Im Laufe unseres Lebens durchläuft unser Gehirn bemerkenswerte Veränderungen. Es entwickelt sich nicht gleichförmig, sondern in klar unterscheidbaren Phasen, die durch bedeutende Umbrüche in der Netzwerkstruktur und Effizienz gekennzeichnet sind. Diese Erkenntnisse, gewonnen aus der Forschung mit Diffusions-Magnetresonanztomografie und KI-gestützten Analysen, offenbaren, wie sich unser Gehirn von der Geburt bis ins hohe Alter wandelt und welche Auswirkungen diese Veränderungen auf unsere geistigen Fähigkeiten und Anfälligkeiten haben.
Fünf Phasen der Hirnentwicklung
Forschende haben entdeckt, dass unsere Hirnentwicklung im Lebensverlauf fünf klar abgegrenzte Phasen durchläuft. Diese Phasen sind durch vier große Umbrüche in der Entwicklung der Hirnvernetzung getrennt:
- Geburt bis neun Jahre: In dieser ersten Phase ist das Gehirn hauptsächlich damit beschäftigt, sein Netzwerk „aufzuräumen“. Kurz nach der Geburt bildet das Babygehirn eine Flut neuer Synapsen aus, um die vielen neuen Eindrücke zu verarbeiten. Die ersten Lebensjahre sind von einer Konsolidierung und dem kompetitiven Abbau von Synapsen geprägt.
- Neun bis 32 Jahre: Mit neun Jahren beginnen die Anfänge der Pubertät. In dieser Phase verändert sich der Hormonhaushalt und bewirkt deutliche neurologische Veränderungen. Die Jugendzeit ist die einzige Phase des Lebens, in der diese Effizienz der Vernetzung zunimmt. Seinen Höhepunkt in puncto Ausbaustufe und Leistung erreicht unser Gehirn mit 32 Jahren.
- 32 bis 66 Jahre: Mit 32 Jahren beginnen die größten Veränderungen in Bezug auf das Ausmaß und die Richtung, die die Hirnentwicklung nun einschlägt. Diese Periode der Netzwerk-Stabilität bringt ein Hochplateau der Intelligenz und Persönlichkeit mit sich. In dieser mehr als 30 Jahre dauernden Phase des Erwachsenenlebens durchläuft das Gehirn nur wenig komplexe Umbauprozesse.
- 66 bis 83 Jahre: Diese Phase markiert den Beginn des Alters und ist durch weiteren langsamen Abbau geprägt. Die hirnübergreifende Vernetzung nimmt weiter ab, die verschiedenen Hirnregionen arbeiten immer weniger gut zusammen. Die großräumigen Organisationsmuster vereinfachen sich zunehmend, die Modularität nimmt zu.
- Ab 83 Jahre: Dieser Umbruch markiert einen deutlicheren Abbau der Hirnstruktur. Die Vernetzung zwischen den einzelnen Hirnarealen nimmt weiter ab und insgesamt ist das Hirnnetzwerk nun deutlich ausgedünnt.
Veränderungen im Gehirn während der Pubertät
Die Pubertät ist eine besonders turbulente Phase der Hirnentwicklung. Ab einem Alter von ungefähr elf Jahren geht es an die Optimierung: Das Nervensystem im Gehirn wird jetzt tiefgreifend umgebaut. Dabei richtet das Gehirn seine Arbeit effizient aus: Es kappt ungenutzte Verbindungen von Nervenzellen und stabilisiert jene Verbindungen, die häufig genutzt werden. Diese Baumaßnahmen verursachen großes Chaos im Kopf - und können dazu führen, dass man sein eigenes Kind kaum noch wiedererkennt.
Während der Reifung bilden sich die Verbindungen zwischen den Nervenzellen im Gehirn, die neuronalen Netzwerke. Das Frontalhirn, das ordnet und strukturiert, leidet am längsten unter dem Umbau. Es ist während dieser Zeit sozusagen außer Betrieb. Daher kann dieses Hirnareal in der Pubertät das Sozialverhalten nicht hinreichend kontrollieren. Die Folgen: wechselnde Launen der Teenager von „himmelhochjauchzend“ bis „zu Tode betrübt“, mangelnde Kontrolle über die eigenen Impulse und manchmal sogar cholerische Anfälle.
Während die Kontrollinstanz aussetzt, verlangt das Belohnungssystem im Gehirn permanent nach dem Glückshormon Dopamin. Das heißt: Heranwachsende haben einen riesigen Bedarf an Belohnung und Anerkennung. Am wichtigsten ist ihnen die Bestätigung durch Gleichaltrige. Auch steigt die Risikofreude - vor allem bei Jungen. Vielen Jugendlichen fällt es nicht nur schwer, ihr Verhalten zu kontrollieren und ihre Emotionen zu steuern; sie können auch ihre Arbeit oft nicht mehr so gut organisieren. Es gelingt ihnen teilweise nicht, ihre Handlungen gezielt zu planen: Sie vergessen die Hausaufgaben oder bereiten sich nicht vernünftig auf die nächste Klassenarbeit vor. Erst um das 20. Lebensjahr stabilisiert sich das Gehirn wieder.
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Eltern können diesen Prozess unterstützen, indem sie sich bewusst machen, was die Baustelle im Kopf für ihr Kind bedeutet. Das hilft, Verständnis für das manchmal schwer erträgliche Verhalten aufzubringen. Es ist wichtig, auf regelmäßigen und ausreichenden Schlaf zu achten und dem Kind die eigenen Sorgen mitzuteilen - zum Beispiel im Hinblick auf Drogen oder Mutproben.
Trauma und seine Auswirkungen auf das Gehirn
Traumatische Erlebnisse können im Gehirn eine Überforderung auslösen. Die traumatischen Erlebnisse können nicht normal verarbeitet werden, sondern werden ungeordnet in unserem Gehirn gespeichert. Die unvollständige Verarbeitung der traumatischen Erlebnisse hat oftmals verheerende Konsequenzen für die Betroffenen - es kommt zur posttraumatischen Belastungsstörung (PTBS).
Im normalen Verarbeitungsprozess leiten unser Körper und unsere Sinnesorgane Informationen (Gesehenes, Gehörtes, Geruch, Geschmack und Gefühltes) in den Thalamus. Der Thalamus dient als eine Art Filter und entscheidet darüber, welche Informationen im Moment für uns wichtig sind. Nur wichtige Informationen werden weitergeleitet, unwichtige Informationen werden herausgefiltert. Die wichtigen, weitergeleiteten Informationen werden uns dann bewusst.
Die Amygdala (auch Mandelkerne genannt) ist wesentlich an der Konditionierung von Angst beteiligt. Sie spielt eine wichtige Rolle bei der Wiedererkennung von Situationen sowie der Analyse möglicher Gefahren. Ereignisse werden in der Amygdala mit Emotionen verknüpft und gespeichert. Die Amygdala kreiert gewissermaßen Gefühle, ohne diese zu bewerten. Der Hippocampus (auch Seepferdchen genannt) ist die zentrale Schaltstelle des limbischen Systems im Gehirn. Er hat eine ordnende Wirkung. Ereignisse werden zeitlich und geografisch zugeordnet und die Reize bewertet. Die Großhirnrinde ist der Langzeitspeicher unseres Gehirns.
Bei traumatischen Erlebnissen wird unser Gehirn mit Stresshormonen überflutet. Dieses wirkt sich ungünstig auf die Nervenzellen im Gehirn aus, vor allem auf den Hippocampus. Die Zusammenarbeit zwischen der Amygdala und dem Hippocampus ist gestört. Gefühlszustände, Bilder und körperliche Reaktionen werden in der Amygdala gespeichert, das vollständige Zuordnen des Erlebten im Zusammenhang mit der äußeren Realität kann im Hippocampus jedoch nicht stattfinden. Es entsteht eine „hippocampale Amnesie“. Ist das Trauma nicht verarbeitet, überwiegt das emotionale Gedächtnis der Amygdala „hot system“ im Vergleich zum autobiografischen Gedächtnis des Hippocampus „cold system“. Es besteht ein Nebeneinander von intensiven Erinnerungen einerseits und Erinnerungslücken bzgl. der konkreten Geschehnisse andererseits. Die unvollständigen, weil noch nicht zuordenbaren Erinnerungen, entwickeln ein Eigenleben, welches sich weitestgehend dem Bewusstsein entzieht. Für die Verarbeitung des Traumas ist es notwendig, dass das traumatische Ereignis in einen Gesamtzusammenhang eingeordnet werden kann.
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Hirnschäden durch Sauerstoffmangel
Wird das Gehirn nicht ausreichend mit Sauerstoff oder Blut versorgt, sterben Hirnzellen ab. Dies kann besonders bei Babys und Kleinkindern schwerwiegende Folgen haben. Oft bleiben daher nach solchen kritischen Ereignissen, etwa nach einer Reanimation, schwere, dauerhafte Schädigungen zurück. Häufig gelingt es jedoch dem Gehirn, neue Verbindungen entstehen zu lassen und so die Funktion von geschädigten Zellen zu ersetzen.
Grundsätzlich kann man Hirnschäden durch Sauerstoffmangel nicht rückgängig machen. Trotz eines hypoxischen Hirnschadens kann sich der Zustand der Betroffenen jedoch bessern. Die eigentliche Hirnschädigung ist zunächst umgeben von einer Schwellung. Hirnareale, die nur angeschwollen sind, nehmen, wenn sie sich erholt haben, ihre Funktion wieder auf. Das Gehirn organisiert sich bereits während der Heilung neu.
Verschiedenste Ursachen können einen Sauerstoffmangel im Gehirn auslösen. Vor und während der Geburt können Komplikationen auftreten, die zu Hirnschäden durch Sauerstoffmangel führen können. Dazu gehören unter anderem eine Sauerstoff-Mangelversorgung, eine vorzeitige Plazentalösung oder eine eingeklemmte Nabelschnur.
Wie schwer der hypoxische Hirnschaden ist, hängt von mehreren Faktoren ab. Ist die Dauer des Sauerstoffmangels relativ kurz gewesen, können schon bald erste Reaktionen auftreten. Erwacht die Patientin oder der Patient, können sich unter anderem Koordinations-, Wahrnehmungs- und Gedächtnisstörungen zeigen. Die Störungen können sich nach wenigen Tagen komplett zurückbilden, in einigen Fällen jedoch bleiben sie zurück. Bei einem schweren hypoxischen Hirnschaden fallen die Betroffenen in ein Koma.
ADHS und die Rolle von Neurotransmittern
Die Entwicklung des Gehirns ist stark von verschiedenen Neurotransmittern abhängig. Bei ADHS besteht ein Dopaminmangel in manchen Gehirnregionen. ADHS ist zu rund 76 % genetisch bedingt. Unter den Genmutationen und Genpolymorphismen, die mit ADHS in Verbindung gebracht werden, ist Dopamin der am häufigsten betroffene Neurotransmitter, wobei jeweils ein geringerer Dopaminspiegel, eine geringere Dopaminwirksamkeit oder ein erhöhter Dopaminabbau bewirkt wird.
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Störungen der Bindung zwischen Säugling und Mutter können Entwicklungsstörungen der rechten Gehirnhemisphäre verursachen, die wiederum die Regulation von Neurotransmittern wie Dopamin und Noradrenalin beeinflussen. Phenylketonurie und Downsyndrom sind weitere Beispiele für genetisch bedingte Störungen, bei denen ein Dopaminmangel und Entwicklungsstörungen im Gehirn gemeinsam auftreten.
Sollte sich die Gehirnentwicklungsverzögerung bzw. -störung, die bei ADHS beschrieben wird, (auch) als Folge eines (genetisch oder durch Umwelteinflüsse verursachten) Dopaminmangels herausstellen, könnte dies die Option eröffnen, die Entstehung von ADHS durch eine dopaminerge Behandlung während des entsprechenden Zeitfensters der Gehirnentwicklung zu vermeiden oder abzumildern.
Frühe traumatische Erfahrungen und Stressreaktion
Intensiver Stress in der frühen Kindheit kann die Arbeitsweise von Genen, die an der Stressreaktion beteiligt sind, so beeinflussen, dass Stresshormone schneller und intensiver ausgeschüttet werden. Das wiesen Neurowissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Psychiatrie in München an Tieren nach. Dieser Effekt bleibt lebenslang bestehen. Ähnliche Ergebnisse scheint es unter bestimmten genetischen Bedingungen auch bei Menschen zu geben, die ein Trauma erlebt haben, etwa durch eine Naturkatastrophe, durch Missbrauch oder durch Gewalt.
Die Rolle der Amygdala bei Stress
Eine sehr wichtige Hirnregion für unsere Erleben von Stress und Angst ist die Amygdala, ein kleiner, mandelförmiger Komplex von Nervenzellen im unteren Bereich des Gehirninneren. Sie ist Teil des sogenannten Limbischen Systems. Das ist ein Verbund verschiedener Hirnstrukturen im Innern des Gehirns, der eine große Rolle bei der Verarbeitung von Emotionen spielt. Die Amygdala steuert - zusammen mit anderen Hirnregionen - unsere psychischen und körperlichen Reaktionen auf stress- und angstauslösende Situationen. Treffen bei ihr Signale ein, die höhere Aufmerksamkeit erfordern, zum Beispiel, wenn etwas neu oder gefährlich ist, dann feuern ihre Nervenzellen. Wir werden wacher und aufmerksamer. Dies geschieht bereits, bevor wir die Gefahr bewusst erkennen. Ab einer bestimmten Schwelle der Nervenaktivität setzt die Amygdala die Stressreaktion in Gang und aktiviert so die Kampf- und Flucht-Reaktion.
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