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Trainingsregime und allgemeines Lernen

Obwohl es unzählige Beispiele für hochspezifisches Lernen gibt, wurden nur eine Handvoll Trainingsparadigmen etabliert, bei denen das Lernen allgemeiner erscheint. Diese Lernparadigmen sind in der Regel komplexer als Labormanipulationen und entsprechen Erfahrungen aus dem wirklichen Leben, wie z.B. Training für Action-Videospiele, Musiktraining oder Sporttraining.

Neue Arbeiten zeigen, dass die Erfahrung mit Action-Videospielen zu einer verbesserten Leistung bei einer Reihe von Aufgaben führt. So schneiden Action-Spieler bei der Aufgabe der Verfolgung mehrerer Objekte, bei der die Teilnehmer viele sich unabhängig voneinander bewegende Objekte verfolgen müssen, besser ab als ihre Altersgenossen und zeigen somit eine erhöhte Kapazität des Aufmerksamkeitssystems (Green & Bavelier, 2006b). Sie schneiden auch bei der Aufgabe „Nützliches Blickfeld“ besser ab, bei der die Teilnehmer ein schnell aufblitzendes Ziel inmitten einer Vielzahl von ablenkenden Objekten lokalisieren müssen (Green & Bavelier, 2006a). Diese Fähigkeit ist ein Indikator für die Fähigkeit, die Aufmerksamkeit räumlich zu verteilen (Ball, Beard, Roenker, Miller, & Griggs, 1988) und ist einer der besten Wahrnehmungsprädiktoren für die Unfallrate beim Autofahren bei älteren Menschen, wobei sie die Standardmessungen der Sehschärfe weit übertrifft (Myers, Ball, Kalina, Roth, & Goode, 2000). Spieler von Action-Spielen zeigen überlegene Fähigkeiten bei der Aufmerksamkeits-Blinzel-Aufgabe, bei der die Teilnehmer einen Strom von Buchstaben analysieren müssen, die in schnellem Tempo (10 Hz) nacheinander präsentiert werden, was auf schnellere zeitliche Eigenschaften der visuellen Aufmerksamkeit hinweist (Green & Bavelier, 2003). Teilnehmer, die im Spielen von Actionspielen geübt sind, können auch visuelle Details im Kontext dicht gedrängter Ablenkungen auflösen, wie bei der Crowding-Aufgabe. Bei dieser Aufgabe wirken sich flankierende Objekte oberhalb und unterhalb eines zentralen Ziels negativ auf die Fähigkeit aus, das zentrale Ziel zu identifizieren. Dabei weisen diese Teilnehmer eine höhere räumliche Auflösung der visuellen Verarbeitung auf (Green & Bavelier, 2007). Spieler von Action-Videospielen zeigen auch verbesserte mentale Rotationsfähigkeiten (Feng, Spence, & Pratt, 2007). Es hat sich gezeigt, dass sich die Erfahrung mit Action-Videospielen sogar auf anspruchsvolle Aufgaben in der realen Welt übertragen lässt, z. B. auf das Steuern von Flugzeugen (Gopher, Weil, & Bareket, 1994).

Kritisch ist, dass in jedem der oben genannten Fälle der kausale Zusammenhang zwischen der Erfahrung mit Action-Videospielen und der verbesserten Leistung durch eine Trainingsstudie nachgewiesen wurde, bei der nicht spielende Personen speziell für ein Action-Videospiel trainiert wurden und die betreffende Fähigkeit (z. B., Die betreffende Fähigkeit (z. B. die Aufmerksamkeitsleistung) wurde vor und nach dem Training bewertet und mit der Leistung einer Kontrollgruppe verglichen, die über denselben Zeitraum ein Nicht-Action-Spiel gespielt hatte. Dieser Punkt ist von großer Bedeutung, da ordnungsgemäß durchgeführte Trainingsstudien entscheidend sind, um den Wissensstand in diesem Bereich zu verbessern. Obwohl viele Menschen im Alltag Videospiele, Musik oder Sport spielen, können wir nur bedingt Rückschlüsse ziehen, wenn wir die Leistungen dieser „Experten“ mit denen von „Nichtexperten“ vergleichen, die diese Aktivitäten normalerweise nicht ausüben. Es ist wahrscheinlich, dass Personen mit einer bestimmten Art von angeborenen Talenten und/oder Fähigkeiten sich auf jene Aktivitäten konzentrieren, die ihre besonderen Fähigkeiten belohnen. So können beispielsweise Personen, die von Geburt an über eine hervorragende Hand-Augen-Koordination verfügen, bei bestimmten Arten von Videospielen recht erfolgreich sein und daher bevorzugt diese Art von Spielen spielen, während Personen, die von Geburt an über eine schlechte Hand-Augen-Koordination verfügen, Spiele, die diese Fähigkeit erfordern, eher meiden. Es ist von entscheidender Bedeutung, einen definitiven kausalen Zusammenhang zwischen einer bestimmten Form von Erfahrung und einer Verbesserung der Fähigkeiten nachzuweisen, indem Nicht-Experten in der fraglichen Erfahrung geschult werden und die Auswirkungen dieses Trainings beobachtet werden.

Außerdem reicht es nicht aus, nur eine experimentelle Gruppe zu testen. Ausbildungsstudien sollten auch eine Gruppe einschließen, die die Test-Retest-Effekte kontrolliert (d.h. wie viel Verbesserung allein durch das zweite Ablegen des Tests zu erwarten ist) und, was ebenso wichtig ist, die psychologischen und motivationalen Effekte. Es ist in der Tat gut dokumentiert, dass Personen, die ein aktives Interesse an ihrer Leistung verspüren, dazu neigen, ihre Leistung stärker zu steigern als Personen, die kein Interesse an ihrer Leistung verspüren, ein Effekt, der oft als Hawthorne-Effekt bezeichnet wird (Lied & Karzandjian, 1998). Dieser Effekt kann zu starken Leistungssteigerungen führen, die wenig mit dem untersuchten kognitiven Trainingsprogramm zu tun haben, sondern vielmehr soziale und motivierende Faktoren auf die Leistung widerspiegeln. Die Auswirkungen dieser Faktoren auf das Lernen sind an und für sich wichtig und sollten sicherlich Gegenstand sorgfältiger Studien sein. Die vielen Studien, die nur eine Kontrollgruppe ohne Intervention und Kontakt einschließen, können jedoch nicht zwischen dem kognitiven Inhalt des Trainingsprogramms und der sozialen Stimulation als Quelle der Verbesserung unterscheiden (Drew & Waters, 1986; Goldstein et al., 1997; Kawashima et al., 2005; Willis et al, 2006).

Obwohl eine Trainingsstudie fehlt und somit die Frage nach der Verursachung unbeantwortet bleibt, gibt es in der Literatur auch eine Reihe anderer Berichte (für eine Übersicht siehe Green & Bavelier, 2006c), dass Personen, die von Natur aus Action-Videospiele spielen, ihre nicht spielenden Altersgenossen bei anderen Messungen der visuellen Aufmerksamkeit übertreffen (Bialystok, 2006; Castel, Pratt, & Drummond, 2005; Greenfield, DeWinstanley, Kilpatrick, & Kaye, 1994; Griffith, Voloschin, Gibb, & Bailey, 1983; Trick, Jaspers-Fayer, & Sethi, 2005), visuomotorische Fähigkeiten und sogar berufsspezifische Fähigkeiten wie laparoskopische Manöver (Rosser et al., 2007).

Außerdem, und das ist für den Bereich der Gerontologie von besonderer Bedeutung, wurde in mehreren Berichten nachgewiesen, dass das Spielen von Videospielen die Wahrnehmungs-, Bewegungs- und kognitiven Funktionen älterer Menschen verbessern kann. So berichteten Drew und Waters (1986) über signifikante Verbesserungen sowohl bei der Messung der manuellen Geschicklichkeit (Purdue Pegboard, Rotary Pursuit) als auch bei der allgemeinen kognitiven Funktion (Wechsler Adult Intelligence Scale-Revised Full Scale, Verbal und Performance Scores). Mehrere Gruppen (Clark, Lanphear, & Riddick, 1987; Dustman, Emmerson, Steinhaus, Shearer, & Dustman, 1992; Goldstein et al., 1997) haben ebenfalls über eine signifikante Verringerung der Reaktionszeit als Folge von Videospielerfahrungen bei älteren Personen berichtet. Obwohl es bedauerlich ist, dass die oben aufgeführten Studien größtenteils keine Kontrollgruppen für die Intervention enthielten, sind die Ergebnisse sicherlich bemerkenswert und ermutigend für weitere Untersuchungen. Insbesondere ist es interessant, darüber zu spekulieren, dass angesichts der wachsenden Popularität der Nintendo Wii, die eine viel breitere Bevölkerung anspricht als herkömmliche Videospiele, einschließlich älterer Menschen, bald eine interessante Konvergenz zwischen den Forschern, die die Auswirkungen von Videospielen untersuchen, und denen, die die Auswirkungen körperlicher Aktivität auf Wahrnehmungs- und kognitive Fähigkeiten untersuchen, stattfinden könnte (siehe unten).

Die Auswirkungen des Spielens von Videospielen auf Wahrnehmungs- und kognitive Fähigkeiten sind besonders bemerkenswert, wenn man bedenkt, wie spezifisch das Erlernen von Fähigkeiten ist. Im Fall des Trainings mit Action-Videospielen sind die Aufgaben, die zur Messung der verschiedenen Wahrnehmungs-, Aufmerksamkeits- und visuomotorischen Fähigkeiten verwendet werden, eine ziemliche Abweichung vom „Trainingsparadigma“ (d.h. Action-Videospiele). Es gibt nur wenige offensichtliche Verbindungen zwischen der Verfolgung von Monstern durch eine mit Sternen übersäte „Raumlandschaft“ und der Bestimmung der Ausrichtung eines einzelnen schwarzen „T“ auf einem gleichmäßigen grauen Hintergrund oder zwischen dem Fahren eines Autos durch eine belebte Stadtlandschaft, während auf gegnerische Fahrzeuge geschossen wird, und dem Zählen der Anzahl weißer Quadrate, die schnell vor einem schwarzen Hintergrund aufblitzen. Obwohl man sicherlich argumentieren kann, dass Individuen bei Action-Videospielen und psychophysischen Aufgaben (z. B. schnelle Objekterkennung) ähnliche zugrundeliegende Prozesse nutzen, widerspricht dieses Argument den zahlreichen Artikeln, die zeigen, dass keine Übertragung beobachtet wird, wenn etwas so scheinbar Geringfügiges wie die Raumfrequenz oder die Ausrichtung geändert wird. Entlang eines Kontinuums von Aufgabenähnlichkeit scheint es naheliegend, die Orientierungsunterscheidung um 45° als näher an der Orientierungsunterscheidung um 135° zu betrachten als an der Vermeidung von Laserbeschuss aus Raumschiffen.

Es ist jedoch nicht der Fall, dass die Erfahrung mit Action-Videospielen zu einer Verbesserung jeder Wahrnehmungs-, Aufmerksamkeits- und/oder visuomotorischen Fähigkeit führt. So zeigten Castel et al. (2005), dass das Aufmerksamkeits-Orientierungssystem bei Spielern von Action-Videospielen und bei Nichtspielern ähnlich zu sein scheint. Darüber hinaus ist es wichtig zu vermitteln, dass nicht alle Arten von Videospielen zu ähnlichen Effekten führen. Unsere Arbeit und bis zu einem gewissen Grad auch der Großteil der Literatur haben sich speziell auf die Auswirkungen von Action-Videospielen konzentriert, d. h. auf Spiele, die schnell und unvorhersehbar sind, die eine effektive Überwachung des gesamten Bildschirms erfordern und bei denen Entscheidungen extrem schnell getroffen werden müssen. Andere Spieltypen wie Puzzlespiele, Fantasiespiele oder Rollenspiele haben keine ähnlichen Auswirkungen (obwohl sie andere Arten der Verarbeitung beeinflussen können).

Neben dem Spielen von Videospielen sind auch andere Arten von Aktivitäten beobachtet worden, die zu einigermaßen verallgemeinerten Auswirkungen führen, insbesondere musikalisches und sportliches Training. Im Bereich der Musik untersuchte Schellenberg (2004) beispielsweise die Auswirkungen von Musikunterricht auf den IQ. Kinder aus einer großen Stichprobe wurden nach dem Zufallsprinzip einer von vier Gruppen zugewiesen. Zwei Gruppen erhielten Musikunterricht (Keyboard oder Gesang), eine Kontrollgruppe erhielt Schauspielunterricht, und die letzte Gruppe erhielt keinen Unterricht. Die primäre Messgröße waren die Ergebnisse auf der Wechsler Intelligence Scale for Children, Third Edition, vor und nach dem Training. Während die IQ-Werte in allen Gruppen anstiegen, wurden die größten Steigerungen in den beiden Gruppen mit Musiktraining beobachtet (ein Effekt, der in allen bis auf 2 der 12 Untertests der vollständigen Skala anhielt). Rauscher et al. (1997) untersuchten die Fähigkeiten des räumlich-zeitlichen Denkens von Kindern (3-4 Jahre alt), die 6 Monate lang Keyboardunterricht erhielten. Bei den Kindern, die Keyboardunterricht erhielten, wurden signifikant größere Verbesserungen im räumlich-zeitlichen Denken festgestellt als bei zwei Kontrollgruppen: einer Gruppe mit Computertraining und einer Gruppe ohne Training (siehe auch Hetland, 2000). Forscher haben auch festgestellt, dass Musiktraining die mathematischen Fähigkeiten und das verbale Gedächtnis verbessert (Gardiner, Fox, Knowles, & Jefferey, 1996; Graziano, Peterson, & Shaw, 1999; Ho, Cheung, & Chan, 2003). Der vielleicht bekannteste und populärste Effekt im Zusammenhang mit Musik ist der so genannte „Mozart-Effekt“ (Rauscher, Shaw, & Ky, 1993), bei dem sich herausstellte, dass das Hören von nur 10 Minuten einer Mozart-Sonate zu einem signifikanten Anstieg des IQ führt. Leider erwies es sich nicht nur als schwierig, die Ergebnisse konsequent zu wiederholen (Fudin & Lembessis, 2004; McCutcheon, 2000; Rauscher & Shaw, 1998; Steele, Brown, & Stoecker, 1999), handelt es sich bei diesem Effekt nicht um echtes Lernen, da die positiven Effekte nur wenige Minuten andauern und möglicherweise auf kurzfristige Erregungs- oder Stimmungsänderungen zurückzuführen sind (Thompson, Schellenberg, & Husain, 2001).

Im sportlichen Bereich verglichen Kioumourtzoglou, Kourtessis, Michalopoulou und Derri (1998) Athleten mit Fachkenntnissen in verschiedenen Spielen (Basketball, Volleyball und Wasserball) bei einer Reihe von Wahrnehmungs- und Kognitionsmessungen. Die Experten zeigten (im Vergleich zu Anfängern) Verbesserungen in Fähigkeiten, die intuitiv wichtig für die Leistung in den jeweiligen Spielen sind. Basketballspieler wiesen eine bessere selektive Aufmerksamkeit und Augen-Hand-Koordination auf, Volleyballspieler übertrafen die Anfänger bei der Einschätzung der Geschwindigkeit und Richtung eines sich bewegenden Objekts, und Wasserballspieler hatten schnellere visuelle Reaktionszeiten und bessere räumliche Orientierungsfähigkeiten. Mehrere Gruppen haben ähnliche sportartspezifische Unterschiede bei der Posner-Cueing-Aufgabe beobachtet (Lum, Enns, & Pratt, 2002; Nougier, Azemar, & Stein, 1992), und Kida, Oda und Matsumura (2005) zeigten, dass trainierte Baseballspieler bei einer Go/No-Go-Aufgabe („Drücken Sie den Knopf, wenn Sie die Farbe A sehen“; „Drücken Sie den Knopf nicht, wenn Sie die Farbe B sehen“), zeigten aber interessanterweise keine Verbesserungen bei einer einfachen Reaktionszeitaufgabe („Drücken Sie den Knopf, wenn ein Licht angeht“). In Zukunft wären Trainingsstudien, die die kausalen Effekte von sportlichem Training nachweisen, von großem Nutzen.

Neben den Verbesserungen infolge von Erfahrungen mit bestimmten Sportarten deutet eine rasch wachsende Zahl von Arbeiten darauf hin, dass aerobes Training jeglicher Art einer Reihe von kognitiven Fähigkeiten zugute kommen kann, insbesondere bei älteren Menschen, wobei in vielen Querschnittsstudien (d. h. beim Vergleich von Personen, die normalerweise Sport treiben, mit solchen, die dies nicht tun) durchweg positive Ergebnisse erzielt wurden. Positive Auswirkungen wurden bei so unterschiedlichen Aufgaben wie der Dual-Task-Leistung oder der exekutiven Aufmerksamkeit/Ablenkung dokumentiert (für aktuelle Übersichten siehe Colcombe & Kramer, 2003; Hillman, Erickson, & Kramer, 2008; Kramer & Erickson, 2007). Leider haben viele experimentelle Studien in dieser Literatur, wie auch in der Videospiel- und Musikliteratur, entweder keine Kontrollbedingung enthalten (Elsayed, Ismail, & Young, 1980; Stacey, Kourma, & Stones, 1985) oder haben Kontrollbedingungen einbezogen, bei denen die Gruppen in Bezug auf die Beteiligung des Experimentators nicht gleich waren (Hawkins, Kramer, & Capaldi, 1992). Darüber hinaus sind die Ergebnisse in dieser Literatur nicht immer übereinstimmend, wobei einige Gruppen positive Ergebnisse zeigen (Dustman et al., 1984; Hawkins et al., 1992) und andere solche Effekte nicht nachweisen können (Blumenthal et al., 1991; Hill, Storandt, & Malley, 1993). Mehrere neuere Übersichten und Meta-Analysen (Colcombe & Kramer, 2003; Etnier, Nowell, Landers, & Sibley, 2006; Hillman et al, 2008; Kramer & Erickson, 2007) haben gezeigt, dass ältere Erwachsene, die Aerobic betreiben, im Vergleich zu denjenigen, die dies nicht tun, über alle Studien, Designs und abhängigen Messungen hinweg eine verbesserte kognitive Leistung aufweisen. Dieser Punkt wird nicht nur durch Verhaltensmessungen gestützt, da aerobe Fitness auch mit neuroanatomischen und neurophysiologischen Veränderungen in Verbindung gebracht wird, einschließlich der Vergrößerung des Volumens der grauen Substanz in den präfrontalen und temporalen Bereichen (Colcombe & Kramer, 2003), Veränderungen des zerebralen Blutvolumens im Hippocampus (Pereira et al., 2007); und funktionelle Hirnaktivität in einer Reihe von Bereichen, einschließlich der oberen parietalen Bereiche und des anterioren cingulären Kortex (Colcombe et al., 2004). Zusammen mit den sich mehrenden Beweisen dafür, dass die richtige Ernährung die kognitiven Fähigkeiten fördert (siehe Gomez-Pinilla, 2008, für einen gründlichen Überblick), bestätigt das sich abzeichnende Bild das alte Sprichwort „mens sana in corpore sano“

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Alltagserfahrungen haben mehrere Gruppen Trainingspläne entwickelt, die speziell auf die Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten ausgerichtet sind und sich insbesondere an alternde Babyboomer und ältere Erwachsene richten. Kleine und große Unternehmen haben sich von diesem potenziellen Markt angezogen gefühlt, darunter Nintendo mit der BrainGames-Reihe und kleinere Unternehmen wie das, das POSIT entwickelt hat (Mahncke, Bronstone, & Merzenich, 2006), um nur einige zu nennen. Bei diesen Trainingsprogrammen werden in der Regel verschiedene psychologische Standardtests eingesetzt, d. h., die Probanden werden gebeten, kleine Tests durchzuführen, die in Inhalt und Struktur den in psychologischen Bewertungsskalen verwendeten Tests sehr ähnlich sind (z. B. Listenlernen zur Verbesserung des semantischen Gedächtnisses, Mustererkennung zur Verbesserung der visuellen Formerkennung, visuelle Suche zur Verbesserung der Effizienz der visuellen Aufmerksamkeit, Abgleich von leicht verwechselbaren Konsonant-Vokal-Konsonant-Wörtern zur Verbesserung der angemessenen Nutzung von Hemmungsmechanismen, n-back-Aufgaben zur Verbesserung der Arbeitsgedächtnisfähigkeiten). Diese Programme haben deutliche Verbesserungen in den spezifischen Fähigkeiten der Trainierten sowie die Aufrechterhaltung dieser Verbesserungen über einen Zeitraum von drei Monaten (Mahncke, Connor, et al., 2006) bis zu fünf Jahren (Willis et al., 2006) gezeigt. Eine wichtige Frage für künftige Arbeiten bleibt, inwieweit sich diese Fortschritte außerhalb der Laborsituation verallgemeinern lassen, um das Alltagsleben der Teilnehmer zu verbessern. Belege für substanzielle Transfereffekte zwischen Training und Test waren bisher schwer zu finden. Das von Mahncke, Connor et al. (2006) verwendete Trainingsparadigma führte zu Verbesserungen in einer untrainierten auditiven Gedächtnisaufgabe, und eine Version des von Willis et al. (2006) verwendeten Paradigmas führte zu einer selbstberichteten Verringerung der Schwierigkeit komplexer häuslicher Aktivitäten wie Essenszubereitung und Einkaufen. Winocur et al. (2007) berichteten über eine deutlichere Übertragung auf nicht trainierte Aufgaben, die in realen Situationen anwendbar sind; die Verwendung einer Kontrollgruppe ohne Intervention lässt jedoch die Interpretation ihrer Effekte offen (insbesondere angesichts der umfangreichen und sehr persönlichen Interaktionen zwischen der Versuchsgruppe und den Experimentatoren). Wie auf dem Gebiet der Plastizität des Gehirns werden die größten Auswirkungen des Trainings bei Aufgaben beobachtet, die der trainierten Aufgabe am nächsten kommen, während die Übertragung von Gewinnen auf andere Fähigkeiten oder Alltagskompetenzen nur selten dokumentiert wird.

Interessant ist ein entscheidender Unterschied zwischen den oben diskutierten „natürlichen“ Trainingsprogrammen (Sport, Musik, Videospiele) und solchen, die speziell für das Gehirntraining entwickelt wurden. Die natürlichen Trainingsprogramme sind äußerst komplex und greifen auf viele Systeme gleichzeitig zu. In Videospielen, die zu Unterhaltungszwecken entwickelt wurden, kann man beispielsweise gleichzeitig mit Gedächtnisaufgaben (z. B. räumliches Gedächtnis für die Route zur feindlichen Festung, semantisches Gedächtnis für verfügbare Waffen oder noch aktive Feinde), Exekutivaufgaben (z. B. Ressourcen- und Waffenzuteilung, Dual-Tasking), Aufgaben der visuellen Aufmerksamkeit (Verfolgung mehrerer Objekte, Ausblenden von Ablenkungen), visuomotorischen Aufgaben (z. B. Lenken, Steuern) und schneller Objekterkennung beschäftigt sein, um nur einige zu nennen. Der gleiche Bedarf an hochgradig paralleler Verarbeitung in verschiedenen Bereichen besteht auch im Sport und – in unterschiedlichem Maße – beim Erlernen eines Musikinstruments. Umgekehrt haben Forscher bei der Entwicklung von Trainingsprogrammen zum Zwecke des Gehirn-/Kognitionstrainings diese Aufgaben oder Bereiche absichtlich getrennt. Das Training ist in der Regel in Teilbereiche aufgeteilt, wobei das semantische Gedächtnis völlig getrennt von der Hemmungskontrolle trainiert wird, die wiederum getrennt von der Verarbeitungsgeschwindigkeit trainiert wird. Die bisherige Forschung deutet darauf hin, dass ein solches blockiertes Lernen in der Erwerbsphase zu schnellerem Lernen führt, in der Beibehaltungsphase jedoch nachteilig sein kann, da es zu einer weniger robusten Beibehaltung und zu einem geringeren Transfer zwischen den Aufgaben führt (Ahissar & Hochstein, 2004; Schmidt & Bjork, 1992). Clopper und Pisoni (2004) baten beispielsweise zwei Gruppen von Teilnehmern, Sätze nach der Dialektregion der Heimatregion der Sprecher zu klassifizieren. Eine erste Gruppe von Teilnehmern wurde so trainiert, dass jeder Dialekt von einem einzigen Sprecher repräsentiert wurde. Eine zweite Gruppe von Teilnehmern wurde mit drei verschiedenen Sprechern für jeden Dialekt trainiert. Die Gruppe, die das variablere Training erhielt, lernte anfangs langsamer, war aber in einem Beibehaltungstest mit neuen Sprechern und neuen Sätzen genauer.