Ein bislang einzigartiger Blick darauf, wie sich das menschliche Gehirn beim Übergang aus dem Mutterleib in die Aussenwelt verändert, deutet auf einen regelrechten Wachstumsschub hin.
Schon in den ersten Lebensmonaten eines Neugeborenen – so legen Hirnscans nahe – führt der plötzliche Ansturm an Sinneseindrücken dazu, dass Milliarden neuer neuronaler Verknüpfungen entstehen, die im Mutterleib noch nicht vorhanden waren.
Datensatz: Gehirnentwicklung über die Geburt hinweg
Frühere Untersuchungen haben Föten und Neugeborene meist getrennt ausgewertet. Die neue Studie betrachtete dagegen die Gehirne von 140 Personen beidseits der Geburtsgrenze. Der Datensatz umfasst 126 pränatale Scans, beginnend ungefähr sechs Monate nach der Empfängnis, sowie 58 postnatale Scans in den etwa drei Monaten nach der Geburt.
„Mit diesem einzigartigen Längsschnittdatensatz haben wir nun zum ersten Mal die Möglichkeit, Veränderungen des Gehirns über die Geburt hinweg zu untersuchen“, sagte die Neurowissenschaftlerin Lanxin Ji von der New York University (NYU) gegenüber ScienceAlert.
„Überraschenderweise klafft in unserem Verständnis noch immer eine grosse Lücke, wie sich das menschliche Gehirn in dieser entscheidenden Entwicklungsphase verändert.“
Die leitende Forscherin Moriah Thomason von der NYU gilt als führend in der fötalen MRT-Forschung und untersucht seit Jahren die Gehirne von Schwangeren und ihren Kindern. Allerdings sind fötale MRT-Studien anfällig für Verzerrungen und Signalverluste. Zudem messen Forschende dabei die Sauerstoffwerte im Blut des Gehirns – das liefert womöglich kein vollkommenes Abbild aller kommunizierenden Nervenzellen.
Trotz dieser Einschränkungen handelt es sich laut den Autorinnen und Autoren um die erste grössere Arbeit, die analysiert, wie sich Aktivität in der funktionellen MRT in Ruhe über den Geburtsübergang hinweg verändern könnte.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Geburt nicht lediglich eine Fortsetzung des pränatalen Gehirnwachstums ist, sondern eine eigenständige, transformierende Phase, die spätere kognitive und verhaltensbezogene Ergebnisse beeinflusst“, erklärte Ji.
Wo die neuronalen Netzwerke nach der Geburt besonders zulegen
Für die Wochen unmittelbar nach der Geburt zeigen Modelle einen sprunghaften Anstieg an neuronalen Verbindungen. Das wirkt, als versuche das Gehirn mit Hochdruck, neuartige Informationen zu verarbeiten und zu integrieren.
Dabei sind nicht alle Bereiche in gleichem Masse betroffen. Nach dem Verlassen des Mutterleibs entfalten manche Hirnnetzwerke eine besonders ausgeprägte Komplexität und bilden sehr viele neue Verknüpfungen.
Das gilt vor allem für primitive subkortikale Regionen. Sie gehören zu einem zentralen Knotenpunkt, der grundlegende Lebensfunktionen steuert – etwa die Motorik, das Atmen, Blinzeln, Zusammenzucken und die Verdauung.
Auch Teile des Frontallappens weisen nach der Geburt markante Wachstumsschübe auf. Gleiches gilt für mehrere neuronale „Brücken“, die Regionen beider Gehirnhälften miteinander verbinden. Dazu zählen beispielsweise die beidseitigen sensomotorischen Bereiche, die Sinnesinformationen zusammenführen, um Bewegungssteuerung zu ermöglichen.
Die neuen Resultate stützen damit die Hypothese, dass das menschliche Gehirn im Mutterleib bereits grundlegende neuronale Netzwerke besitzt, die sich vor allem mit „lokalen“ Aufgaben beschäftigen. Mit der Geburt würden diese lokalen Abläufe jedoch „global“: Sie kommunizieren mit weiter entfernten Netzwerken als zuvor.
Nach dem Wachstumsschub: Umbau und „Ausdünnen“ der Verbindungen
Auf den ersten Schub folgt eine allmähliche Umorganisation. Das Neugeborenengehirn beginnt demnach, ineffiziente Verbindungswege zwischen Netzwerken zurückzuschneiden und andere Verbindungen zu stärken. Unterm Strich ergibt sich dadurch eine enorme Veränderung darin, wie das Gehirn insgesamt verschaltet ist.
Die Geburt ist eines der einschneidendsten Ereignisse im menschlichen Leben. Während die Verfahren der Neurobildgebung weiter voranschreiten, rücken Forschende näher an die Möglichkeit heran, diesen Moment in einem der wichtigsten Organe quasi „beim Geschehen“ zu beobachten.
„Diese Arbeit legt das Fundament für künftige Forschung zur Reifungszeit funktioneller Hirnnetzwerke, die die perinatale Phase überspannen“, sagte Ji gegenüber ScienceAlert.
„Ausgehend von dieser Arbeit kann man sich weitere Studien vorstellen, die untersuchen, wie Faktoren wie Geschlecht, Frühgeburtlichkeit und pränatale Belastungen mit dem Zeitpunkt und den Wachstumsmustern der Entwicklung kindlicher Hirnnetzwerke zusammenwirken.“
Die Studie wurde in PLOS Biology veröffentlicht.
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