Implizites Wissen: MIT-Studie zeigt, wie Augenbewegungen Lernen sichtbar machen

Viele Fähigkeiten brauchen Jahre, bis man sie wirklich beherrscht. Trotzdem fällt es selbst den Besten oft schwer, präzise zu erklären, wie sie dabei genau vorgehen.

Meist können sie die Grundprinzipien benennen, doch die feinen Nuancen lassen sich kaum in Sprache fassen. Gerade diese stillen, schwer zu beschreibenden Fertigkeiten laufen gewissermaßen im Hintergrund des Gehirns ab.

Forschende sprechen in diesem Zusammenhang von implizitem Wissen. Gemeint ist Wissen, das Menschen besitzen, aber nicht ohne Weiteres in klare Worte übersetzen können. Ein grosser Teil menschlicher Expertise liegt in genau diesem Bereich: Eine Chirurgin, ein Mechaniker oder eine Sportlerin handelt häufig nach durch Übung geprägten Intuitionen statt nach eindeutig formulierten Regeln.

Eine neue Studie deutet darauf hin, dass ein Teil dieses verborgenen Wissens möglicherweise weniger unerreichbar ist als lange angenommen. Das Forschungsteam zeigte, dass Augenbewegungen den Zeitpunkt verraten können, in dem das Gehirn still und unbemerkt lernt, eine Aufgabe besser zu lösen.

Was implizites Wissen wirklich bedeutet

Das Konzept des impliziten Wissens geht auf den Wissenschaftler und Philosophen Michael Polyani zurück. Mitte des 20. Jahrhunderts brachte er eine einfache, aber weitreichende Erkenntnis auf den Punkt: „we know more than we can tell.“

Polyani vertrat die Auffassung, dass ein erheblicher Teil menschlicher Fähigkeiten aus innerem Wissen besteht, das sich zwar „natürlich“ anfühlt, sich aber einer Erklärung entzieht.

So kann jemand ein Gesicht sofort wiedererkennen und dennoch daran scheitern, alle Merkmale aufzuzählen, die es eindeutig identifizierbar machen. Ähnlich verhält es sich bei vielen komplexen Tätigkeiten, die auf Beobachtung und schneller Urteilsbildung basieren.

Seit Jahrzehnten finden Forschende Hinweise auf implizites Wissen etwa in der medizinischen Bildgebung. Radiologinnen und Radiologen erkennen Auffälligkeiten teils nahezu augenblicklich, können jedoch nicht vollständig darlegen, welche visuellen Hinweise genau ihre Entscheidung ausgelöst haben.

Wissenschaftler suchen in den Augen nach Hinweisen

Ein Team am MIT untersuchte kürzlich, ob sich verborgene Expertise über subtile biologische Signale sichtbar machen lässt.

Geleitet wurde die Arbeit von Alex Armengol-Urpi, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter im Department of Mechanical Engineering am MIT.

„We as humans have a lot of knowledge, some that is explicit that we can translate into books, encyclopedias, manuals, equations. The tacit knowledge is what we cannot verbalize, that’s hidden in our unconscious,“ sagte Armengol-Urpi.

„If we can make that knowledge explicit, we can then allow for it to be transferred easier, which can help in education and learning in general.“

Lernen in Echtzeit beobachten

Für das Experiment rekrutierte das Team 30 Freiwillige. Jede Person betrachtete auf einem Bildschirm mehr als 120 Bilder.

Auf jedem Bild waren zwei Formen auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Dabei handelte es sich um Quadrate, Dreiecke oder Kreise, jeweils in unterschiedlichen Farben und mit verschiedenen Mustern.

Die Teilnehmenden sollten jedes Bild entweder der Gruppe A oder der Gruppe B zuordnen. Die Sortierlogik beruhte auf einer komplexen Kombination aus Farbe, Form und Muster.

Entscheidend war jedoch: Nur eine Seite des jeweiligen Bildes war tatsächlich relevant für die korrekte Antwort. Die andere Seite diente als bedeutungsloses visuelles „Rauschen“.

Wie die Bilder zu sortieren waren, wurde den Freiwilligen nicht erklärt. Zu Beginn mussten sie raten - die Forschenden betrachteten diese Phase als Anfänger-Stadium. Mit zunehmender Anzahl gesehener Bilder stieg die Trefferquote nach und nach.

Augenbewegungen und Gehirnaktivität

Während die Teilnehmenden die Aufgabe bearbeiteten, verfolgten Kameras, wohin ihre Blicke wanderten. Zusätzlich erfasste das Team die Gehirnaktivität per Elektroenzephalografie (EEG).

In den Bildern war ausserdem ein spezielles Detail eingebaut: Jede Form flackerte mit einer jeweils leicht anderen Frequenz, die für die Teilnehmenden nicht bewusst wahrnehmbar war.

Die Hirnwellen synchronisierten sich mit diesen Flackerfrequenzen, wodurch die Wissenschaftler feststellen konnten, auf welche Form sich die Person gerade konzentrierte.

Die gemeinsame Auswertung von Blickdaten und EEG-Signalen zeigte ein klares Muster. Zu Beginn des Experiments scannen die Freiwilligen beide Seiten eines Bildes. Beim Raten versuchten sie, so viele Informationen wie möglich aufzunehmen.

Im Gehirn verborgenes Wissen

Später trat eine Veränderung ein. Parallel zur steigenden Genauigkeit verlagerte sich die Aufmerksamkeit auf nur noch eine Bildseite - genau jene, die die relevanten Informationen für die korrekte Klassifizierung enthielt. Ohne es zu merken, hatten die Teilnehmenden den nützlichen visuellen Hinweis entdeckt.

Als die Freiwilligen anschliessend in einer Befragung ihre Strategie beschreiben sollten, gaben sie jedoch an, das gesamte Bild zu betrachten. Dass sich ihr Fokus verengt hatte, war ihnen nicht bewusst.

„They were unconsciously focusing their attention on the part of the image that was actually informative,“ merkte Armengol-Urpi an. „So the tacit knowledge they had was hidden inside them.“

Verborgenes Können in nutzbares Wissen überführen

Der spannendste Schritt folgte danach. Die Forschenden zeigten den Teilnehmenden Karten ihrer Augenbewegungen und der gemessenen Gehirnaktivität. Darauf war erkennbar, wie sich die Aufmerksamkeit vom Anfänger- zum Expertenmuster verschoben hatte.

Nachdem die Teilnehmenden dieses Muster gesehen hatten, setzten sie es gezielt ein. Dadurch stieg ihre Genauigkeit bei der Klassifikation noch weiter.

Das Ergebnis spricht dafür, dass verborgenes Wissen unter bestimmten Bedingungen sichtbar gemacht und in eine vermittelbare Form überführt werden kann.

„We are currently extending this approach to other domains where tacit knowledge plays a central role,“ sagte Armengol-Urpi.

„We believe the underlying principle – capturing and reinforcing implicit expertise through physiological signals – can generalize to a wide range of perceptual and skill-based domains.“

Was das für Lernen bedeuten könnte

In vielen Bereichen kommt es auf präzises visuelles Urteilsvermögen an. Ärztinnen und Ärzte suchen in Röntgenbildern nach winzigen Veränderungen, die auf eine Erkrankung hindeuten. Erfahrene Handwerkerinnen und Handwerker erkennen feine Muster in Materialien. Sportlerinnen und Sportler reagieren im Wettkampf auf sehr schnelle visuelle Signale.

In solchen Situationen scheitern Einsteiger oft daran, dass Expertinnen und Experten nicht vollständig erklären können, worauf sie eigentlich achten.

Die Studie eröffnet hier eine mögliche neue Richtung: Wenn sich erfassen lässt, wohin Expertinnen und Experten schauen und wie ihr Gehirn darauf reagiert, könnten Lehrende verborgene Aufmerksamkeitsmuster dokumentieren und an Lernende weitergeben.

Menschliche Expertise wird wohl immer aus einem Zusammenspiel von Intuition und Erfahrung bestehen. Doch Werkzeuge, die unbewusste Gewohnheiten sichtbar machen, könnten helfen, komplexe Fähigkeiten schneller zu erlernen als bisher.

Die vollständige Studie erschien in der Fachzeitschrift Journal of Neural Engineering.