Die Entwicklung des menschlichen Gehirns ist ein komplexer und faszinierender Prozess, der bereits im Mutterleib beginnt. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Phasen der Gehirnentwicklung während der Schwangerschaft und gibt Einblicke in die Faktoren, die diesen Prozess beeinflussen können.
Frühe Phasen der Gehirnentwicklung (3. bis 8. Schwangerschaftswoche)
Die Entwicklung des Gehirns und des Nervensystems beginnt bereits sehr früh, nämlich in der 3. Schwangerschaftswoche. In dieser frühen Phase bilden sich die ersten Strukturen des Nervensystems beim Embryo. Bis zum Ende der 8. Woche sind Gehirn und Rückenmark fast vollständig angelegt.
Bereits in der 5. Schwangerschaftswoche beginnen sich die ersten Nervenzellen zu teilen und sich in Neuronen und Gliazellen zu differenzieren. Ebenfalls um die 5. Woche faltet sich die Neuralplatte in sich selbst und bildet das sogenannte Neuralrohr, welches sich bis etwa zur 6. SSW schließt und zum Gehirn und Rückenmark wird.
In dieser Zeit werden bereits wichtige Weichen für die spätere Funktion des Gehirns gestellt.
Zellteilung und Wachstum (9. bis 27. Schwangerschaftswoche)
In den folgenden Wochen und Monaten findet im Gehirn eine enorme Zellteilung statt, bei der eine Unmenge von Nervenzellen gebildet wird. Von diesen wird ein Teil vor der Geburt wieder abgebaut. Um die 10. Woche besitzt das Gehirn bereits eine kleine, glatte Struktur, die dem gleicht, was allgemein als Gehirn bekannt ist. Die Falten, die die verschiedenen Gehirnregionen bilden, entwickeln sich erst später in der Schwangerschaft.
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Ab der 8. Woche beginnt die elektrische Aktivität im Gehirn. Sie ermöglicht dem Baby, seine ersten (spontanen) Bewegungen zu koordinieren, die im Ultraschall bereits sichtbar sind. Bis zum Ende des ersten Trimesters folgen weitere unwillkürliche Bewegungen wie Dehnen, Gähnen und Saugen.
Etwa ab der 12. SSW entwickelt sich das Gehirn und das Nervensystem des Fötus rasant. Das Baby nimmt bereits Licht und Druck wahr und kann immer besser hören sowie Stimmen unterscheiden. Es entwickelt eigene Schlaf- und Wachphasen, die unabhängig vom Tag- und Nachtrhythmus der Mutter sind. Häufig hat es Schluckauf, was die Mutter ebenfalls deutlich spürt.
Ab der 10. SSW bilden sich die Nerven des Embryos aus. Das ist die Grundvoraussetzung für den Transport von Informationen zwischen dem Gehirn und dem restlichen Organismus. Außerdem nutzt der Embryo seine Nervenzellen jetzt, um sich ungezielt im Mutterleib zu bewegen. Diese Bewegungen werden von der Mutter allerdings in der Regel noch nicht wahrgenommen.
Sensorische Entwicklung und Reaktionen (28. bis 40. Schwangerschaftswoche)
Etwa ab der 24. bis 28. Schwangerschaftswoche ist das Gehör einsatzbereit. Das, was dann akustisch bis zum Fötus durchdringt, ist allerdings schon aus rein physikalischen Gründen begrenzt. Die Bauchwand der Mutter und das Fruchtwasser lassen praktisch nur Schwingungen durch, die unter einer Frequenz von 600 Hertz liegen (1 Hertz = eine Schwingung pro Sekunde). Alle höheren Töne werden stark abgeschwächt. Der offene Frequenzbereich reicht aber zumindest für die Grundtöne der menschlichen Stimme: rund 125 Hertz sind das bei erwachsenen Männern, 250 Hertz bei den Frauen. Was vom Baby im Bauch vor allem wahrgenommen wird, sind Rhythmus und Melodie einer Sprache.
Ab der 30. Schwangerschaftswoche reagieren Föten außerdem unterschiedlich auf Reize, die ihnen oft vorgespielt werden,und auf solche, die sie selten wahrnehmen (Mismatch-Negativity). Diese Fähigkeit zur Unterscheidung ist wichtig für die Sprachentwicklung. Aber nicht nur Töne stimulieren das fötale Gehirn, sondern zum Beispiel auch Licht, das durch die Bauchdecke der Mutter hindurchleuchtet.
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Bereits während der vierten Schwangerschaftswoche beginnen Zellen, aus dem sich entwickelnden Gehirngewebe zwei Sehnerven zu formen. Auf jeder Seite des Kopfes einen. Diese verdickten Bündel aus Millionen einzelner Nervenfasern übermitteln Informationen von den Augen zum Gehirn und umgekehrt. Etwa zur gleichen Zeit formen sich andere Zellen zu Augenlinsen, die notwendig sind, um Objekte in der Nähe und in der Ferne zu fokussieren. Bis zur 16. Woche hat sich die Augenentwicklung des Fötus so weit fortentwickelt, dass er beginnt, auf Licht zu reagieren. Obwohl zu diesem Zeitpunkt die Augenlider noch nicht geöffnet sind, kann das Ungeborene seine Augen in Richtung des Lichts bewegen. Schon ab Woche 22 kann dieser Reflex mit dem Strahl einer Taschenlampe, der auf den Bauch der Mutter gerichtet wird, getestet werden. In vielen Fällen wird sie einen Tritt oder eine kleine Erschütterung in ihrem Bauch spüren. Etwa ab Anfang des dritten Trimesters ist das Baby in der Lage, seine Augen offen zu halten, Licht wahrzunehmen und sogar zu blinzeln, wenn es wach ist.
Messbare Gehirnaktivitäten
Messbar sind Gehirnaktivitäten erst zwischen der 20. bis 24. Schwangerschaftswoche, wenn sich die Grundstruktur des Gehirns mit dem Thalamus und seinen Verbindungen zum Großhirn bereits relativ weit entwickelt hat. Gehirnaktivitäten, die hauptsächlich in der Großhirnrinde entstehen, können mit der Methode des fetalen Magnetenzephalogramm (fMEG) nicht-invasiv erfasst werden.
Mit der fMEG-Methode lassen sich auch höhere kognitive Leistungen wie das Wiedererkennen der mütterlichen Stimme untersuchen. Und dank dieser Methode gibt es sogar erste Hinweise darauf, dass bereits Föten ein Langzeitgedächtnis besitzen. Neben der Methode des fötalen Magnetenzephalogramm gibt es eine weitere Möglichkeit, Hirnaktivitäten von Föten zu messen: die funktionale Magnetresonanztomographie (fMRT).
Bedeutung der frühen Gehirnentwicklung
Die Gehirnentwicklung von Babys ist bedeutsam. Denn ein Gehirn verarbeitet Informationen von außen, steuert lebenswichtige Funktionen und ist auch der Ort, an dem die Persönlichkeit eines Menschen verortet ist. Damit alles funktioniert, müssen die Regionen des Gehirns gebildet und vernetzt werden. Für die Entwicklung sind unter anderem die ersten 1.000 Tage, also die Zeit nach der Befruchtung bis zum zweiten Geburtstag wichtig, da hier auch die Grundlage für die weitere Gehirnentwicklung festgelegt wird. Von einem “fertigen” Gehirn spricht man erst nach 20 Jahren.
Externe Einflüsse auf die Gehirnentwicklung
Während der gesamten Schwangerschaft sind die neuronalen Strukturen äußerst empfindlich und damit anfällig gegenüber äußeren Einflüssen. Alkoholkonsum, Rauchen, Strahlung, Jodmangel und bestimmte Erkrankungen der Mutter, wie beispielsweise Infektionskrankheiten können zu einer Schädigung des sich entwickelnden Nervensystems führen. Auch Medikamente sollten nur nach Absprache mit dem Arzt eingenommen werden, um eventuelle negative Auswirkungen auf den Embryo zu verhindern.
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Eine ausgewogene und abwechslungsreiche Ernährung während der Schwangerschaft ist wichtig für eine gute Augenentwicklung des Kindes. Dabei sind bestimmte Nährstoffe, insbesondere Vitamin A, das sich zum Beispiel in Fisch, Fleisch, Milchprodukten, Grünkohl, Spinat, Karotten und Süßkartoffeln findet, unerlässlich. Auch Sonnenlicht kann die Augenentwicklung eines ungeborenen Babys fördern, wie einige Forschungen herausgefunden haben.
Aufgrund dieser schnellen Entwicklung ist die Frühschwangerschaft ein sehr sensibler Zeitraum. Das Risiko für eine Fehlgeburt ist während der ersten Wochen am höchsten. Eine ausgewogene Ernährung mit viel Obst, Gemüse und Ballaststoffen ist jetzt wichtiger denn je. Auch die regelmäßige Aufnahme von Eisen sollte gewährleistet sein, denn Ihr Körper muss vermehrt Blut bilden. Zu den Lebensmitteln, auf die Sie jetzt verzichten müssen, gehören rohes Fleisch, Rohmilchprodukte, rohe Eier und roher Fisch. Denn diese können Bakterien wie Listerien oder Salmonellen enthalten und die Gesundheit des Kindes gefährden. Trinken Sie täglich mindestens zwei Liter Wasser oder ungesüßten Tee.
Die Entwicklung nach der Geburt
Schon im Mutterleib nimmt das Gehirn des Ungeborenen Informationen auf. So geht man davon aus, dass durch das Wahrnehmen der Sprache der Eltern das Erlernen der Muttersprache schon vor der Geburt geprägt wird.
Mit der Geburt ist die Entwicklung von Gehirn und Nervensystem noch lange nicht abgeschlossen. Zwar sind zu diesem Zeitpunkt bereits die große Mehrheit der Neuronen, etwa 100 Milliarden, im Gehirn vorhanden, sein Gewicht beträgt dennoch nur etwa ein Viertel von dem eines Erwachsenen. Die Gewichts- und Größenzunahme des Gehirns im Laufe der Zeit beruht auf der enormen Zunahme der Verbindungen zwischen den Nervenzellen und darauf, dass die Dicke eines Teils der Nervenfasern zunimmt. Das Dickenwachstum ist auf eine Ummantelung der Fasern zurückzuführen. Dadurch erhalten sie die Fähigkeit, Nervensignale mit hoher Geschwindigkeit fortzuleiten.
Beim Säugling stehen zunächst Reflexe im Vordergrund. Dabei werden körpereigene Signale und Umweltreize bereits auf der Ebene des Rückenmarks und des Nachhirns in Äußerungen und Reaktionen umgesetzt. In dieser Phase dient der ganze Körper des Säuglings dazu, grundlegende Bedürfnisse und Empfindungen wie Hunger, Angst und Unwohlsein zum Ausdruck zu bringen. Nach 6 Monaten hat sich das Gehirn soweit entwickelt, dass Babys lernen Oberkörper und Gliedmaßen zu kontrollieren.
Im Alter von 2 Jahren haben die meisten Nervenfasern von Rückenmark, Nachhirn und Kleinhirn ihre endgültige Dicke erreicht und damit ihre Ummantelung abgeschlossen. Sie können nun Nervensignale mit hoher Geschwindigkeit hin und her schicken. Im Gehirn nimmt die Anzahl der Verbindungen zwischen den Nervenzellen, die Synapsen, in den ersten 3 Lebensjahren rasant zu. In dieser Zeit entsteht das hochkomplexe neuronale Netz, in dem jede Nervenzelle mit Tausenden anderer Neurone verbunden ist. Mit 2 Jahren haben Kleinkinder so viele Synapsen wie Erwachsene und mit 3 Jahren sogar doppelt so viele. Diese Zahl bleibt dann etwa bis zum zehnten Lebensjahr konstant. In den darauffolgenden Jahren verringert sich die Zahl der Synapsen wieder um die Hälfte. Ab dem Jugendalter treten bei der Zahl der Synapsen keine größeren Veränderungen mehr auf. Die große Zahl der Synapsen bei 2 bis 10-Jährigen ist ein Zeichen für die enorme Anpassungs- und Lernfähigkeit der Kinder in diesem Alter. Art und Anzahl der sich formenden und bestehen bleibenden Synapsen hängen mit speziellen erlernten Fertigkeiten zusammen.
Bereits Babys besitzen die Fähigkeit sich zu erinnern. Allerdings bleiben Erlebnisse bei 6 Monate alten Säuglingen lediglich 24 Stunden im Gedächtnis. Sind sie 9 Monate alt, steigt das Erinnerungsvermögen auf 1 Monat an. In den nächsten Monaten und Jahren nehmen diese Erinnerungszeiträume weiter zu. Die Entwicklung eines Langzeitgedächtnisses, das uns erlaubt, Erlebnisse und Erfahrungen, die Jahre zurückliegen, zu erinnern, dauert aber noch einige Zeit. Deshalb gibt es an die ersten drei bis vier Lebensjahre keine Erinnerung und meist nur wenige an das 5. und 6. Lebensjahr.
Mit etwa 6 Jahren setzen weitere wichtige Prozesse ein. Im vorderen Bereich der Großhirnrinde entwickelt sich zunehmend die Fähigkeit zu logischem Denken, Rechnen und „vernünftigem“ bzw. sozialem Verhalten, das sich an Erfahrungen orientiert. Auch die sprachlichen Fähigkeiten und das räumliche Vorstellungsvermögen, für die der hintere Bereich der Großhirnrinde zuständig ist, werden besser. Ab dem 10. Lebensjahr wird das Gehirn dann optimiert. Nur die Nervenverbindungen bleiben erhalten, die häufig gebraucht werden, die übrigen verschwinden.
Im weiteren Verlauf des Lebens kann die komplexe Struktur des fertig entwickelten Gehirns in gewissen Grenzen umgebaut und umfunktioniert werden. Sterben Nervenzellen durch Alterungsprozesse, Erkrankungen oder andere Einflüsse ab oder sind sie in ihrer Funktion gestört, können häufig andere Bereiche des Gehirns ihre Aufgabe zumindest teilweise übernehmen.
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