Entwicklung des Gehirns bei Kindern: Entwicklungsschritte und Einflussfaktoren

Die Entwicklung des menschlichen Gehirns ist ein faszinierender und komplexer Prozess, der bereits während der Schwangerschaft beginnt und sich bis in die späte Adoleszenz fortsetzt. Gerade in den ersten Lebensjahren vollzieht sich ein rasantes Wachstum und eine Vernetzung der Nervenzellen, die die Grundlage für die Entwicklung von motorischen, sprachlichen, kognitiven und sozial-emotionalen Fähigkeiten bilden. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Phasen der Gehirnentwicklung bei Kindern, die damit verbundenen Entwicklungsschritte und die vielfältigen Faktoren, die diesen Prozess beeinflussen können.

Die Grundlagen: Struktur und Funktion des Gehirns

Das Gehirn ist das komplexeste Organ des menschlichen Körpers und besteht aus etwa 100 Milliarden Nervenzellen (Neuronen), die über 100 Billionen Synapsen (Kontaktstellen) miteinander kommunizieren. Es lässt sich grob in folgende Bereiche unterteilen:

• Großhirn: Nimmt den größten Platz ein und besteht aus zwei Hälften (Hemisphären), die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Die linke Hirnhälfte ist vor allem für Sprache, Denkprozesse, Mathematik und Logik zuständig, während die rechte Hemisphäre visuell-räumliche Wahrnehmung, Gefühle, Kreativität, Fantasie, Kunst und Musik verarbeitet.
• Kleinhirn: Steuert unbewusst die Muskulatur, Motorik und Körperhaltung (Gleichgewicht) und koordiniert Bewegungen.
• Zwischenhirn: Umfasst den Thalamus (filtert und leitet Informationen an das Großhirn weiter) und den Hypothalamus (steuert lebenswichtige vegetative Funktionen wie Körpertemperatur, Blutdruck, Nahrungs- und Wasseraufnahme, Schlaf und Geschlechtstrieb).
• Hirnstamm: Kontrolliert Atmung, Blutkreislauf, Aufmerksamkeit und Schlaf und steuert automatisch ablaufende Vorgänge wie Herzschlag und Reflexe.

Die Kommunikation zwischen den Neuronen erfolgt durch den Austausch von Neurotransmittern (chemische Botenstoffe) an den Synapsen. Das Gehirn benötigt für seine Aktivität viel Energie, bei Kleinkindern sogar bis zu 50% des täglichen Kalorienbedarfs.

Pränatale Entwicklung: Der Grundstein wird gelegt

Die Entwicklung von Gehirn und Nervensystem beginnt bereits in der 3. Schwangerschaftswoche. Bis zum Ende der 8. Woche sind Gehirn und Rückenmark fast vollständig angelegt. In den folgenden Wochen und Monaten wird im Gehirn eine Unmenge von Nervenzellen durch Zellteilung gebildet. Von diesen wird ein Teil vor der Geburt wieder abgebaut. Während der gesamten Schwangerschaft sind die neuronalen Strukturen äußerst empfindlich und damit anfällig gegenüber äußeren Einflüssen.

• 3. Schwangerschaftswoche: Entwicklung der Neuralplatte aus ektodermalen Zellen, die sich zum Neuralrohr auffaltet.
• 4. bis 6. Lebenswoche: Entstehung von Verdickungen, die drei Hirnbläschen, aus denen sich die Gehirnabschnitte entwickeln.
• 10. Lebenswoche: Neue Neuronen werden produziert und wandern zu ihrem Bestimmungsort.
• 15. Lebenswoche: Ausbildung von Klein- und Mittelhirn sowie des Balkens. Die beiden Großhirnhälften wachsen rasant und bilden die ersten Furchen aus.

Schon im Mutterleib nimmt das Gehirn Informationen auf und verarbeitet diese. So reagiert der Fötus ab der 19. Woche auf Schmerz, kann ab der 26. Woche hören, ab der 29. Woche schmecken und ab der 32. Woche sehen. Um diese Zeit herum bildet sich eine Art Kurzzeitgedächtnis aus.

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Postnatale Entwicklung: Wachstum, Vernetzung und Spezialisierung

Bei der Geburt enthält das Gehirn eines Säuglings rund 100 Milliarden Neuronen, die gleiche Anzahl wie beim Erwachsenen. Die Nervenzellen des Neugeborenen sind aber noch nicht voll ausgebildet und wenig vernetzt. Ein Neuron hat durchschnittlich nur 2.500 Synapsen; bei Kleinkindern sind es hingegen bis zu 15.000 Synapsen. Auch bewegen sich Nervenimpulse viel langsamer.

In den ersten drei Lebensjahren nimmt die Zahl der Synapsen rasant zu. Mit zwei Jahren entspricht die Menge der Synapsen derjenigen von Erwachsenen; mit drei Jahren hat ein Kind mit 200 Billionen Synapsen bereits doppelt so viele. Das Gehirn eines Dreijährigen ist mehr als doppelt so aktiv wie das eines Erwachsenen und hat somit auch einen fast doppelt so hohen Glukoseverbrauch.

Die Ausbildung von doppelt so vielen Synapsen wie letztlich benötigt ist ein Zeichen für die große Plastizität des Gehirns - und die enorme Lern- und Anpassungsfähigkeit des Säuglings bzw. Kleinkinds. Das Neugeborene fängt geistig praktisch bei Null an: Abgesehen von ein paar angeborenen Verhaltensweisen ist es weitgehend auf Wahrnehmung und Reaktion beschränkt. Die Regionen des Gehirns, die später für komplexe Funktionen wie Sprechen oder Denken zuständig sind, liegen weitgehend brach.

Entwicklungsschritte im Überblick

Innerhalb der ersten 4 Lebensjahre entwickeln Kinder bemerkenswerte Fähigkeiten in fast allen Bereichen des Denkens, von Sprache, über Handlung, hin zu sozialen Fähigkeiten. Besonders bedeutend sind diese Entwicklungsschritte im sozialen Bereich. Von den ersten Lebensmonaten an spielen andere Menschen eine große Rolle, sie lenken die Aufmerksamkeit der Säuglinge und helfen ihnen dabei von und über die Welt zu lernen. Schon nach wenigen Monaten können Säuglinge sehr gut vorhersehen, wie die Menschen in ihrem Umfeld sich verhalten werden. Außerdem lernen Kleinkinder in den ersten Lebensjahren auch sich selbst besser kennen, beginnen ihren Körper besser lenken zu können und lernen ihre eigene Perspektive auf die Welt von der Perspektive der anderen zu unterscheiden.

• Motorische Entwicklung: Die motorische Entwicklung beginnt mit Reflexen. Nach 6 Monaten lernen Babys, Oberkörper und Gliedmaßen zu kontrollieren. Mit etwa 12 Monaten machen sie die ersten Schritte und können gezielt greifen.
• Sprachliche Entwicklung: Kinder nehmen schon im Bauch Stimmen wahr. Im ersten Lebensjahr entwickeln sie ein Gespür für die Sprachmelodie. Mit etwa 12 Monaten sprechen sie erste Wörter, mit zwei Jahren lernen sie bis zu fünf neue Begriffe am Tag.
• Kognitive Entwicklung: Bis zum ersten Lebensjahr sind Dinge und Objekte eine untrennbare Einheit. Ab dem zweiten Lebensjahr entwickeln Kinder differenziertere Vorstellungen von Dingen und Vorgängen und können sich Raum und Zeit immer besser vorstellen.
• Sozial-emotionale Entwicklung: Kinder lernen den Umgang mit anderen Menschen und den Umgang mit ihren eigenen Gefühlen und den Gefühlen anderer Menschen.

"Use it or lose it": Die Bedeutung von Erfahrung und Lernen

Bis zum Jugendalter wird rund die Hälfte der Synapsen wieder abgebaut. Diejenigen Synapsen, die häufig gebraucht werden, bleiben erhalten; die anderen werden eliminiert. So bestimmt letztlich die Umwelt - das in ihr Erfahrene, Gelernte, Erlebte, Aufgenommene - zu einem großen Teil die Struktur des Gehirns.

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Diese "Use it or lose it"-Strategie verdeutlicht die Bedeutung von Erfahrung und Lernen für die Gehirnentwicklung. Durch wiederholte Erfahrungen werden bestimmte Nervenbahnen verstärkt und stabilisiert, während ungenutzte Verbindungen abgebaut werden. Dies ermöglicht eine effiziente und spezialisierte Funktionsweise des Gehirns.

Kritische Phasen und Entwicklungsfenster

Die Überproduktion und Selektion von Synapsen erfolgen in verschiedenen Regionen des Gehirns mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und Intensität; sie erreichen ihren Höhepunkt zu jeweils anderen Zeiten. In diesem Zusammenhang wird oft von "Entwicklungsfenstern" oder "kritischen Phasen" gesprochen, in denen das Gehirn für bestimmte Lernerfahrungen besonders empfänglich sei, da dann die relevanten Synapsen ausgewählt und miteinander verknüpft, also die entsprechenden Regionen des Gehirns strukturiert würden. Werden diese Perioden verpasst, könnte ein Kind im jeweiligen Bereich kaum noch dieselbe Leistungsfähigkeit erreichen wie andere.

Beispielsweise dauert die "sensible Phase" für den Spracherwerb bis zum 6. oder 7. Lebensjahr. Das Baby kann schon alle Laute jeder Sprache dieser Welt unterscheiden, das Kleinkind alle Phoneme korrekt nachsprechen. Innerhalb weniger Lebensjahre werden aber die Synapsen eliminiert, die diese Leistung ermöglichen, aber nicht benötigt werden, da sich das Kind in der Regel ja nur eine Sprache mit einer sehr begrenzten Zahl von Phonemen aneignet. Deshalb kann ab dem Schulalter, insbesondere ab der Pubertät, eine neue Sprache nicht mehr perfekt erlernt werden.

Einflussfaktoren auf die Gehirnentwicklung

Die Gehirnentwicklung wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, die sowohl genetischer als auch umweltbedingter Natur sind.

Genetische Faktoren

Rund 60% aller menschlichen Gene wirken auf die Gehirnentwicklung ein. Angeborene genetische Störungen können die Entwicklung des Gehirns beeinträchtigen. Dazu gehören numerische Abweichungen der Zahl der Chromosomen, wie z. B. bei der Trisomie 21, aber auch homozygot oder heterozygot vererbte Gendefekte.

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Umweltfaktoren

Die Umgebung wirkt schon vor der Geburt auf die Gehirnentwicklung ein, insbesondere über den Körper der Mutter: Negative Einflussfaktoren sind beispielsweise Fehlernährung, Rauchen, Alkohol- oder Drogenmissbrauch, Stress oder der Umgang mit giftigen Substanzen am Arbeitsplatz während der Schwangerschaft. Nach der Geburt wird die Gehirnentwicklung z.B. gehemmt durch längere Krankenhausaufenthalte oder Heimunterbringung, da dann Säuglinge bzw. Kleinkinder zu wenig Stimulierung erfahren. Dasselbe gilt für den Fall, dass die Mutter depressiv ist oder die Eltern ihr Kind vernachlässigen. Einen negativen Effekt können ferner frühkindliche Traumata oder Misshandlungen haben.

Eine positive Wirkung wird hingegen beispielsweise dem Stillen zugesprochen, da hier das Gehirn besonders gut mit Vitaminen, Mineralien und Spurenelementen versorgt wird. Auch eine anregende und unterstützende Umgebung, die dem Kind vielfältige Lernerfahrungen ermöglicht, fördert die gesunde Entwicklung des Gehirns.

Forschungsmethoden zur Untersuchung der Gehirnentwicklung

Durch Blickverhalten und neurowissenschaftliche Methoden, ist es häufig möglich, Entwicklungsschritte zu beobachten, bevor Kinder sprachlich oder durch ihre Handlungen ausdrücken können, was sie bereits wissen oder verstehen. Die Kombination der verschiedenen Methoden erlaubt es uns diese Entwicklungsschritte mit der Gehirnentwicklung im frühen Kindesalter in Zusammenhang zu bringen. Für alle Methoden verwenden wir gutbewährte kindgerechte Abläufe und führen Kinder und Säuglinge spielerisch an die Messung heran, so dass sie in der Regel viel Spaß an unseren Studien haben und gerne wiederkommen.

• Elektroenzephalographie (EEG): Misst die elektrische Aktivität des Gehirns über Elektroden, die auf der Kopfhaut angebracht werden.
• Funktionelle Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS): Misst die Veränderungen des Sauerstoffgehalts im Blut im Gehirn.
• Magnetresonanztomographie (MRT): Erzeugt detaillierte Bilder des Gehirns.
• Eye-Tracking: Verfolgt die Blickbewegungen von Kindern, um Rückschlüsse auf ihre Aufmerksamkeit und kognitiven Prozesse zu ziehen.

Die Bedeutung der frühen Kindheit für die spätere Entwicklung

Die frühe Kindheit ist eine entscheidende Phase für die Gehirnentwicklung. Die Erfahrungen, die Kinder in dieser Zeit machen, prägen ihre kognitiven, sozialen und emotionalen Fähigkeiten und haben langfristige Auswirkungen auf ihre spätere Entwicklung. Eine anregende und unterstützende Umgebung, die dem Kind vielfältige Lernerfahrungen ermöglicht, ist daher von großer Bedeutung.

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