Steuerzentrale im Kopf – die exekutiven Funktionen

Versuchen Sie einmal, die folgenden Worte laut vorzulesen.

Das war vermutlich kein Problem für Sie! Lese Sie nun die Zeile noch einmal, anstatt die Wörter vorzulesen sagen Sie allerdings laut die Farbe der Wörter, nicht das Wort selbst.

Wieder kein Problem? Dann schauen Sie sich nun einmal die folgende Zeile an. Lesen sie die nächste Zeile, aber sagen Sie wieder laut die Farbe der Wörter und nicht das Wort selbst.

War die Aufgabe nun schwieriger? Vielleicht haben Sie länger gebraucht, um keinen Fehler zu machen. Vielleicht haben Sie sogar einmal fälschlicherweise das Wort vorgelesen, anstatt die Farbe zu benennen. Der Test, den Sie soeben durchgeführt haben, ist bekannt als der „Stroop Task“. [11]

Diese kleine, aber trickreiche Aufgabe zeigt, wie viel in unserem Hirn im Hintergrund ständig passiert – mehr als uns bewusst ist. Denn während Sie automatisch lesen wollten, musste ein Teil ihres Hirns laut protestieren: „Stopp! Sag die Farbe, nicht das Wort!“. Die Fähigkeiten, die für solche und noch viele andere Aufgaben verantwortlich sind, heißen exekutive Funktionen. Sie helfen uns, unseren Alltag zu strukturieren, unser Verhalten zu steuern und auf andere Kompetenzen zuzugreifen. Sie sind sozusagen der „innere Chef“ unseres Denkens oder der CEO unseres Hirns – was auch nichts anderes bedeutet als Chief Executive Officer.

Was ist die Aufgabe dieses „inneren Chefs“?

Stellen Sie sich vor, in ihrem Gehirn sitzt eine zentrale Koordination, ein bisschen wie der oder die CEO eines Unternehmens. Sie plant, koordiniert, priorisiert und gibt Anweisungen wie: „Jetzt bitte konzentrieren!“. Diese Koordinationsstelle ist kein einzelner Bereich, sondern besteht aus einem Zusammenspiel verschiedener höherer Denkprozesse, die wir als exekutive Funktionen bezeichnen.

Die drei zentralen Funktionen sind die Impulskontrolle, das Arbeitsgedächtnis und die flexible Aufmerksamkeitskontrolle. Diese zentralen Prozesse machen weitere Fähigkeit wie das Problemlösen, Planung und Organisation, Zeitmanagement und viele mehr erst möglich und sind essentiell für unsere mentale und physische Gesundheit sowie die kognitive, soziale und psychologische Entwicklung. [4, 9]

Verschiedene Tests machen die exekutiven Funktionen messbar

Diese Funktionen lassen sich nicht direkt beobachten, können aber in verschiedenen psychologischen Tests auf die Probe gestellt werden. Der bereits erwähnte Stroop-Task ist dabei nur eine Möglichkeit. Er zeigt vor allem, wie gut wir automatisierte Handlungen hemmen können – in diesem Fall das automatische Vorlesen des geschriebenen Wortes, obwohl wir eigentlich die Farbe der Schrift nennen sollen. Bei Schäden im prefrontalen Kortex (PFC), dem Bereich des Hirns direkt hinter der Stirn, schneiden betroffene Personen hier oft deutlich schlechter ab. In diesem Bereich des Gehirns sind die exekutiven Funktionen vornehmlich zu verorten.

Doch die exekutiven Funktionen leisten noch weitaus mehr. Ein weiteres Beispiel können wir im Wisconsin Card Sorting Test beobachten. Dabei sollen die Probandinnen und Probanden Karten nach einem unbekannten Prinzip sortieren. Mal nach Farbe, mal nach Form oder Anzahl der Symbole. Das Muster müssen sie durch ausprobieren und logisches Denken erschließen. Sobald sie das Muster allerdings erkannt haben, ändert sich die Regel. Einen Hinweis darauf erhalten sie aber nicht. Nur wer flexibel denken und reagieren kann, kann sich hier schnell genug anpassen und ein neues Muster zum Sortieren wählen. Arbeiten die exekutiven Funktionen nicht richtig, kommt es meist zu einem starren Festhalten an der bereits erlernten Regel, obwohl sie offensichtlich nicht weiter anwendbar ist. [8]

Beim Tower-of-Hanoi wird deutlich, wie stark exekutive Funktionen in komplexe Denkvorgänge eingebunden sind. Die Aufgabe, bei der Scheiben verschiedener Größen von einem auf den anderen Turm umgeschichtet werden müssen, ohne dabei größere auf kleineren abzulegen, erfordert vorausschauendes Denken, das Einhalten von Regeln und das Aufteilen großer Ziele in machbare Teilschritte. [2]

Wie sind diese Steuerungsprozesse im Hirn organisiert?

Lange waren Forschende der Auffassung, dass einzelne Bereiche im PFC klar abgegrenzte Aufgaben übernehmen. So dachte man etwa, dass der dorsolaterale PFC für das räumliche Arbeitsgedächtnis zuständig sei, der ventrolaterale PFC hingegen für sprachliche Inhalte. Diese Vorstellung stammt aus Tierstudien, die bei Affen Unterschiede zwischen der Verarbeitung von „wo“ und „was“ im PFC zeigten. [6]

Neuere Studien am Menschen, insbesondere mit bildgebenden Verfahren, deuten allerdings auf eine andere Organisation des PFC hin. Einige vermuten anstatt einer festen Verortung verschiedener Inhalte eine eher prozessbezogene Organisation des PFC. Dies würde etwa bedeuten, dass der dorsolaterale PFC vor allem bei der Aufrechterhaltung von Informationen im Arbeitsgedächtnis aktiv ist, während der ventrolaterale PFC zusätzlich für das Aktualisieren und Manipulieren dieser Informationen zuständig ist. [3]

Andere Kernaufgaben der exekutiven Funktionen zeigen ähnliche prozessabhängige Muster. Beim Aufgabenwechseln wie beim Wisconsin Card Sorting Test wird immer wieder ein Bereich namens Inferior Frontal Junction (IFJ) aktiviert. Dieser liegt zwischen zwei Furchen im seitlichen Stirnbereich und scheint eine Art „Task Manager“ des Gehirns zu sein. Für die Impulskontrolle, das bewusste Innehalten, bevor wir automatisch handeln, ist besonders der rechte untere Frontallappen von Bedeutung. Dieses Areal zeigt bei sogenannten Go/No-Go-Tests starke Aktivität und ist im Falle einer Schädigung mit impulsivem Verhalten assoziiert. Viele dieser und weiterer Details sind allerdings nach wie vor Gegenstand aktueller Forschung. Einige Modelle schlagen eine hierarchische Organisation des PFC vor.

Exekutive Funktionen – fließende Übergänge

Es zeigt sich zunehmend: Die exekutiven Funktionen sind nicht strikt voneinander abzugrenzen, sondern greifen eng ineinander. Viele Aufgaben, die hohe Anforderungen an unser Denken stellen, aktivieren überlappende Netzwerke in verschiedenen Bereichen des PFC. Der CEO unseres Hirns sitzt also nicht in einem Büro, sondern ist vielmehr ein koordiniertes Leitungsteam, das flexibel und je nach Aufgabe neu zusammengestellt wird. Je komplexer die Aufgabe, desto weiter „vorne“ im Gehirn liegt die Aktivierung. Dieser hierarchische Aufbau könnte erklären, warum einfachere Routinen weiter hinten im Gehirn verarbeitet werden, während abstrakte Planungen den äußersten Bereich der Stirnregion beanspruchen. [1]

So ergibt sich ein modernes Bild exekutiver Funktionen, das jedoch weiterhin viele Fragen offenlässt. Exekutive Funktionen sind keine festen Bausteine, sondern funktionale Netzwerke, die je nach Situation und Anforderung dynamisch beansprucht werden. Sie ermöglichen es uns, flexibel zu handeln, bewusst zu entscheiden, Problemstellungen zu lösen und nicht immer dem ersten Impuls zu folgen.

Wenn also das nächste Mal das Vibrieren Ihres Smartphones Sie aus Ihrer Konzentration zu holen droht, denken Sie daran: Ihr innerer CEO ist gerade aktiv und arbeitet härter, als es scheint.

Exekutive Funktionen – über die Lebensspanne

Die exekutiven Funktionen sind offensichtlich essentiell für eine ganze Bandbreite an Aufgaben, die wir in unserem Leben bewerkstelligen wollen. Dabei unterliegen die exekutiven Funktionen im Laufe unseres Lebens selbst einem Wandel und arbeiten nicht immer auf die gleiche Art und Weise. Während die Prozesse im Erwachsenenalter meist unbewusst und scheinbar mühelos ablaufen, müssen sie in der Kindheit und Jugend erst mühsam aufgebaut werden und lassen im Alter allmählich wieder nach. [4, 12]

In der frühen Kindheit entwickeln sich zum Beispiel erste Formen der Impulskontrolle. Für Kinder ist es zunächst eine Herausforderung zu lernen, dass sie nicht alles sofort tun dürfen, auch wenn sie es gerne möchten. Wenn es etwas Spannendes auf der anderen Straßenseite zu beobachten gibt, kann der Drang groß sein, einfach loszurennen. Genau dieses Innehalten – „Stopp, erst die Situation überprüfen. Kommen Autos? Kann ich sicher, die Straße überqueren?“ – muss das Gehirn erst lernen. Solche und viele weitere Steuerungsfunktionen übt das junge Hirn noch. Besonders im Vorschulalter macht es hier gewaltige Fortschritte und Stück für Stück wächst die Fähigkeit, sich selbst zu steuern. Bis dahin brauchen die Erwachsenen noch etwas Geduld mit den Kindern, ihr Hirn lernt eben noch. [4, 12]

Sind Teenager impulsiver?

Bis zum Jugendalter hat sich bei der Entwicklung und Reifung der exekutiven Funktionen zwar einiges getan. Ausgereift ist das Hirn allerdings noch nicht. Die Systeme, die für Emotionen und Belohnungen zuständig sind, entwickeln sich schneller als jene, die für Kontrolle und Planung gebraucht werden. Kein Wunder also, dass Jugendliche oft impulsiv handeln oder eher Risiken eingehen – selbst wenn sie es eigentlich besser wissen. Ihr innerer CEO ist zwar schon eingestellt, aber noch in der Einarbeitung: Entscheidungen brauchen Übung, Struktur – und manchmal eben auch einen Umweg. [5]

Das spiegelt sich auch in der Anatomie des Hirns wider: gerade der präfrontale Kortex, also jener Bereich direkt hinter der Stirn, der zentral für die exekutiven Funktionen ist, reift deutlich langsamer als andere Teile des Gehirns. Er gehört zu den letzten Regionen, die sich vollständig entwickeln – und das zieht sich bis weit ins junge Erwachsenenalter hinein.

Erst Mitte der 20er ist der präfrontale Kortex ausgereift

Aus verschiedenen bildgebenden Studien geht hervor, dass dieser Reifeprozess noch bis etwa bis zum 25. Lebensjahr voranschreitet [7, 10]. In diesem Zeitraum erreichen unter anderem auch die exekutiven Funktionen ihren Höhepunkt. Arbeitsgedächtnis, Impulskontrolle und kognitive Flexibilität greifen nun meist reibungslos ineinander. Komplexe Aufgaben werden nun strategisch bewältigt, Entscheidungen laufen müheloser ab, Planungen gelingen strukturierter. Der innere CEO ist nun vollständig im Dienst – erfahren, effizient und belastbar.

Mit zunehmendem Alter verändert sich das Gehirn weiter. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit nimmt wieder ab, das Arbeitsgedächtnis wird störungsanfälliger und das flexible Umschalten zwischen Aufgaben fällt oft schwerer. Dennoch können ältere Menschen weiterhin auf ein enormes Repertoire an Erfahrung, Routinen und bewusster Selbstregulation zugreifen. Der Rückgang einzelner Prozesse kann so gut ausgeglichen werden und das Gehirn arbeitet einfach etwas anders, was wiederum eigene Stärken mit sich bringen kann. Und nicht zuletzt zeigt die Forschung: Durch gezielte Aktivität, geistige Herausforderungen und soziale Einbindung lassen sich auch die exekutiven Funktionen wie auch andere Komponenten der allgemeinen kognitiven Leistungsfähigkeit bis ins hohe Alter unterstützen. [5]

Quellen

1. Badre D. (2008). Cognitive control, hierarchy, and the rostro-caudal organization of the frontal lobes. Trends in cognitive sciences, 12(5), 193–200. https://doi.org/10.1016/j.tics.2008.02.004
2. Byrnes, M.M., Spitz, H.H. Developmental progression of performance on the Tower of Hanoi problem. Bull. Psychon. Soc. 14, 379–381 (1979). https://doi.org/10.3758/BF03329485
3. D’Esposito, M., Aguirre, G. K., Zarahn, E., Ballard, D., Shin, R. K., & Lease, J. (1998). Functional MRI studies of spatial and nonspatial working memory. Brain research. Cognitive brain research, 7(1), 1–13. https://doi.org/10.1016/s0926-6410(98)00004-4
4. Diamond, A. (2013). Executive functions. Annual review of psychology, 64(1), 135-168.
5. Ferguson, H.J., Brunsdon, V.E.A. & Bradford, E.E.F. The developmental trajectories of executive function from adolescence to old age. Sci Rep 11, 1382 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-020-80866-1
6. Goldman-Rakic, P. S. (1996). The prefrontal landscape: implications of functional architecture for understanding human mentation and the central executive. Philosophical Transactions Of The Royal Society B Biological Sciences, 351(1346), 1445–1453. https://doi.org/10.1098/rstb.1996.0129
7. Gogtay, N., Giedd, J. N., Lusk, L., Hayashi, K. M., Greenstein, D., Vaituzis, A. C., Nugent, T. F., 3rd, Herman, D. H., Clasen, L. S., Toga, A. W., Rapoport, J. L., & Thompson, P. M. (2004). Dynamic mapping of human cortical development during childhood through early adulthood. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(21), 8174–8179. https://doi.org/10.1073/pnas.0402680101
8. Grant, D. A., & Berg, E. (1948). A behavioral analysis of degree of reinforcement and ease of shifting to new responses in a Weigl-type card-sorting problem. Journal of Experimental Psychology, 38(4), 404–411. https://doi.org/10.1037/h0059831
9. Hughes, C., & Ensor, R. (2005). Executive Function and Theory of Mind in 2 Year Olds: A Family Affair? Developmental Neuropsychology, 28(2), 645–668. https://doi.org/10.1207/s15326942dn2802_5
10. Luna, B., Padmanabhan, A., & O’Hearn, K. (2010). What has fMRI told us about the development of cognitive control through adolescence?. Brain and cognition, 72(1), 101–113. https://doi.org/10.1016/j.bandc.2009.08.005
11. Stroop, J. R. (1935). Studies of interference in serial verbal reactions. Journal of experimental psychology, 18(6), 643.
12. Zelazo, P. D., Craik, F. I. & Booth, L. (2004). Executive function across the life span. Acta Psychologica, 115(2–3), 167–183. https://doi.org/10.1016/j.actpsy.2003.12.005
13. Beitragsbild: https://de.freepik.com/vektoren-kostenlos/geschaeftsmanncharakter-der-verschiedene-soziale-rollen-zeigt_4010083.htm#fromView=search&page=1&position=10&uuid=ec15e4fb-33c1-49e8-aacd-6a1c4cfaac12&query=executive+function