Zeitschrift frühe Kindheit – Archiv

Formung des kindlichen Gehirns

von Sharon Begley

gesundes Gehirn

Gesundes Gehirn

DiesePET-Aufnahme vom Gehirn eines normalen Kindes zeigt Regionen mit hoher (rot) und niedriger (blau und schwarz) Aktivität. Bei der Geburt sind nur primitive Strukturen wie der Hirnstamm (Mitte) voll funktionstüchtig. In Regionen wie z.B. den Schläfenlappen bewirken frühe Kindheitserfahren die Verknüpfungen.

Diese PET-Aufnahme (fehlt) des Gehirns eines rumänischen Waisenkindes, das kurz nach der Geburt in ein Heim kam, zeigt die Wirkungen extremer frühkindlicher Deprivation. Die Schläfenlappen, in denen Gefühle reguliert und Sinneseindrücke empfangen werden, sind fast ganz ruhig. Diese Kinder leiden unter emotionalen und kognitiven Problemen.

Ein Kind kommt auf die Welt mit einem Kopf auf seinen Schultern und einem Gehirn, das zum Lernen bereit ist. Dann jedoch benötigt es viele Jahre an Erfahrung – Sehen, Hören, Spielen, Austausch mit den Eltern – bis Milliarden komplexer neuronaler Schaltkreise geknüpft sind, die Sprache, mathematisches Denken, musische und logische Fähigkeiten und Gefühle steuern.

Wir können nicht sehen, was im Innern des Gehirns eines Neugeborenen geschieht. Wir sehen die elektrische Aktivität nicht, wenn ein Blick des Kindes dem unsrigen begegnet und eine Nervenzelle (Neuron) in seiner Netzhaut beinahe von einem Moment zum nächsten eine lebenslang bestehende Verbindung zu einer anderen Nervenzelle in seinem Gehirn herstellt. Das Bild unseres Gesichtes ist dann zu einer dauerhaften Erinnerung im Geist des Kindes geworden. Ebensowenig können wir die explosionsartige Freisetzung eines chemische Botenstoffes sehen, wenn eine Nervenzelle im Ohr des Kindes eine Verbindung zu einer anderen Nervenzelle in seiner Hörrinde aufbaut, welche die elektrische Codierung für die Lautfolge „Mama“ enthält. „Mama“ hat jetzt im kindlichen Gehirn eine Ansammlung von Zellen instruiert, ein Leben lang auf keinen anderen Laut zu reagieren.

All dies können wir nicht sehen. Dr. Harry Chugani aber ist in der Lage, sich diesen Phänomenen zumindest anzunähern. Mit Positron-Enmissions-Tomography (PET) beobachtet Chugani, Kinder-Neurobiologe an der Wayne State University in Detroit, wie im Gehirn eines Babys eine Region nach der anderen angeschaltet wird, wie Stadtteile, deren Versorgung sich nach einem Stromausfall wiederherstellt. Vom Zeitpunkt der Geburt an kann er die elektrische Aktivität im primitiven Hirnstamm und im sensorischen Cortex (Großhirnrinde) messen. Er kann beobachten, wie der visuelle Cortex im 2. und 3. Lebensmonat vor Aktivität sprüht. Und er kann sehen, wie der frontale Cortex mit 6 bis 8 Monaten aufleuchtet. Mit anderen Worten, er sieht, daß das Gehirn eines Kindes noch lange nach seiner Geburt geformt wird. Nicht nur, daß es – wie Zehen, Leber und Arme – größer wird, sondern daß diejenigen mikroskopischen Verbindungen geknüpft werden, die für Fühlen, Lernen und Erinnern verantwortlich sind. Kurz gesagt, um all das zu tun, wofür ein Gehirn da ist, ohne daß es weiß, wie es dies tun soll.

Wissenschaftler erkennen jetzt, auf welche Weise nachgeburtliche Erfahrungen die Verknüpfungen des menschlichen Gehirns bestimmen und daß diese nicht etwa vorgegeben sind. „Gerade 15 Jahre ist es her“, berichtet das Families and Work Institute in seiner kürzlich erschienenen Studie „Das Gehirn neu verstehen“ (Rethinking the Brain), „daß die Neurowissenschaftler annahmen, daß die Gehirnstrukturen mit der Geburt genetisch determiniert seien.“ Seit dem vergangenen Jahr aber wissen sie, daß dies falsch ist. Sie wissen, daß Erfahrungen in der frühen Kindheit dramatische und präzise Auswirkungen haben, indem sie physisch bestimmen, wie die komplizierten neuronalen Schaltkreise des Gehirns verdrahtet werden (NEWSWEEK, 19. Februar 1996). Seitdem wird erforscht, auf welche Weise diese Erfahrungen die Schaltkreise des Gehirns bilden.

Zum Zeitpunkt der Geburt sind die ca. 100 Milliarden Nervenzellen durch mehr als 50 Billionen Verbindungen (Synapsen) verknüpft. Die Gene, die das Kind mitbekommen hat – vom Ei und vom Spermium, aus denen es entstanden ist – haben die Grundverknüpfungen seines Gehirns bereits festgelegt. Sie haben die Verbindungen im Hirnstamm gebildet, die das Herz schlagen und die Lunge atmen lassen. Das aber ist alles. Von den 80.000 unterschiedlichen menschlichen Genen ist vermutlich rund die Hälfte an Bildung und Funktion des Gehirns beteiligt. Aber nicht einmal diese Zahl reicht aus für das, was das Gehirn benötigt. In den ersten Lebensmonaten vervielfältigt sich die Anzahl der Synapsen um das 20fache – auf mehr als 1.000 Billionen. Es gibt einfach nicht genug Gene in der menschlichen Spezies, um eine so große Anzahl von Verbindungen herzustellen.

Dies bleibt der Erfahrung überlassen – all den Signalen, die ein Baby aus seiner Umwelt erhält. Offenbar wirken Erfahrungen über die Verstärkung von Synapsen. Genauso wie eine Erinnerung verblaßt, wenn sie nicht von Zeit zu Zeit erneut aufgerufen wird, können Synapsen in einem „Pruning“ genannten Prozess schwächer werden. Der umgekehrte Vorgang, bei dem schwache Verbindungen wieder gestärkt werden, heißt Stimulation. Dies bedeutet im Gegensatz zu dem, was eine gewisse kommerzielle, die Ängste junger Eltern ausnützende Werbung glauben machen will, nun nicht, daß Kleinkinder ständig mit Lernmaterialien („flashcards“) konfrontiert werden müssen. Es geht auch viel einfacher. Zum Beispiel, indem Kinder Strümpfe nach Farben sortieren oder dem beruhigenden Auf und Ab einer Märchenerzählung zuhören. In der bisher ausführlichsten Studie fand Craig Ramey von der Alabama University heraus, daß es Bauklötze, Perlen, Versteckspiele und andere „altmodische“ Dinge und Methoden sind, welche die kognitive, motorische und sprachliche Entwicklung ohne traumatische Wirkung dauerhaft steigern.

Die Synapsenbildung (Synaptogenese) und das „Pruning“ geschehen zu unterschiedlichen Zeitpunkten in verschiedenen Gehirnregionen. Die Abfolge scheint mit der Herausbildung verschiedener Fähigkeiten einherzugehen. Die Synaptogenese beginnt im motorischen Cortex im Alter von ungefähr zwei Monaten. Etwa zu dieser Zeit verlieren die Kinder den Moro-Reflex und verschiedene Suchreflexe und führen zielgerichtete Bewegungen aus. Mit 3 Monaten hat die Synapsenbildung in der Sehrinde einen Höhepunkt erreicht; das Gehirn führt die Feinabstimmung derjenigen Verbindungen durch, die den Augen die Scharfeinstellung ermöglicht. Mit 8 oder 9 Monaten wird der Hippocampus voll funktionstüchtig, der Erinnerungen markiert und speichert; erst jetzt können die Kinder richtige Erinnerungen bilden, zum Beispiel, auf welche Weise sie ein Mobile bewegen. In der zweiten Hälfte des ersten Lebensjahres, hat Chugani herausgefunden, bildet der präfrontale Cortex – Sitz des vorausschauenden Denkens und der Logik – Synapsen mit einer solchen Intensität, daß zweimal soviel Energie wie in einem Erwachsenengehirn verbraucht wird. Diese rasante Geschwindigkeit bleibt während der gesamten ersten Lebensdekade erhalten.

Sprachforschungen haben gezeigt, wie „neuroplastisch“ ein Kleinkindgehirn ist und wie diese Plastizität mit zunehmendem Alter nachläßt. Patricia Kuhl von der Washington University hat die „auditorischen Landkarten“ erforscht, die vom Gehirn des Kleinkindes aus den einzelnen Phonemen (kleinste Lauteinheiten der Sprache, wie „i“ oder „l“) konstruiert werden. Zunächst gleichen die Neurone in der Hörrinde Arbeitern, denen noch kein Job zugewiesen ist. Wenn aber ein Neugeborenes zum Beispiel englische Laute hört, dann wird in der Hörrinde eine spezifische Ansammlung von Neuronen zusammengestellt, um auf jedes einzelne Phonem zu reagieren. Dabei wird eine solche Ansammlung nur dann aktiv, wenn ein Hörnerv den entsprechenden Laut (zum Beispiel „Papa“ oder „Mama“) transportiert. Wenn ein Laut, wie „ra“ und „la“ im Englischen, deutlich von einem anderen unterschieden ist, liegen die Neurone für einen der Laute weit von denen für den anderen entfernt. (Um zu bestimmen, welche Neurone auf einen bestimmten Laut reagieren, macht Kuhl nicht-invasive elektrische Messungen durch die Schädeldecke des Babys

Wenn jedoch die Laute, wie „ra“ und „la“ im Japanischen, fast identisch sind, liegend die beiden Neuronenansammlungen so dicht beieinander, daß das Baby Schwierigkeiten hat, die Phoneme zu unterscheiden. Mit 12 Monaten ist die auditorische Landkarte eines Kindes fertig ausgebildet. Es ist danach nicht mehr fähig, Phoneme aufzunehmen, die es nicht schon tausendmal gehört hat, und zwar aus dem einfachen Grund, weil diesen Lauten keine Neuronansammlung zugeordnet worden ist. Je älter das Kind wird, umso schwieriger wird es, eine neue Sprache zu erlernen: für die neuen Phoneme stehen weniger noch nicht zugeordnete Neurone zur Verfügung.

Erfahrung spielt auch beim Aufbau des Vokabulars eine Rolle, und dies bereits in sehr jungem Alter. Der Umfang des Vokabulars eines Kleinkindes hängt stark davon ab, wieviel eine Mutter mit dem Kind spricht, berichtet Janellen Huttenlocher von der Chicago University. Im Alter von 20 Monaten verfügten Kinder von gesprächsfreudigen Müttern über durchschnittlich 131 Wörter mehr als die von weniger gesprächigen; mit zwei Jahren hat sich der Unterschied mehr als verdoppelt auf dann 295 Wörter. „Entscheidend ist, wie oft das Kind verschiedene Worte hört,“ sagt Huttenlocher. Das gleiche gilt auch für die Komplexität von Sätzen, hat sie herausgefunden. Mütter, die in 40% einer vorgegebenen Zeit komplexe Sätze ( Nebensätze, die mit „wenn …“ oder „weil …“ eingeleitet werden), benutzten, hatten Kleinkinder, die selbst solche Sätze in 35% derselben Zeit bildeten; Mütter, die solche Sätze nur zu 10% benutzten, hatten Kinder, die sie nur in 5% der Zeit bildeten.

Nur „lebendige“ Sprache produziert diese – das Vokabular und die Syntax fördernden – Effekte, nicht jedoch die Sprache, die aus dem Fernseher kommt. Warum aber stimuliert die ganze TV-Redeflut die Sprachentwicklung nicht? Huttenlocher vermutet, daß „Sprache in Verbindung mit ablaufenden Geschehnissen benutzt werden muß, ansonsten ist sie nur Geräusch“. Dies könnte auch für andere Arten von Kognition zutreffen. Information, die in einen emotionalen Kontext eingebettet ist, scheint die neuronale Verdrahtung stärker zu stimulieren als die Information für sich genommen. Ein Kind lernt das Prinzip von „mehr“ leichter, wenn es mit der guten Aussicht auf mehr Kekse verbunden ist und das Konzept von „später“ einfacher, wenn es mit dem frustrierenden Warten auf einen Ausflug zum Spielplatz verbunden wird, als wenn diese Worte ohne die ihm wichtigen Dinge oder Zusammenhänge präsentiert werden. Hieran ist nichts Geheimnisvolles. Auch Erwachsene bilden eine Erinnerung schneller, wenn diese einen emotionalen Inhalt hat (hast du gehört, daß der Space-Shuttle explodiert ist?) als wenn das nicht zutrifft (worin besteht der Unterschied zwischen Sinus und Cosinus?). Kausalität, ein Schlüsselbegriff in der Logik, wird ebenfalls am besten im Zusammenhang mit Gefühlen erlernt: wenn ich lächle, lächelt Mamma zurück. Das Gefühl, daß ein Ding ein anderes bedingt, bildet Synapsen, die schließlich kompliziertere Konzepte von Kausalität unterstützen. Auf diese Art werden zwischen dem 7. und 12. Monat Gefühle, Konzepte und Sprache miteinander verknüpft.

Ein anderer Weg zur Gehirnverdrahtung besteht offensichtlich in der Erschließung natürlicher Harmonien. Neue Studien aus den vergangenen Jahren haben gezeigt, wie Musik raumzeitliches Denken beeinflußt – die Fähigkeit, ein auseinandergenommenes Bild, zum Beispiel ein Kaninchen, zu sehen und es im Geist wieder zusammenzusetzen. Solches Denken stellt die Basis für Mathematik, technisches Verständnis und Schach dar. In einer Studie, die im Februar in der Zeitschrift Neurological Research publiziert wurde, berichten Wissenschaftler, wie raumzeitliches Denken bei 3 bis 4jährigen durch wöchentliche Klavierstunden beeinflußt wurde. Nach sechs Monaten schafften die kleinen Horowitze, die in Bezug auf räumliche Vorstellung im nationalen Durchschnitt lagen, eine um durchschnittlich 34% bessere Leistung auf diesem Gebiet. Keines der anderen Kinder (die Computer-Tastatur- und Computer-Maus-Lektionen, Gesangsstunden oder gar nichts praktizierten) hatte sich verbessert. Wie erklärt sich dieser Effekt? Der Physiker Gordon Shaw von der California University in Irvine vermutet, daß man beim Klavierspielen „sieht, wie sich Muster in Raum und Zeit bilden“. Wenn sequentielle Finger- und Tastenmuster Melodien hervorbringen, werden neuronale Verknüpfungen verstärkt, welche die Positionen (Tasten) mit Tönen in Raum und Zeit (Melodie) verbinden. „Musikunterricht produziert langzeitige Veränderugnen in der neuronalen Verknüpfung“, sagt Shaw. Die Wissenschaftler wissen allerdings nicht, ob die Wirkungen von frühem Musikunterricht dauerhaft anhalten – ob die Vorschüler später einmal in der High School erstklassige Mathematiker werden.

Der Nachteil der großen Plastizität des Gehirns liegt in seiner großen Verletztlichkeit gegenüber Traumata. „Erfahrungen können das Verhalten eines Erwachsenen verändern“, sagt Dr. Bruce Perry vom Baylor College of Medicine, „für das Gehirn eines Kindes aber liefern sie buchstäblich den Organisationsrahmen“. Wenn die Organsiation des Gehirns dessen Erfahrungen widerspiegelt, und wenn die Erfahrung eines traumatisierten Kindes aus Angst und Streß bestehen, dann werden die neurochemischen Antworten auf Angst und Streß zu den wichtigsten Baumeistern des Gehirns. „Wenn man immer wieder die Erfahrung macht, überwältigt zu werden, verändert dies die Struktur des Gehirns“, sagt Dr. Linda Mayes vom Yale Child Study Center. Die Gründe hierfür sind folgende:

– Traumata erhöhen die Streßhormone wie zum Beispiel das Cortisol, die das empfindliche Gehirn wie Säure überspülen. Als Folge davon sind nach Perry bestimmte Regionen im Cortex und im limbischen System (das für Gefühle einschließlich Bindung verantwortlich ist) bei mißhandelten gegenüber normalen Kindern 20 bis 30 Prozent kleiner. In diesen Regionen befinden sich auch weniger Synapsen.

– Bei Erwachsenen, die als Kinder mißhandelt wurden, ist der erinnerungsbildende Hippocampus kleiner als bei nicht mißhandelten Erwachsenen. Diese Wirkung wird ebenfalls auf den toxischen Effekt von Cortisol zurückgeführt.

– Hohe Cortisol-Konzentrationen während der empfindlichen ersten drei Lebensjahre erhöhen diejenige Aktivität in der Gehirnstruktur, welche für Vorsicht und Aufmerksamkeit (locus ceruleus) verantwortlich ist. Im Ergebnis wird das Gehirn in Hinsicht auf ständige Alarmbereitschaft verknüpft, erklärt Perry: Regionen, die durch das ursprüngliche Trauma aktiviert waren, werden sofort reaktiviert, sobald das Kind von dem Trauma träumt, daran denkt oder erinnert wird (zum Beispiel durch die bloße Anwesenheit der mißhandelnden Person). Der leichteste Streß und die kleinste Furcht setzen eine neue Welle von Streßhormonen frei. Dies bewirkt Hyperaktivität, Angst und impulsives Verhalten. „Kinder mit höheren Cortisol-Konzentrationen haben die geringste hemmende Kontrolle“, sagt Neurowissenschaftlerin Megan Gunnar von der Minnesota University. „Kinder aus Milieus mit hohem Streß [haben] Probleme mit Aufmerksamkeit und Selbstkontrolle.“ Traumata führen auch dazu, daß Neurotransmittersignale durcheinanderkommen, indem einige gesperrt und andere unterdrückt werden. Da Neurotransmitter eine Schlüsselrolle spielen, weil sie den Neuronen mitteilen, wohin sie gehen und womit sie sich verknüpfen sollen, erleiden Kinder unter chronischem und unberechenbarem Streß (der Freund der Mutter, der aus Wut zuschlägt, ein alkoholisierter, unberechenbarer Onkel) Defizite in ihrer Lernfähigkeit. „Ein gewisser Prozentsatz der Kapazität geht verloren“, sagt Perry. „Ein Teil des Kindes ist für immer verloren“.

Das ist natürlich tragisch genug, aber es wird noch schlimmer gemacht durch den Verlust dessen, was hätte sein können. Kinder werden in diese Welt hineingeboren mit einem Gehirn, das zum Lernen bereit ist. Aber sie können dies nicht alleine.

Übersetzung aus: NEWSWEEK, Special edition YOUR CHILD, Spring/Summer 1997 © 1997, Newsweek, Inc. All rights reserved. Reprinted by permission.

Übersetzung: Dr. Dagmar Heymann / Dr. Jörg Maywald