Das menschliche Gehirn ist eine bemerkenswert komplexe Struktur, die etwa 86 Milliarden Nervenzellen enthält, die durch Billionen von Synapsen in einem einzigartigen Netzwerk verbunden sind. Die Entwicklung dieses komplexen Organs erstreckt sich über viele Jahre und ist ein faszinierender Prozess, der von zahlreichen Faktoren beeinflusst wird. Dieser Artikel beleuchtet die Entwicklung des Gehirns von jungen Menschen und konzentriert sich dabei besonders auf die Anzahl der Synapsen pro Nervenzelle.
Frühe Entwicklung des Gehirns
Die Entwicklung des Gehirns beginnt bereits sehr früh, etwa am 18. Tag der Embryonalentwicklung, mit der Bildung des Neuralrohrs. Dieses Neuralrohr ist der Vorläufer des zentralen Nervensystems, einschließlich des Gehirns und des Rückenmarks. An seinem vorderen Ende bilden sich drei Ausstülpungen, die sogenannten Hirnbläschen.
In den folgenden Wochen entstehen aus diesen Hirnbläschen die verschiedenen Hirnstrukturen wie Brücke, Kleinhirn, Thalamus, Basalganglien und Großhirnrinde. Um die 24. Schwangerschaftswoche beginnen sich die typischen Furchen des Großhirns zu bilden.
Die jungen Neuronen, die Bausteine des Gehirns, entstehen aus Stammzellen in einer Gewebeschicht des Neuralrohrs. Während ihrer Entstehung wandern diese Neuronen zu ihren Zielorten im Gehirn und spezialisieren sich dabei auf ihre jeweilige Funktion, sei es als Sehzelle oder als Riechzelle.
Die Rolle der Gliazellen
Bei der Entwicklung des Gehirns spielen spezielle Gliazellen, die radialen Gliazellen, eine wichtige Rolle. Sie entstehen aus den Epithelzellen des Neuralrohrs und fungieren als "Progenitorzellen" zwischen Stammzellen und ausdifferenzierten Zellen. Radiale Gliazellen können verschiedene Zelltypen hervorbringen, darunter Oligodendrozyten (die Isolierschichten der Axone bilden) und Astrozyten (die als Wegweiser und später als Ernährer der Neuronen dienen). Ein Teil der radialen Gliazellen generiert bei der Teilung sogar Neuronen selbst.
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Synapsenbildung und "Synaptic Pruning"
Nach der Geburt beginnt ein enormes Wachstum des Gehirns. Im ersten Lebensjahr verdreifacht sich seine Größe, und der Kopf erreicht etwa drei Viertel seiner endgültigen Größe. Dieser Wachstumsschub ist teilweise auf die Entstehung neuer Neuronen zurückzuführen, aber vor allem auf die Myelinisierung der Nervenfasern und den Aufbau zahlreicher Synapsen zwischen den Neuronen.
Dieser Aufbau von Synapsen erfolgt zunächst rasant und scheinbar wahllos. Mit etwa drei Jahren haben Kinder etwa doppelt so viele Synapsen wie Erwachsene. Dieser Überschuss an Synapsen ermöglicht es dem Gehirn, sich flexibel an die Umwelt anzupassen und neue Informationen schnell aufzunehmen.
Allerdings ist dieser Zustand nicht von Dauer. Im Laufe der Kindheit und Jugend kommt es zu einem Prozess namens "synaptic pruning", bei dem weniger aktive Synapsen abgebaut werden, während die aktivsten Synapsen erhalten bleiben. Dieser Prozess führt zu einer Effizienzsteigerung der kognitiven Prozesse.
Die Anzahl der Synapsen im Laufe des Lebens
- Kleinkinder (2-3 Jahre): Besitzen etwa doppelt so viele Synapsen wie Erwachsene.
- Kinder (bis zum 10. Lebensjahr): Die Anzahl der Synapsen bleibt relativ konstant.
- Jugendliche: Die Anzahl der Synapsen reduziert sich um etwa die Hälfte.
- Erwachsene: Die Anzahl der Synapsen stabilisiert sich auf einem niedrigeren Niveau.
Die hohe Anzahl an Synapsen bei Kindern im Alter von 2 bis 10 Jahren spiegelt ihre enorme Anpassungs- und Lernfähigkeit wider. Die Art und Anzahl der Synapsen, die sich bilden und erhalten bleiben, hängen eng mit den erlernten Fähigkeiten zusammen.
Lernen und Gedächtnis
Das Gehirn ist in der Lage, Informationen zu speichern und wieder abzurufen. Bereits Babys besitzen die Fähigkeit, sich zu erinnern, allerdings sind ihre Erinnerungszeiträume zunächst begrenzt. Im Laufe der Entwicklung nimmt das Erinnerungsvermögen zu, und es bildet sich ein Langzeitgedächtnis.
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Lernen und Denken manifestieren sich im Gehirn auf verschiedene Weise. Bei jeder Interaktion mit der Umwelt reagieren zunächst Tausende von Gehirnzellen. Bestehende Verbindungen zwischen ihnen werden verstärkt, und neue Verbindungen werden gebildet. Wiederholen sich ähnliche Eindrücke, Wahrnehmungen und Erfahrungen, schleifen sich bestimmte Bahnen ein.
Individuelle Unterschiede und Umwelteinflüsse
Die Entwicklung des Gehirns wird sowohl von genetischen Faktoren als auch von Umwelteinflüssen beeinflusst. Negative Einflüsse während der Schwangerschaft, wie z.B. Alkoholkonsum, Rauchen oder Mangelernährung, können die Entwicklung des Nervensystems beeinträchtigen. Auch nach der Geburt spielen Umwelteinflüsse eine wichtige Rolle.
Die Hirnforschung hat gezeigt, dass Kinder bereits lange vor der Geburt in der Lage sind zu lernen. Sie sammeln Erfahrungen über ihre Lebenswelt und verankern diese in ihrem Gehirn.
Die Entwicklung des Gehirns in Phasen
Laut einer neueren Studie entwickelt sich das menschliche Gehirn in vier Phasen:
- Geburt bis zum 9. Lebensjahr: Intensive "Verkabelung" des Gehirns, gefolgt von Optimierung der Verbindungen.
- Ab dem 9. Lebensjahr: Vorbereitung auf die Pubertät, Wachstum der weißen Hirnsubstanz.
- Ab dem 32. Lebensjahr: Zenit der Gehirnleistung, gefolgt von langsamem Abbauprozess.
- Ab dem 66. Lebensjahr: Ausdünnung der neuronalen Netzwerke, erschwerte Zusammenarbeit zwischen Hirnregionen.
- Ab dem 83. Lebensjahr: Weitere Abnahme der neuronalen Vernetzung, Schwierigkeiten beim Ausgleich von Störungen.
Die Pubertät als "Großbaustelle"
Die Pubertät ist eine Zeit großer Veränderungen, sowohl körperlich als auch psychisch. Auch das Gehirn durchläuft in dieser Phase einen Umbauprozess, der an eine "Großbaustelle" erinnert. Einzelne Teile des Gehirns entwickeln sich unterschiedlich schnell, was zu Verwirrung und unvorhersehbarem Verhalten führen kann.
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Während der Pubertät kommt es zu einer "Reifung" der grauen Substanz der Großhirnrinde, bei der viele Synapsen aufgelöst werden. Gleichzeitig werden die Nervenfasern ausgebaut, was zu einer Zunahme der weißen Substanz führt. Die Jugendlichen entwickeln die Fähigkeit, genauso "schnell" zu denken wie Erwachsene.