Die Entwicklung eines Babys ist ein faszinierender Prozess, der nicht erst mit der Geburt beginnt. Schon im Mutterleib erwerben die Kleinen kontinuierlich neue Fähigkeiten. Dieser Artikel beleuchtet die Entwicklung des Geistes und des Gehirns eines Babys im Bauch der Mutter, beginnend mit den ersten Nervenzellen bis hin zu den komplexen Fähigkeiten, Reize wahrzunehmen und zu verarbeiten.
Frühe Entwicklung des Nervensystems
Bereits ab der zweiten Schwangerschaftswoche entstehen erste Nervenzellen in dem winzigen Organismus und wandern an ihren Bestimmungsort. Ab der achten Woche beginnt sich daraus das Gehirn zu entwickeln. In der 5. Schwangerschaftswoche beginnen sich die ersten Nervenzellen zu teilen und sich in Neuronen und Gliazellen - die Zelltypen, aus denen das Nervensystem besteht - 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. Diese erfolgen bis zum Ende des zweiten Trimesters dann bereits deutlich koordinierter.
Anatomische Entwicklung des Gehirns
Wie aber entwickelt sich das Gehirn eines Ungeborenen während der durchschnittlich 38 Wochen im Bauch unter normalen Umständen? Anatomisch gesehen, haben wir darüber dank moderner bildgebender Verfahren in den letzten 20 Jahren viel gelernt. So erlaubt die Magnetresonanztomografie (MRT) einen zuverlässigen Blick ins menschliche Denkorgan - selbst in das heranreifende Babyhirn im Mutterleib. Es nimmt dort schon früh Reize aus der Umwelt wahr. Die Technik liefert hoch aufgelöste Bilder, die Rückschlüsse zulassen, wann verschiedene Hirnstrukturen entstehen.
Ellen Grant, Professorin an der Harvard Medical School und Direktorin des Fetal-Neonatal Neuroimaging and Developmental Science Center in Boston, verglich in einer 2005 veröffentlichten Studie die Gehirne normal geborener mit denen frühgeborener Babys. Sie fand heraus, dass im letzten Schwangerschaftsdrittel zunächst der frontale Großhirnbereich an Volumen zulegt, dann folgen Schläfen-, Scheitel- und Hinterhauptslappen sowie die Bereiche im limbischen System. Allgemein reifen dabei jene Hirnareale zuerst, die dafür zuständig sind, externe Reize zu verarbeiten.
Auch die Zusammensetzung der Hirnmasse verändert sich in diesem Zeitraum. Im letzten Drittel der Schwangerschaft macht die weiße Substanz, die die für eine reibungslose Kommunikation zwischen den Hirnarealen wichtigen Nervenverbindungen enthält, eine entscheidende Entwicklung durch. In dieser Phase legen sich die Axone, die Fortsätze der Neurone, ihre charakteristische Myelinscheide zu. Diese Isolationsschicht sorgt für eine besonders schnelle Weiterleitung elektrischer Signale an den Nervenfortsätzen. Während in der 29. Schwangerschaftswoche, also zu Beginn des dritten Schwangerschaftstrimesters, der Myelinanteil noch gering ist, verfünffacht er sich zwischen der 35. und 41. Woche.
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Funktionelle Entwicklung des Gehirns
Das Denkorgan reift aber nicht nur anatomisch, sondern auch funktionell. So ist das Ohr bereits im fünften Schwangerschaftsmonat "in Betrieb", und der Fötus reagiert etwa mit einer erhöhten Pulsrate oder unwillkürlichen Bewegungen auf Geräusche.
Im Jahr 1994 machten Peter Hepper und Sarah Shahidullah von der Queen’s University Belfast (Nordirland) eine wichtige Beobachtung: Ungeborene nehmen sukzessive eine immer größere Bandbreite an Tönen wahr. Die beiden Forscher sahen in ihren Untersuchungen, dass Föten bereits in der 19. Woche unwillkürlich zu zappeln beginnen, wenn sie ihnen akustische Signale mit einer Frequenz von 500 Hertz vorspielten. Etwas später reagierten die Babys dann auch auf tiefere Töne von 100 und 200 Hertz und schließlich auch auf Geräusche mit höheren Frequenzen. In der 27. Schwangerschaftswoche beginnen 96 Prozent der Ungeborenen zu strampeln, wenn akustische Signale von 250 und 500 Hertz erklingen. Spätestens ab der 35. Woche reagieren sie dann auch auf Frequenzen von 1000 oder 3000 Hertz, also auf Geräusche mittlerer Tonhöhe.
Untersuchungen mit Hilfe funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) belegen, dass reflexartige Bewegungen in der Fruchtblase tatsächlich im Zusammenhang mit einer akustischen Wahrnehmung stehen. Der französische Neurowissenschaftler Renaud Jardri von der Université Lille (Frankreich) registrierte 2008 bereits bei Föten in der 33. Schwangerschaftswoche Reaktionen im primären auditorischen Kortex. Demnach ist das Hörzentrum der Ungeborenen schon im letzten Schwangerschaftstrimester in der Lage, Töne zu verarbeiten. Spielt man den heranreifenden Kindern am Bauch ihrer Mutter Töne vor, so steigt die Hirnaktivität im Bereich ihres Schläfenlappens, dem wichtigsten Bereich für auditorische Reizverarbeitung.
Mit der Magnetenzephalografie (MEG) können elektromagnetische Veränderungen im Gehirn gemessen werden, die durch die elektrischen Signale feuernder Nervenzellen entstehen. Das erlaubt es, dem Denkorgan ganz direkt bei der Arbeit zuzusehen.
Schon im Jahr 1984 berichteten Neurowissenschaftler der FU Berlin um Thomas Blum, dass sie mit dieser Methode Babyhirne im Mutterleib untersuchten. Sie verwendeten dazu einen Sensor auf der Bauchdecke der Schwangeren, der in der Lage war, selbst schwächste Magnetfelder zu erfassen. Blum zeigte, dass sich die Signale unterscheiden lassen und spezifische Reaktionen der Gehirne von Föten anzeigen.
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Ende der 1990er Jahre entwickelte dann der Gynäkologe Curtis Lowery von der University of Arkansas in Little Rock (USA) in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Tübingen ein Gerät, das speziell für Studien mit schwangeren Frauen konzipiert war. Die Mutter setzt sich auf das Untersuchungsgerät und legt entspannt ihren Bauch in eine Schale, die die Sensoren enthält. Diese leiten von der gesamten Bauchfläche Signale aus dem Inneren ab und erlauben es, die Magnetfelder der Herzen von Mutter und Kind genau zu bestimmen und so die fötale Hirnantwort besser herauszufiltern. Das Gerät arbeitet so genau, dass die amerikanische Forschergruppe, zu der damals auch Hubert Preißl aus unserem Autorenteam gehörte, erstmals die Reaktionen von Föten im Mutterleib auf Lichtreize beobachten konnte.
Untersuchungen legen den Schluss nahe, dass Ungeborene bereits in der 28. Schwangerschaftswoche nicht nur allgemein Geräusche außerhalb des Bauchs wahrnehmen, sondern auch verschiedene Töne voneinander unterscheiden, wie die Aktivitätsmuster im MEG belegen.
Habituation und Spontanaktivität
Das Ungeborene lernt bereits im Mutterleib, Reize auszublenden. Auch das ist wichtig, um Informationen sinnvoll zu verarbeiten. So enthält etwa das gleichförmige Dröhnen des Staubsaugers keine relevanten Informationen für das Baby, die Stimmen der Eltern dagegen schon. Vom erwachsenen Gehirn wissen wir, dass die neuronale Antwort abnimmt, wenn sich beispielsweise ein und derselbe Ton permanent wiederholt, ohne dass dies irgendwelche Konsequenzen nach sich zieht oder eine Handlung erwartet wird. Experten sprechen hierbei von Habituation (Gewöhnung). Wie wir gemeinsam mit unseren Kollegen in Little Rock erkannt haben, besitzen Ungeborene diese Fähigkeit bereits im dritten Trimester der Schwangerschaft.
So untersuchte die Amerikanerin Carolin Sheridan bei 25 Föten im Alter von 29 bis 37 Wochen nach Befruchtung, wie diese auf wiederholte Lichtblitze an der Bauchdecke reagierten. Bei knapp jedem dritten Kind nahm die Hirnaktivität nach dem ersten Blitz ab. Bei Neugeborenen klappte die Habituation noch besser, und bei allen untersuchten Babys ging die Reaktionsstärke vom ersten Lichtsignal an kontinuierlich zurück.
Auch Ungeborene verfügen bereits über eine Spontanaktivität. Wir ließen dazu Schwangere auf dem Untersuchungsgerät Platz nehmen und beobachteten über einen längeren Zeitraum, was in ihren Bäuchen passiert. Tatsächlich detektierten wir im MEG wieder Gehirnaktivität beim Baby - obwohl wir ihm keinerlei Reize zur Verfügung stellten. Zwar können wir nicht in den Bauch hineinblicken und überprüfen, ob damit auch tatsächlich eine Bewegung einherging. Doch das Wissen über Ruhe- und Bewegungsphasen beim heranreifenden Fötus lässt durchaus den Schluss zu, dass die charakteristischen MEG-Muster auf spontanes Zappeln und Zucken zurückzuführen sind.
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Einflussfaktoren auf die Entwicklung
Wie prägend diese Phase im Mutterleib ist, macht sich häufig erst dann bemerkbar, wenn etwas schiefläuft, etwa durch Erkrankungen der Mutter sowie bei Tabletten- oder Alkoholmissbrauch während der Schwangerschaft.
Im Jahr 2008 belegten Lynn T. Singer und ihre Mitarbeiter von der Western Reserve University in Cleveland (US-Bundesstaat Ohio), dass Kinder, deren Mütter während der Schwangerschaft Kokain konsumierten, sich mit neun Jahren schwerer tun, logisch und abstrakt zu denken, als Altersgenossen. Ähnliche Konsequenzen zieht der Griff zur Flasche nach sich. Aber auch ein (Schwangerschafts-)Diabetes kann die kognitiven Funktionen von Kleinkindern wie etwa das Wiedererkennen von Objekten verschlechtern. Dies fand eine Forschergruppe um Charles Nelson von der Harvard Medical School in Boston 2007 heraus, als sie die Hirnströme von achtmonatigen Kindern miteinander verglich.
Ein gestörtes Wachstum, Schädigungen des Gehörs, des Sehsystems sowie des Herzens können beispielsweise die Folgen von Alkoholkonsum sein. Im Januar 2016 listete das kanadische Center for Addiction and Mental Health in Ontario 428 einzelne Entwicklungsdefizite auf, die durch Alkohol verursacht werden. Lana Popova, die Hauptautorin der in Lancet erschienen Übersichtsarbeit betont, dass es keine Menge und keine Phase in der Schwangerschaft gäbe, in der Alkohol nicht schade. Auch könnten Schädigungen in jedem Organ des Körpers auftreten.
Auch Stress der Mutter führt dazu, dass ihr Kind schneller und oft gestresst ist, aber unter Stress auch vergleichsweise gute Leistungen erbringt. Pränataler Stress könnte den geistigen Abbau im Alter bedingen, besagt eine der neuesten Hypothesen. Ängstliche Schwangere haben tendenziell eher vorsichtige Babys, die Gefahren blitzschnell erkennen. In einer sicheren Umwelt kann das allerdings ungünstig sein.
Die Rolle der Mutter
Kinder tragen je zur Hälfte die Gene von Vater und Mutter in ihren Zellen, somit könnte man davon ausgehen, dass sie von beiden Eltern je den gleichen Anteil unterschiedlicher Eigenschaften erben. Tatsächlich aber redet die Frau weit stärker mit. Im Mutterleib wirken Ernährung und Emotionen, vermittelt durch Botenstoffe, auf das Baby ein und verändern unter anderem die Signatur der Gene, sprich wie der genetische Bauplan in den Zellen in Proteine übersetzt wird. Dies geschieht unter anderem, indem sich Methylgruppen an die Bausteine des genetischen Codes heften.
Während der zehn Monate werden zentrale Regelkreise im Gehirn und in den Genen kalibriert. Dieser Vorgang der fetalen Programmierung prägt ein Leben lang das Verhalten. Ein solcher Stempel zum Beispiel ist der Stress, den eine werdende Mutter während der Schwangerschaft empfindet. Unter Stress wird im Körper Cortisol ausgeschüttet. Etwa zehn Prozent des Hormons passieren die Plazentaschranke und erreichen das kindliche Gehirn.
Die Auswirkungen von Cortisol auf Kinder sind sehr gut erforscht - auch deshalb, weil etwa jede zehnte Schwangere vorzeitig Wehen bekommt und die Ärzte dann Stresshormone spritzen, um die Lunge des Babys schneller heranreifen zu lassen. Der pharmakologische Stresslevel lässt sich messen und mit dem Verhalten des Kindes in Beziehung setzen. Ein bisschen scheint zu genügen, um das Verhalten dauerhaft zu verändern: Wenn Schwangere nur an zwei Tagen Stresshormone bekamen, waren ihre Kinder noch mit acht Jahren wesentlich stressempfindlicher, zeigte Matthias Schwab, Neurologe vom Universitätsklinikum Jena, in einer noch unveröffentlichten Untersuchung. Er machte bei den entsprechenden Kindern auch häufiger ein Aufmerksamkeitsdefizitsyndrom aus: Die Betroffenen können sich dabei schlechter konzentrieren und seltener ruhig verhalten als andere Altersgenossen. Selbst der Intelligenzquotient lag niedriger. Auch eine Frühgeburt könnte solche Auffälligkeiten erklären.
Stress wird im Gehirn vornehmlich von Hippocampus und Hypothalamus reguliert. Ist beim Baby während der Schwangerschaft der Cortisolspiegel dauerhaft erhöht, wird dies als Normalzustand festgelegt. Die körpereigenen Stresssysteme werden so justiert, dass das Kind schneller und auch häufiger gestresst ist - was es aber auch braucht, um zur Höchstform aufzulaufen. Die Stressachse, also die Aktivierungskette innerhalb der Stresssysteme, wird hyperaktiv, erläutert Schwab. Für einen einmaligen Beziehungsstreit oder eine Auseinandersetzung auf der Arbeit hat aber bisher niemand eine solche Veränderung des Verhaltens beim Nachwuchs beobachtet. Die Wirkungen werden vielmehr bei jenen Personen festgestellt, die sich fast immer sehr gestresst und nervös fühlten.
Einen detaillierten Einblick in die Mechanismen dieser frühen Justierung der Stressempfindsamkeit geben Tierversuche von Forschern um Tracy Bale von der University of Pennsylvania School of Veterinary Medicine. Sie konnten in einer Studie zeigen, dass mütterlicher Stress die Synthese eines Enzyms namens OGT - ortho-N-Acetylglucosamintransferase - vermindert, wodurch das Gehirn ihrer Feten vor der Geburt reprogrammiert wird.
Nicht nur Stress, sondern sogar spezifische Emotionen wie die Angst der Mutter in der Schwangerschaft hinterlassen Spuren im Kind. Das legen nicht nur, aber vor allem die Untersuchungen der Psychologin Bea van den Bergh von der Tilburg University in Belgien nahe. Sie erhob schon 1989 anhand eines standardisierten psychologischen Tests die Angst von 86 Schwangeren zu verschiedenen Zeitpunkten. Ihr fiel auf, dass Kinder von Müttern, die zwischen der 12. und 22. Schwangerschaftswoche sehr furchtsam waren, in den ersten sieben Lebensmonaten viel schrien und besonders unregelmäßig schliefen und aßen. In der ersten Schwangerschaftshälfte werden nahezu alle Nervenzellen im Gehirn angelegt und, so vermutet van den Bergh, das limbische System, die Stressachse und verschiedene Neurotransmittersysteme im Gehirn der Babys auf den erlebten Angstlevel hin geeicht. Zumal Angst in den grauen Zellen ähnlich verarbeitet wird wie Stress.
Auch das Essverhalten der Mutter beeinflusst das Kind, das sie austrägt. Wie stark dieser Einfluss sein kann, fiel Forschern schon vor Jahren bei der Krankheit Diabetes mellitus auf. Sie wird zwei bis drei Mal häufiger über die mütterliche Linie weitergegeben. Warum, war lange nicht klar. Heute ist die Antwort bekannt: Das Überangebot an Nahrung und Blutzucker während der Schwangerschaft macht die Stoffwechselschieflage auch beim Baby zur Norm.
Veränderungen im Gehirn der Mutter
Während einer Schwangerschaft kommt es im Körper der Mütter zu starken Veränderungen. Forschende haben herausgefunden, dass sogar das Gehirn schrumpft. Für eine Studie der Universität Barcelona haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Magnetresonanzbilder von 25 Erstgebärenden vor und nach der Schwangerschaft untersucht. Zum Vergleich wurden 19 erstmalige Väter sowie eine Kontrollgruppe aus 20 Frauen und 17 Männern ohne Kinder untersucht.
Das Ergebnis: Das Hirnvolumen nahm bei den schwangeren Teilnehmerinnen ab. "Diese Veränderungen waren so deutlich, dass ein Computeralgorithmus sogar automatisch identifizieren konnte, ob eine Frau zwischen den beiden Untersuchungen schwanger gewesen war oder nicht", sagt die Neurowissenschaftlerin Dr. Erika Barba-Müller, welche die Studie mitverantwortete.
Doch die Forschenden beider Studien konnten keine Veränderungen kognitiver Funktionen bei den Schwangeren beobachten. "Die Ergebnisse deuten auf einen Anpassungsprozess hin, der mit dem Vorteil einer besseren Erkennung der Bedürfnisse des Kindes verbunden ist, wie zum Beispiel die Identifizierung des emotionalen Zustands des Neugeborenen", sagt Oscar Vilarroya, ein Leiter der Studie in Barcelona.
Die spanischen Forschenden vermuten, dass bei Schwangeren ein ähnlicher Prozess im Gehirn ablaufen könnte wie bei Jugendlichen in der Pubertät. Bei Teenagern werden Nervenverbindungen, die wenig genutzt und damit überflüssig werden, abgebaut. Häufig gebrauchte Nervenverbindungen werden dafür gestärkt. Die Folge: Bereiche des Gehirns können effizienter arbeiten. Eine solche Spezialisierung im Gehirn könnte auch bei Schwangeren stattfinden.
Die an beiden Studien beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen davon aus, dass die starken hormonellen Veränderungen während der Schwangerschaft Auswirkungen auf das Gehirn haben.
Geburtstrauma
Torsten Liem, M.Sc. Ost., M.Sc. paed. Ost., D.O., D.P.O., Osteopath G.Os.C. (GB), definiert Geburtstrauma als physische und/oder psychische Beeinträchtigungen, die auf Geschehen im Verlauf des Geburtsprozesses zurückzuführen sind. Viele Faktoren, die während des Geburtsprozesses auf das Kind einwirken, können hier genannt werden. Diese können von außen oder auch von innen wirken, zum Beispiel Folgen von Sauerstoffmangel im Gehirn. Die Abläufe können zu schnell oder zu langsam gehen - zu schnell beispielsweise im Rahmen einer Geburtseinleitung, bei Sturzgeburt oder Notkaiserschnitt, Frühgeburt etc. oder zu langsam, etwa wenn der Geburtsprozess stockt. Die Geburt kann mit zu viel Krafteinwirkung einhergehen, zum Beispiel wenn der Beckenboden der Mutter zu angespannt ist, die Coccyx der M…