Die Gehirnentwicklung im Uterus ist ein komplexer und faszinierender Prozess, der die Grundlage für die kognitiven Fähigkeiten eines Menschen legt. Von den ersten Zellteilungen bis hin zur Ausbildung komplexer neuronaler Netzwerke durchläuft das Gehirn eine rasante Entwicklung, die von genetischen Faktoren und Umwelteinflüssen geprägt ist.
Frühe Phasen der Gehirnentwicklung
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. 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.
Die ersten Synapsen im Rückenmark des Babys bilden sich während der 7. Schwangerschaftswoche. 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.
Die Rolle der Hormone
Die Schwangerschaft ist eine Zeit schneller und drastischer Veränderungen, die nahezu jeden Teil des Körpers erfassen. Angetrieben wird der Umbau von einem wahren Hormonrausch: Östradiol und Progesteron erreichen das Zehn- bis Tausendfache ihrer üblichen Konzentration. Blutmenge, Stoffwechselrate und Sauerstoffverbrauch steigen. Es erscheint logisch, dass auch unser Gehirn in Erwartung neuer Aufgaben umgebaut wird, zumal Sexualhormone machtvolle Architekten unserer neuronalen Netzwerke sind.
Ganz ähnliche Veränderungen, sowohl im Hormonhaushalt als auch im Gehirn, sind Forschenden bereits aus einer anderen Zeit der Umbrüche bekannt: aus der Pubertät. "Der beträchtliche Anstieg der Steroidhormon-Produktion scheint das Gehirn umzugestalten und eine Reihe von Verhaltensweisen zu fördern, die für die folgende Lebensphase von Vorteil sind", schreiben die Forschenden in der Fachzeitschrift "Nature Neuroscience".
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Die Entwicklung der Sinne
Schon fünfeinhalb Wochen nach der Zeugung können Embryonen eine Berührung der Lippen oder Nase spüren. Die verantwortlichen Sinneszellen der Haut vernetzen sich dabei zuerst mit motorischen Zellen des Rückenmarks - so kommen die frühen Ausweichreflexe zustande. Im Wesentlichen wird sie durch Berührungsreize ausgemessen, und zwar aktiv: „Während das Baby um sich tritt, Arme und Beine anzieht und streckt, sein Gesicht und seine Beine berührt und an die Uteruswände stößt, verschafft es sich selbst eine Fülle somatosensorischer Reize“, erklärt Eliot. Im Kopf entsteht elektrische Aktivität, mit deren Hilfe die berührungsempfindlichen Neuronen ihren Platz im Hirnstamm, im Thalamus und schließlich im Kortex finden.
Riechen und Schmecken sind weitere wichtige Sinne, die im Uterus bereits entwickelt werden. Das Ungeborene trinkt auch Fruchtwasser, gegen Ende der Schwangerschaft bis zu 400 Milliliter am Tag. Über die Nase kann das Ungeborene von der 28. Woche an Gerüche wahrnehmen, sobald sich ein Gewebepfropf löst, der vorher die Nasenlöcher verstopft hat.
Früh beginnt auch das Gehör zu reifen, was Wissenschaftler daran erkennen, dass schon in der 24. Schwangerschaftswoche die ersten Fasern der Hörbahn mit Myelin ummantelt werden. Das Hör-Erleben der Ungeborenen hat viele Forscher fasziniert. Sie haben Messungen des Schalldrucks im Uterus vorgenommen - mit dem Ergebnis: Es ist ziemlich laut da drinnen. Nicht nur die Stimme der Mutter, auch ihr Herzschlag und das strömende Blut in ihren Adern, ihre Atmung und das Gluckern in ihrem Gedärm machen einen Heidenlärm.
Lernen im Mutterleib
Als man Babys nach der Geburt untersuchte, stellte sich heraus, dass sie sich tatsächlich manches eingeprägt hatten von dem, was vor der Geburt an ihr Ohr gedrungen war: So erkannten sie die Stimme ihrer Mutter wieder. Wissenschaftler machen das daran fest, dass die Kinder ein Tonband mit der mütterlichen Stimme lieber hörten als ein Tonband mit einer fremden Stimme. Andere Säuglinge hörten auf zu weinen, wenn im Fernsehen die Erkennungsmelodie einer Seifenoper ertönte, die ihre Mutter sich in der Schwangerschaft regelmäßig angesehen hatte.
Die Frage, ob das Lernen schon im Mutterleib anfängt, scheint damit beantwortet zu sein. „Die Hirnforschung hat eindeutig gezeigt, dass Kinder bereits lange vor der Geburt in der Lage sind zu lernen“, sagt Gerald Hüther. „Sie sammeln bereits Erfahrungen über die Beschaffenheit ihrer Lebenswelt und verankern diese in ihrem Gehirn.
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Veränderungen im Gehirn der Mutter
Zum ersten Mal haben Forschende engmaschig verfolgt, wie sich das Gehirn einer Frau während und nach der Schwangerschaft umstrukturiert. 26 MRT-Scans über fast drei Jahre zeigten: Das Volumen schrumpft, die Hirnrinde wird dünner. Eine große Studie aus dem Jahr 2023 fand heraus, dass die Spuren der Schwangerschaft im Gehirn noch zwei Jahre nach der Entbindung deutlich zu erkennen waren. Besonders vom Schwangerschaftsschwund betroffen zu sein schien ein Netzwerk, das für Selbstreflexion, soziale Kognition und Empathie zuständig ist.
Wichtig zu wissen ist: Ein schrumpfendes Gehirn oder eine dünnere Großhirnrinde bedeuten mitnichten, dass die geistigen Fähigkeiten nachlassen. Weniger Graue Substanz macht nicht dümmer. Im Gegenteil: Die gezielte Ausdünnung kann die Effizienz unseres Gehirns steigern und den Fokus auf Funktionen legen, die für den kommenden Lebensabschnitt besonders wichtig sind. Etwa die Signale des Babys stets im Blick zu haben, richtig zu deuten und umgehend darauf zu reagieren.
Pränataler Stress und Hirnentwicklung
Wie sich pränataler Stress auf die Hirnentwicklung von Föten auswirkt, erforscht die Psychologin Prof. Claudia Buß an der Berliner Charité. Bei extremen Belastungen kann es zu einer Vergrößerung der Amygdala kommen, also des Angstzentrums im Gehirn. Ein Risikofaktor für spätere Angsterkrankungen und Depressionen. Die gute Nachricht: Das menschliche Gehirn ist so plastisch, dass solche Veränderungen reversibel sind, wenn die Neugeborenen viel Zuwendung bekommen.
Frühgeburt und Hirnreifung
Um die Hirnreifung von Frühchen zu fördern, hat sich die Genfer Neurowissenschaftlerin Prof. Petra Hüppi ein besonderes Experiment ausgedacht. In Zusammenarbeit mit dem Komponisten Andreas Vollenweider hat sie einen Soundtrack für Frühchen entwickelt. Nicht nur die berührendenden Gesichtszüge der Babys, sondern auch EEG-Messungen zeigen die positive Wirkung auf das Aufmerksamkeitsnetzwerk des Gehirns.
Genetische Faktoren und Umwelteinflüsse
Die Entwicklung des Gehirns im Uterus ist ein komplexes Zusammenspiel von genetischen Faktoren und Umwelteinflüssen. Während die Gene den grundlegenden Bauplan für das Gehirn liefern, beeinflussen Umweltfaktoren wie die Ernährung der Mutter, Stress und die Exposition gegenüber Schadstoffen die Entwicklung des Gehirns.
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Bedeutung der Ernährung
Eine ausgewogene Ernährung der Mutter während der Schwangerschaft ist entscheidend für die gesunde Entwicklung des Gehirns des Kindes. Insbesondere Folat spielt eine wichtige Rolle bei der Verhinderung von Neuralrohrdefekten.
Das Dilemma zwischen aufrechtem Gang und größerem Gehirn
Um den engen Geburtskanals zu passieren, muss der menschliche Fetus komplexe Drehbewegungen und Biegungen durchführen. Verbunden ist dies mit einem hohen Risiko für Geburtskomplikationen bis hin zu einem Geburtsstillstand und dem Tod von Mutter und Kind. Die gängige Erklärung für diese Geburtsschwierigkeiten ist, sie seien die Folge eines Konflikts zwischen den Anpassungen an einen effizienten aufrechten Gang sowie an unser grosses Gehirn.
Der aufrechte Gang entstand vor etwa sieben Millionen Jahren und führte zu einer tiefgreifenden Umgestaltung des Beckens mit einem verkürzten Abstand zwischen Hüftgelenk und Kreuzbein. Die enorme Zunahme der Hirngrösse erfolgte jedoch erst ab zwei Millionen Jahren, als die frühesten Vertreter der Gattung Homo auftauchten. Das Dilemma, das durch die beiden gegensätzlichen Selektionsdrücke entstand, löste die Evolution durch die Geburt von neurologisch unterentwickelten, hilflosen Neugeborenen mit einer relativ kleinen Gehirngrösse. Wir Menschen werden deshalb auch als sekundäre «Nesthocker» bezeichnet.