learning new skills and abilities. And we try to track the changes that occur as the new skill or ability is acquired. In fact we do this in individuals of any age, in these different species -- that is to say from infancies, infancy up to adulthood and old age. So we might engage a rat, for example, to acquire a new skill or ability that might involve the rat using its paw
um bestimmte manuelle Griffweisen zu beherrschen, so wie wir ein Kind untersuchen und dessen Fähigkeit, Teilkenntnisse zu erwerben, oder eine allgemeine Fertigkeit, wie die Lesefähigkeit, zu erlangen. Oder man schaut sich ein älteres Individuum an, das eine komplexe Reihe von Fähigkeiten gemeistert hat, etwa das Lesen einer Notenschrift oder die Durchführung eines mechanischen Aktes wie eine musikalische Aufführung. Ausgehend von diesen Studien definierten wir zwei große Abschnitte der plastischen Entwicklung des Gehirns. Der erste große Abschnitt heißt meist "Kritische Zeit". Und in diesem Zeitraum richtet das Gehirn in seiner ursprünglichen Form seine grundlegende Verarbeitungsmaschine ein. Dies ist tatsächlich eine Periode dramatischen Wandels, in der es nicht das Lernen an sich braucht, um die anfängliche Differenzierung des Gehirnmechanismus anzuregen. Alles, was es dafür etwa im Klang-Bereich braucht, ist die Einwirkung von Klang. Und das Gehirn ist von der akustischen Umgebung abhängig, in der es heranwächst. Ich kann z. B. ein Tier in einer Umgebung aufziehen, in der es einen sinnlosen, dumpfen Klang gibt, ein Klang-Repertoire, das ich erstelle und für das Tier und sein junges Gehirn nur dadurch bedeutsam mache, dass ich es diesen Klängen aussetze. Und ich stelle fest, dass das Gehirn des Tiers die ursprüngliche Verarbeitung dieses Klangs idealisiert, innerhalb der Grenzen seiner Verarbeitungsleistung, um ihn in einer organisierten und geordneten Weise darzustellen. Das Geräusch muss für das Tier nicht wertvoll sein: Ich könnte ein Tier etwas hypothetisch Wertvollem aussetzen, wie Geräusche, die die Muttersprache eines Kindes simulieren. Das Gehirn entwickelt dann sogar einen spezialisierten Prozessor -- spezialisiert auf ein komplexes Spektrum, auf dieses Klangrepertoir. Es übersteigert die Abgetrenntheit von Bedeutung auf multi-dimensionale, neuronal-repräsentative Weise. Wir können das Tier auch einem komplett bedeutungslosen und destruktiven Geräusch aussetzen. Ich kann ein Tier unter Bedingungen halten, die damit vergleichbar wären, ein Baby unter einem mäßig lauten Deckenventilator aufzuziehen, in der Präsenz eines kontinuierlichen Rauschens. Und wenn ich das tue, spezialisiere ich das Gehirn sogar, um ein Meisterverarbeiter dieses sinnlosen Rauschens zu werden. Als Folge hemme ich seine Fähigkeit, irgendein sinnvolles Geräusch darzustellen. Solche Dinge in der frühen kindlichen Entwicklung passieren bei echten Babys. Und sie sind z. B. für die schöne Entwicklung eines sprachenspezifischen Prozessors verantwortlich, bei jedem sich normal entwickelnden Baby. Sie sind also auch verantwortlich für die Entwicklung von fehlerhafter Verarbeitung bei einem beträchtlichen Teil an Kindern, die als Folge eingeschränkter sind in ihren Sprachfähigkeiten, wenn sie älter sind. In diesem frühen Stadium der Plastizität ändert sich das Gehirn sogar außerhalb eines Lernkontextes. Ich muss dem Gehörten keine Aufmerksamkeit schenken. Der Input muss nicht wirklich sinnvoll sein. Ich muss nicht in einem Verhaltenskontext sein. Das ist nötig, damit das Gehirn seine Verarbeitung einrichtet, um differentiell und selektiv zu handeln, damit das Lebewesen, das es trägt, anfangen kann, auf eine selektive Weise zu funktionieren. In der nächsten großen Lebensepoche, die auf ein Großteil des Lebens zutrifft, verfeinert das Gehirn seinen Mechanismus, während es ein breites Repertoire an Fähigkeiten meistert. Und in diesem Zeitraum, der sich vom ersten Lebensjahr bis zum Tod hinzieht, macht es das unter Verhaltenskontrolle. Und das heißt mit anderen Worten, das Gehirn hat Strategien, die die Bedeutung des Inputs für das Gehirn definieren. Und es konzentriert sich auf eine Fertigkeit oder eine Fähigkeit nach der anderen, unter spezifischer Aufmerksamkeitssteuerung. Es hat die Funktion, ein Ziel mit einem Verhalten zu erreichen, oder das Individuum, indem Verhalten belohnt wird. Das ist tatsächlich sehr wirksam. Eine ausdrucksstarke Fähigkeit zur Plastizität für Veränderungen im Gehirn. Es ist die Basis unserer wirklichen Differenzierung, eines Individuums vom anderen. Man kann sich das Gehirn eines Tiers anschauen, das mit einer spezifischen Fertigkeit beschäftigt ist, und die Veränderung in mehreren Ebenen miterleben oder dokumentieren. Hier ist ein sehr einfaches Experiment. Es wurde tatsächlich vor 5 Jahren in Kooperation mit Wissenschaftlern von der Universität von Provence in Marseilles durchgeführt. Ein sehr einfaches Experiment, bei dem ein Affe trainiert worden war, mit einem Werkzeug umzugehen, was genauso schwierig ist, wie der Umgang mit einem Löffel für ein Kind. Der Affe meisterte diese Aufgabe auch in ca. 700 Praxisversuchen. Anfangs konnte der Affe sie also gar nicht erfüllen. Er hatte eine Erfolgsquote von 1 aus 8 Versuchen. Diese Versuche waren sehr aufwendig. Jeder Versuch unterschied sich erheblich vom nächsten. Aber der Affe entwickelte schrittweise eine Strategie. Und etwa 700 Versuche später verrichtet der Affe sie fehlerlos -- er scheitert nie. Er ist bei jeder Nahrungsaufnahme mit seinem Werkzeug erfolgreich. Zurzeit wird die Aufgabe in einer schön stereotypen Weise ausgeführt: sehr schön regulierte und häufig wiederholte Versuche. Wir können in das Gehirn des Affen blicken. Und da sehen wir eine Verzerrung. Wir können diese Änderungen verfolgen und haben das über die Zeit für solche Verhaltensweisen auch getan. Und hier sehen wir die Verzerrung auf der Hautoberfläche der Hand des Affen. Diese Karte hier zeigt die Oberfläche des Gehirns, in der wir in einem aufwendigen Experiment die Reaktionen rekonstruiert haben, Position für Position, in einer sehr detaillierten Kartierung der Reaktionen der Neuronen. Wir sehen hier eine Rekonstruktion davon, wie die Hand im Gehirn repräsentiert ist. Wir haben die Karte durch diese Übung tatsächlich verzerrt. Das ist in Pink dargestellt. Ein paar Fingerkuppen-Oberflächen sind größer. Diese Oberflächen nutzt der Affe, um das Werkzeug zu handhaben. Schauen wir uns die Selektivität der Reaktionen im Kortex des Affen an, sehen wir, dass der Affe sogar die Filtermerkmale geändert hat, die den Haut-Input der beteiligten Fingerspitzen darstellen. Es gibt also immer noch eine einzige, einfache Repräsentation der Fingerspitzen in diesem am besten organisierten kortikalen Bereich von der Hautoberfläche des Körpers. Beim Affen ist das wie bei uns. Und jetzt wird es in einer wesentlich feineren Körnung repräsentiert. Der Affe erhält von diesen Oberflächen detailliertere Informationen. Und das ist ein unbekannter -- vielleicht auch unerwarteter -- Teil des Erwerbs der Fähigkeit oder Fertigkeit. Wir haben uns unterschiedliche Bereiche des Kortex angesehen, während der Affe diese Aufgabe erfüllt. Jeder davon ändert sich auf eine Weise, die spezifisch ist für die Kenntnis oder Fähigkeit. So können wir etwa den Großhirnbereich betrachten, der den Input darstellt, der die Haltung des Affen kontrolliert. Wir betrachten die Großhirnbereiche, die spezifische Bewegungen kontrollieren, die bei einem Verhalten benötigten Bewegungsabläufe, usw. Alle sind umgestaltet und spezialisieren sich auf die vorliegende Aufgabe. Es gibt 15 oder 20 Großhirnbereiche, die sich ausdrücklich ändern, wenn man solch eine einfache Fertigkeit erlernt. Und das stellt sich in Ihrem Gehirn als starke Veränderung dar. Es repräsentiert zuverlässig die Veränderung der vielen Millionen von Reaktionen von Neuronen in Ihrem Gehirn. Es stellt die Veränderungen von Hundertmillionen oder Milliarden synaptischer Verbindungen in Ihrem Gehirn dar. Das entsteht durch physische Veränderung. Und das Ausmaß der Konstruktion ist enorm. Denken Sie an die Änderungen, die im Gehirn eines Kindes stattfinden, im allgemeinen Verlauf des Erwerbs des Bewegungsverhaltens. Oder beim Erwerb muttersprachlicher Fähigkeiten. Die Änderungen sind massiv. Es geht vor allem um die selektiven Repräsentationen von Dingen,
to master particular manual grasp behaviors just like we might examine a child and their ability to acquire the sub-skills, or the general overall skill of accomplishing something like mastering the ability to read. Or you might look in an older individual who has mastered a complex set of abilities that might relate to reading musical notation or performing the mechanical acts of performance that apply to musical performance. From these studies we defined two great epochs of the plastic history of the brain. The first great epoch is commonly called the "Critical Period." And that is the period in which the brain is setting up in its initial form its basic processing machinery. This is actually a period of dramatic change in which it doesn't take learning, per se, to drive the initial differentiation of the machinery of the brain. All it takes for example in the sound domain, is exposure to sound. And the brain actually is at the mercy of the sound environment in which it is reared. So for example I can rear an animal in an environment in which there is meaningless dumb sound, a repertoire of sound that I make up, that I make, just by exposure, artificially important to the animal and its young brain. And what I see is that the animal's brain sets up its initial processing of that sound in a form that's idealized, within the limits of its processing achievements to represent it in an organized and orderly way. The sound doesn't have to be valuable to the animal: I could raise the animal in something that could be hypothetically valuable, like the sounds that simulate the sounds of a native language of a child. And I see the brain actually develop a processor that is specialized -- specialized for that complex array, a repertoire of sounds. It actually exaggerates their separateness of representation, in multi-dimensional neuronal representational terms. Or I can expose the animal to a completely meaningless and destructive sound. I can raise an animal under conditions that would be equivalent to raising a baby under a moderately loud ceiling fan, in the presence of continuous noise. And when I do that I actually specialize the brain to be a master processor for that meaningless sound. And I frustrate its ability to represent any meaningful sound as a consequence. Such things in the early history of babies occur in real babies. And they account for, for example the beautiful evolution of a language-specific processor in every normally developing baby. And so they also account for development of defective processing in a substantial population of children who are more limited, as a consequence, in their language abilities at an older age. Now in this early period of plasticity the brain actually changes outside of a learning context. I don't have to be paying attention to what I hear. The input doesn't really have to be meaningful. I don't have to be in a behavioral context. This is required so the brain sets up it's processing so that it can act differentially, so that it can act selectively, so that the creature that wears it, that carries it, can begin to operate on it in a selective way. In the next great epoch of life, which applies for most of life, the brain is actually refining its machinery as it masters a wide repertoire of skills and abilities. And in this epoch, which extends from late in the first year of life to death; it's actually doing this under behavioral control. And that's another way of saying the brain has strategies that define the significance of the input to the brain. And it's focusing on skill after skill, or ability after ability, under specific attentional control. It's a function of whether a goal in a behavior is achieved or whether the individual is rewarded in the behavior. This is actually very powerful. This lifelong capacity for plasticity, for brain change, is powerfully expressed. It is the basis of our real differentiation, one individual from another. You can look down in the brain of an animal that's engaged in a specific skill, and you can witness or document this change on a variety of levels. So here is a very simple experiment. It was actually conducted about five years ago in collaboration with scientists from the University of Provence in Marseilles. It's a very simple experiment where a monkey has been trained in a task that involves it manipulating a tool that's equivalent in its difficulty to a child learning to manipulate or handle a spoon. The monkey actually mastered the task in about 700 practice tries. So in the beginning the monkey could not perform this task at all. It had a success rate of about one in eight tries. Those tries were elaborate. Each attempt was substantially different from the other. But the monkey gradually developed a strategy. And 700 or so tries later the monkey is performing it flawlessly -- never fails. He's successful in his retrieval of food with this tool every time. At this point the task is being performed in a beautifully stereotyped way: very beautifully regulated and highly repeated, trial to trial. We can look down in the brain of the monkey. And we see that it's distorted. We can track these changes, and have tracked these changes in many such behaviors across time. And here we see the distortion reflected in the map of the skin surfaces of the hand of the monkey. Now this is a map, down in the surface of the brain, in which, in a very elaborate experiment we've reconstructed the responses, location by location, in a highly detailed response mapping of the responses of its neurons. We see here a reconstruction of how the hand is represented in the brain. We've actually distorted the map by the exercise. And that is indicated in the pink. We have a couple fingertip surfaces that are larger. These are the surfaces the monkey is using to manipulate the tool. If we look at the selectivity of responses in the cortex of the monkey, we see that the monkey has actually changed the filter characteristics which represents input from the skin of the fingertips that are engaged. In other words there is still a single, simple representation of the fingertips in this most organized of cortical areas of the surface of the skin of the body. Monkey has like you have. And yet now it's represented in substantially finer grain. The monkey is getting more detailed information from these surfaces. And that is an unknown -- unsuspected, maybe, by you -- part of acquiring the skill or ability. Now actually we've looked in several different cortical areas in the monkey learning this task. And each one of them changes in ways that are specific to the skill or ability. So for example we can look to the cortical area that represents input that's controlling the posture of the monkey. We look in cortical areas that control specific movements, and the sequences of movements that are required in the behavior, and so forth. They are all remodeled. They all become specialized for the task at hand. There are 15 or 20 cortical areas that are changed specifically when you learn a simple skill like this. And that represents in your brain, really massive change. It represents the change in a reliable way of the responses of tens of millions, possibly hundreds of millions of neurons in your brain. It represents changes of hundreds of millions, possibly billions of synaptic connections in your brain. This is constructed by physical change. And the level of construction that occurs is massive. Think about the changes that occur in the brain of a child through the course of acquiring their movement behavior abilities in general. Or acquiring their native language abilities. The changes are massive.
die für das Gehirn wichtig sind. Zumeist wird dies im Leben des Gehirns vom Verhaltenskontext kontrolliert. Diesem schenkt man Aufmerksamkeit. Dadurch wird man belohnt. Das ist, was das Gehirn selbst als positiv und wichtig für einen erachtet. Es geht um kortikale Verarbeitung und Spezialisierung des Vorderhirns. Und das unterliegt Ihrer Spezialisierung. Deshalb sind Sie in Ihren vielen Kenntnissen und Fähigkeiten ein einzigartiger Spezialist: Ein Spezialist, dessen physisches Gehirn im Einzelnen ganz anders ist als das Gehirn einer Person vor 1000 Jahren; im Einzelnen überaus anders geartet als ein durchschnittliches Individuum vor 1000 Jahren. Eine der Eigenschaften dieses Änderungsprozesses besteht darin, dass die Information immer auf einen anderen Input oder Information bezogen ist, die zeitlich unmittelbar im Kontext auftreten. Denn das Gehirn konstruiert die Repräsentationen von Dingen, die sich in kurzen Augenblicken bedingen und sich in kurzen Sequenzen aufeinander beziehen. Das Gehirn zeichnet alle Information auf und treibt die Veränderung in einem zeitlichen Kontext voran. Der überwiegend stärkste Kontext, der in Ihrem Gehirn auftritt, sind Sie. Milliarden von Ereignissen haben sich in Ihrer Geschichte ereignet, die sich in der Zeit auf Sie beziehen als dem Empfänger, oder als Akteur, Ihnen selbst als Denker, Ihnen als treibender Kraft. Milliardenfach kommen Sinneseindrücke stückchenweise von der Oberfläche Ihres Körpers, die immer mit Ihnen als Empfänger verbunden sind, und die in Ihnen als Verkörperung münden. Sie werden konstruiert, Ihr Selbst wird aus Millionen von Ereignissen konstruiert. Es wird konstruiert. Es wird im Gehirn erschaffen. Und es wird im Gehirn durch physikalische Änderung erschaffen. Das ist eine wunderbar konstruierte Sache, die zu einer individuellen Form führt, denn jeder von uns hat erheblich unterschiedliche Geschichten und Erfahrungen, die in uns diese fabelhafte Differenzierung des Selbst, von Persönlichkeit, antreiben. Wir haben diese Forschung genutzt, um zu verstehen, wie sich eine normale Person entwickelt und ihre Fähigkeiten und Fertigkeiten verfeinert, aber auch um die Ursprünge von Störungen zu verstehen, und die Entstehungen von Unterschieden oder Variationen, die die Leistungen eines Kindes oder Erwachsenen begrenzen könnten. Ich rede über die Nutzung dieser Strategien, um den auf Gehirnplastizität basierenden Ansatz zum Korrekturantrieb im Mechanismus eines Kindes zu gestalten, der die Kompetenz des Kindes als Sprachempfänger und -nutzer erhöht, und anschließend als Leser. Und ich werde über Experimente sprechen, die diese Neurowissenschaft tatsächlich anwenden, hauptsächlich um zu verstehen, wie das zum Funktionsverlust beim Altern beiträgt. Und indem wir dies in einem zielgerichteten Ansatz anwenden, versuchen wir, den Mechanismus zu differenzieren, um im Alter Funktionen wiederherzustellen. Mein erstes Beispiel bezieht sich auf Kinder mit Lernschwächen. Wir haben jetzt einen ganz großen Fundus an Literatur, der das fundamentale Problem zeigt, das bei den meisten Kindern mit frühen Sprachschwächen auftritt und die damit kämpfen, Lesen zu lernen: Ihre Sprachverarbeitung entwickelt sich nur defekt. Und der Grund für diese defekte Entstehung ist ein Rauschen im Mechanismus im frühen Leben des Babygehirns. So einfach ist das. Es ist ein Signal-Rausch-Problem. Verstanden? Viele Dinge tragen dazu bei. Es gibt zahlreiche ererbte Defekte, die ein Rauschen in den Mechanismusprozess einführen. Ich könnte nun sagen, das Rauschproblem könnte auch aufgrund von Information auftauchen, die den Ohren von der Welt geliefert werden. Die Älteren unter Ihnen im Publikum werden es wissen: Als ich ein Kind war, war klar: Ein mit einer Gaumenspalte geborenes Kind wurde mit einer geistigen Unterentwicklung geboren. Wir wussten, dass es kognitiv langsam sein und damit kämpfen würde, normale Sprachfähigkeiten zu erlernen; wir wussten, dass es damit kämpfen würde, Lesen zu lernen. Die meisten wären intellektuelle und akademische Fehlschläge. Diese Ansicht tritt nicht länger auf. Diese ererbte Schwäche, dieser ererbte Zustand, hat sich verflüchtigt. Davon hört man nichts mehr. Wo ist das hin? Ein niederländischer Chirurgen verstand vor etwa 35 Jahren, dass man das Problem einfach früh genug lösen kann, nämlich in der anfänglichen plastischen Phase des Gehirns. In dieser anfänglichen Installationszeit in der kritischen Phase stellt das Gehirn den Mechanismus einfach angemessen ein und nichts davon passiert. Wie korrigiert man eine Gaumenspalte durch Operation? Man öffnet im Grunde die Kanäle, die Flüssigkeit aus dem Mittelohr abtransportieren, die waren nämlich ziemlich voll. Jedes unkorrigierte Geräusch, das das Kind hört, ist gedämpft. Es ist reduziert. Die Muttersprache des Kindes ist in diesem Fall nicht Englisch. Sie ist nicht Japanisch. Es ist gedämpftes Englisch oder reduziertes Japanisch. Es ist Mist. Und das Gehirn spezialisiert sich darauf. Es erstellt eine Repräsentation von Sprach-Mist. Und dann bleibt das Kind darauf sitzen. Der Mist passiert aber nicht nur im Ohr. Er kann auch im Gehirn passieren. Das Gehirn selbst kann rauschen. Es rauscht normalerweise sehr stark. Es gibt viele ererbte Defekte, die zu mehr Rauschen führen. Und die Muttersprache eines Kindes mit so einem Gehirn wird reduziert. Es ist kein Englisch, sondern rauschendes Englisch. Und das führt zu fehlerhaften Repräsentationen von Wortklängen -- nicht den normalen -- einer anderen Strategie, von einer Maschine mit einer unterschiedlichen Zeit- und Raumkonstante. Und man kann im Gehirn so eines Kindes diese Zeitkonstanten aufzeichnen. Sie sind eine Größenordnung länger, durchschnittlich etwa 11 Mal länger als bei einem normalen Kind. Raumkonstanten sind etwa 3 Mal größer. So ein Kind wird Defizite in der Kognition und Merkfähigkeit in diesem Bereich haben. Natürlich haben sie das. Denn als Empfänger einer Sprache empfangen sie sie und bilden sie ab, und als Information bilden sie Mist ab. Und sie werden eine mangelnde Lesefähigkeit haben. Denn Lesen hängt von der Übertragung von Wortklängen in diese orthografische oder visuelle Darstellungsform ab. Wenn man keine Gehirn-Repräsentation von Wortklängen hat, macht diese Übertragung keinen Sinn. Und ist die Neurologie entsprechend abnormal. Dann haben diese Kinder zunehmend, in einer Bewertung nach der anderen, in deren Sprach- und Lesehandhabung -- dort lässt sich diese abnormale Neurologie belegen. Es geht darum, dass man dies dem Gehirn abtrainieren kann. Eine Herangehensweise ist, dass man tatsächlich die Verarbeitungsfähigkeit des Mechanismus verfeinern kann, indem man ihn verändert. Ihn bis ins Detail verändert. Das dauert durchschnittlich 30 Stunden. Und wir haben das bisher bei ca. 430 000 Kindern erreicht. Tatsächlich werden rund 15 000 Kinder geschult, während wir sprechen. Und diese Auswirkungen sind beträchtlich. Hier schauen wir uns also die Normalverteilung an. Am meisten interessieren uns die Kinder auf der linken Seite der Verteilung. Das sind etwa 3000 Kinder. Sie sehen, dass die meisten Kinder auf der linken Seite der Verteilung sich in die Mitte oder nach rechts bewegen. Das ist eine umfassende Bewertung von ihren Sprachfähigkeiten. Das ist wie ein IQ-Test für Sprache. Die Auswirkung auf die Verteilung, wenn man jedes Kind in den USA trainieren würde, wäre eine komplette Verschiebung der Verteilung nach rechts und eine Einengung der Verteilung. Das ist ein erheblicher Einfluss. Denken Sie an eine Klasse von Kindern in Sprachkunst. Denken Sie an die Kinder am langsamen Ende der Klasse. Wir haben das Potential, die meisten dieser Kinder zur Mitte oder rechten Seite hin zu bewegen. Neben sorgfältigem Sprachtraining verbessert es auch Gedächtnis, Wahrnehmung, Sprechflüssigkeit und Sprachproduktion. Eine wichtige sprachabhängige Fähigkeit wird durch dieses Training aktiviert -- nämlich das Lesen. Und das Gehirn wird weitgehend in Ordnung gebracht. Man kann in das Gehirn eines Kindes schauen, bei verschiedensten Aufgaben, wie das Forscher in Stanford, MIT, UCSF und UCLA und einigen anderen Institutionen getan haben. Und bei Kindern, die in verschieden Sprachverhalten oder in verschiedenen Leseverhalten agieren, sieht man zum großen Teil, für die meisten Kinder, deren neuronale Reaktionen, die zu Beginn sehr abnormal sind, und die sich durch Training normalisieren. Man kann nun die gleiche Methode nehmen, um Probleme beim Altern anzugehen. Wo sich der Mechanismus wieder verschlechtert vom kompetenten Mechanismus. Es geht bergab. Das Rauschen im Gehirn nimmt zu. Und das Erlernen von Modulation und Kontrolle verschlechtern sich. Und man kann in das Gehirn eines solchen Individuums schauen und die Veränderung in den Zeit- und Raumkonstanten bezeugen, mit denen z. B. das Gehirn die Sprache wieder abbildet. So wie das Gehirn zu Beginn aus dem Chaos kam, geht es am Ende wieder ins Chaos über. Daraus ergibt sich eine Schwächung von Gedächtnis, Kognition, Haltungsfähigkeit und Beweglichkeit. Es zeigt sich, dass man das Gehirn eines solchen Menschens -- das ist eine so kleine Bevölkerungsgruppe -- genauso intensiv für ca. 30 Stunden trainieren kann. Das sind 80- bis 90-Jährige. Wir sehen deutliche Verbesserungen ihrer unmittelbaren Erinnerung, ihrer Fähigkeit, Dinge mit Verzögerung zu erinnern, ihrer Fähigkeit, ihre Aufmerksamkeit zu kontrollieren, ihrer Sprachfähigkeiten und visuell-räumlichen Fähigkeiten. Der neuropsychologische Gesamtindex dieser geschulten Individuen in der Bevölkerung betrifft zwei Standardabweichungen. Wenn Sie also auf der linken Seite der Verteilung sitzen, und ich Ihre neuropsychologischen Fähigkeiten betrachte, ist der Durchschnittsmensch in die Mitte oder auf die rechte Seite der Verteilung gerückt. Es bedeutet, dass Menschen mit einem Risiko für Senilität, mehr oder weniger sofort, sich jetzt in einer geschützten Lage befinden. Mein Anliegen ist es, zu versuchen, ältere Mitbürger beinahe vollständig und in großen Zahlen zu retten, denn das kann auf diesem Gebiet im großen Umfang getan werden -- und das Gleiche trifft auf Kinder zu. Vor allem möchte ich diese Wissenschaft auf andere Krankheiten ausweiten. Ich bin besonders an Dingen wie Autismus interessiert, und Zerebralparese, diesen großen Kindheitskatastrophen. Und bei Altersbedingungen wie Parkinsonismus, und bei anderen erworbenen Beeinträchtigungen wie Schizophrenie. Ihre Hauptfrage hier geht darum, wie Sie Ihren eigenen hochfunktionstüchtigen Lernmechanismus aufrechterhalten. Und natürlich ist der Schlüssel ein wohlgeordnetes Leben, in dem Lernen ständiger Bestandteil ist. Aber in Zukunft gehört Gehirn-Aerobic dazu. Machen Sie sich dafür bereit. Es wird für alle Teil des Lebens, in nicht allzu ferner Zukunft, genauso wie Leibesübungen Teil eines gutorganisierten, zeitgemäßen Lebens sind. Die andere Art, wie wir diese Literatur und Wissenschaft letztlich betrachten werden, die für Sie wichtig ist, ist unter Berücksichtigung dessen, wie man sich selbst unterstützen kann. Jetzt da Sie wissen, dass die Wissenschaft uns mitteilt, dass Sie verantwortlich sind, dass Sie es unter Kontrolle haben, dass Ihr Glück, Ihr Wohlbefinden, Ihre Fähigkeiten und Kapazitäten sich ständig verändern und verbessern können, und Sie der verantwortliche Akteur sind. Natürlich werden viele diesen Ratschlag ignorieren. Es wird lange dauern, bis sie es wirklich verstehen. (Gelächter) Das ist ein anderes Problem und nicht meine Schuld. Okay. Danke. (Applaus)
What it's all about is the selective representations of things that are important to the brain. Because in most of the life of the brain this is under control of behavioral context. It's what you pay attention to. It's what's rewarding to you. It's what the brain regards, itself, as positive and important to you. It's all about cortical processing and forebrain specialization. And that underlies your specialization. That is why you, in your many skills and abilities, are a unique specialist: a specialist that's vastly different in your physical brain in detail than the brain of an individual 100 years ago; enormously different in the details from the brain of the average individual 1,000 years ago. Now, one of the characteristics of this change process is that information is always related to other inputs or information that is occurring in immediate time, in context. And that's because the brain is constructing representations of things that are correlated in little moments of time and that relate to one another in little moments of successive time. The brain is recording all information and driving all change in temporal context. Now overwhelmingly the most powerful context that's occurred in your brain is you. Billions of events have occurred in your history that are related in time to yourself as the receiver, or yourself as the actor, yourself as the thinker, yourself as the mover. Billions of times little pieces of sensation have come in from the surface of your body that are always associated with you as the receiver, and that result in the embodiment of you. You are constructed, your self is constructed from these billions of events. It's constructed. It's created in your brain. And it's created in the brain via physical change. This is a marvelously constructed thing that results in individual form because each one of us has vastly different histories, and vastly different experiences, that drive in to us this marvelous differentiation of self, of personhood. Now we've used this research to try to understand not just how a normal person develops, and elaborates their skills and abilities, but also try to understand the origins of impairment, and the origins of differences or variations that might limit the capacities of a child, or an adult. I'm going to talk about using these strategies to actually design brain plasticity-based approach to drive corrections in the machinery of a child that increases the competence of the child as a language receiver and user and, thereafter, as a reader. And I'm going to talk about experiments that involve actually using this brain science, first of all to understand how it contributes to the loss of function as we age. And then, by using it in a targeted approach we're going to try to differentiate the machinery to recover function in old age. So the first example I'm going to talk about relates to children with learning impairments. We now have a large body of literature that demonstrates that the fundamental problem that occurs in the majority of children that have early language impairments, and that are going to struggle to learn to read, is that their language processor is created in a defective form. And the reason that it rises in a defective form is because early in the baby's brain's life the machine process is noisy. It's that simple. It's a signal-to-noise problem. Okay? And there are a lot of things that contribute to that. There are numerous inherited faults that could make the machine process noisier. Now I might say the noise problem could also occur on the basis of information provided in the world from the ears. If any -- those of you who are older in the audience know that when I was a child we understood that a child born with a cleft palate was born with what we called mental retardation. We knew that they were going to be slow cognitively; we knew they were going to struggle to learn to develop normal language abilities; and we knew that they were going to struggle to learn to read. Most of them would be intellectual and academic failures. That's disappeared. That no longer applies. That inherited weakness, that inherited condition has evaporated. We don't hear about that anymore. Where did it go? Well, it was understood by a Dutch surgeon, about 35 years ago, that if you simply fix the problem early enough, when the brain is still in this initial plastic period so it can set up this machinery adequately, in this initial set up time in the critical period, none of that happens. What are you doing by operating on the cleft palate to correct it? You're basically opening up the tubes that drain fluid from the middle ears, which have had them reliably full. Every sound the child hears uncorrected is muffled. It's degraded. The child's native language is such a case is not English. It's not Japanese. It's muffled English. It's degraded Japanese. It's crap. And the brain specializes for it. It creates a representation of language crap. And then the child is stuck with it. Now the crap doesn't just happen in the ear. It can also happen in the brain. The brain itself can be noisy. It's commonly noisy. There are many inherited faults that can make it noisier. And the native language for a child with such a brain is degraded. It's not English. It's noisy English. And that results in defective representations of sounds of words -- not normal -- a different strategy, by a machine that has different time constants and different space constants. And you can look in the brain of such a child and record those time constants. They are about an order of magnitude longer, about 11 times longer in duration on average, than in a normal child. Space constants are about three times greater. Such a child will have memory and cognitive deficits in this domain. Of course they will. Because as a receiver of language, they are receiving it and representing it, and in information it's representing crap. And they are going to have poor reading skills. Because reading is dependent upon the translation of word sounds into this orthographic or visual representational form. If you don't have a brain representation of word sounds that translation makes no sense. And you are going to have corresponding abnormal neurology. Then these children increasingly in evaluation after evaluation, in their operations in language, and their operations in reading -- we document that abnormal neurology. The point is is that you can train the brain out of this. A way to think about this is you can actually re-refine the processing capacity of the machinery by changing it. Changing it in detail. It takes about 30 hours on the average. And we've accomplished that in about 430,000 kids today. Actually, probably about 15,000 children are being trained as we speak. And actually when you look at the impacts, the impacts are substantial. So here we're looking at the normal distribution. What we're most interested in is these kids on the left side of the distribution. This is from about 3,000 children. You can see that most of the children on the left side of the distribution are moving into the middle or the right. This is in a broad assessment of their language abilities. This is like an IQ test for language. The impact in the distribution, if you trained every child in the United States, would be to shift the whole distribution to the right and narrow the distribution. This is a substantially large impact. Think of a classroom of children in the language arts. Think of the children on the slow side of the class. We have the potential to move most of those children to the middle or to the right side. In addition to accurate language training it also fixes memory and cognition speech fluency and speech production. And an important language dependent skill is enabled by this training -- that is to say reading. And to a large extent it fixes the brain. You can look down in the brain of a child in a variety of tasks that scientists have at Stanford, and MIT, and UCSF, and UCLA, and a number of other institutions. And children operating in various language behaviors, or in various reading behaviors, you see for the most extent, for most children, their neuronal responses, complexly abnormal before you start, are normalized by the training. Now you can also take the same approach to address problems in aging. Where again the machinery is deteriorating now from competent machinery, it's going south. Noise is increasing in the brain. And learning modulation and control is deteriorating. And you can actually look down on the brain of such an individual and witness a change in the time constants and space constants with which, for example, the brain is representing language again. Just as the brain came out of chaos at the beginning, it's going back into chaos in the end. This results in declines in memory in cognition, and in postural ability and agility. It turns out you can train the brain of such an individual -- this is a small population of such individuals -- train equally intensively for about 30 hours. These are 80- to 90-year-olds. And what you see are substantial improvements of their immediate memory, of their ability to remember things after a delay, of their ability to control their attention, their language abilities and visual-spatial abilities. The overall neuropsychological index of these trained individuals in this population is about two standard deviations. That means that if you sit at the left side of the distribution, and I'm looking at your neuropyschological abilities, the average person has moved to the middle or the right side of the distribution. It means that most people who are at risk for senility, more or less immediately, are now in a protected position. My issues are to try to get to rescuing older citizens more completely and in larger numbers, because I think this can be done in this arena on a vast scale -- and the same for kids. My main interest is how to elaborate this science to address other maladies. I'm specifically interested in things like autism, and cerebral palsy, these great childhood catastrophes. And in older age conditions like Parkinsonism, and in other acquired impairments like schizophrenia. Your issues as it relates to this science, is how to maintain your own high-functioning learning machine. And of course, a well-ordered life in which learning is a continuous part of it, is key. But also in your future is brain aerobics. Get ready for it. It's going to be a part of every life not too far in the future, just like physical exercise is a part of every well organized life in the contemporary period. The other way that we will ultimately come to consider this literature and the science that is important to you is in a consideration of how to nurture yourself. Now that you know, now that science is telling us that you are in charge, that it's under your control, that your happiness, your well-being, your abilities, your capacities, are capable of continuous modification, continuous improvement, and you're the responsible agent and party. Of course a lot of people will ignore this advice. It will be a long time before they really understand it. (Laughter) Now that's another issue and not my fault. Okay. Thank you.