2 Tweet Gehirn mit Alzheimer
Obwohl die Erforschung des Gehirns bisher als statisch und zeitlich unveränderlich betrachtet wurde, ist diese Vorstellung sehr weit von der Realität entfernt. Tatsächlich lassen sich bei der Entwicklung des Gehirns zwei klar festgelegte Stadien unterscheiden, nämlich vor und nach der Geburt, so dass das menschliche Gehirn im Gegensatz zu anderen Spezies zum Zeitpunkt der Geburt noch unvollendet ist, was bedeutet, dass es weniger unabhängig ist und länger Pflege und Schutz benötigt.
Die neuronale Entwicklung kann bereits ab der vierten Schwangerschaftswoche beobachtet werden, ab diesem Zeitpunkt beginnt ein beschleunigter Prozess der Zellneubildung, Zellmigration, Differenzierung und Spezialisierung, um anschließend die axonalen Verbindungen zwischen ihnen herzustellen (Portellano, 2000).
Das Nervensystem entwickelt sich aus dem Neuralrohr, wo es sich etwa in der vierten Schwangerschaftswoche in drei Hirnbläschen teilt, das Rhombencephalon, das Mesencephalon und das Prosencephalon.
Bereits in der fünften Schwangerschaftswoche entstehen die fünf Bläschen, aus denen sich das Gehirn entwickeln wird, wobei sich das Rhombencephalon in das Metencephalon (Pons und Cerebellum) und das Myelencephalon spaltet (Medulla oblongata oder Bulbus); aus dem Mesencephalon entstehen Pedunculi cerebri und vier Hügel, von denen die zwei oberen mit dem Sehen und die zwei unteren mit dem Hören verbunden sind; das Prosencephalon wird in zwei geteilt, das Diencephalon (Thalamus, Hypothalamus, Subthalamus, Epithalamus und dritter Ventrikel) und das Telencephalon (Hirnhälften).
Nach drei Monaten Schwangerschaft ist das Nervensystem bereits ausreichend ausgebildet, um die ersten grundlegenden Reflexe, wie z.B. die Bewegung der Gelenke, auszuführen.
Im Alter von vier Monaten sind die Augen und Ohren bereits ausgebildet, und das Baby kann auf Licht und Geräusche von außen reagieren.
Mit fünf Monaten beginnen die ersten kontrollierten Bewegungen.
Nach sechs Monaten verlangsamt sich die Bildung neuer Neuronen. Der Vernetzungsprozess zwischen den Neuronen nimmt hingegen zu, so dass erste einfache gelernte Abläufe entstehen, bei denen repetitive Reize nicht mehr berücksichtigt werden, wie zum Beispiel der Gewöhnungsprozess.
Auch wenn das Gehirn die Entwicklung im Mutterleib noch nicht abgeschlossen hat, so ist doch erwiesen, dass das Baby in der Lage ist, visuelle und auditive Unterschiede zu erfassen und dadurch “gelehrt” werden kann.
Es ist jedoch notwendig, die Grenzen dieses Prozesses zu verstehen, da die neuronalen Schaltkreise nicht miteinander verbunden sind. Nichts desto trotz wurden Veränderungen in der elektrischen Aktivität des Gehirns bei Neugeborenen beobachtet. Um diesen Lernprozess zu verdeutlichen wurden Babys miteinander verglichen, die im Mutterleib bestimmten Stimuli ausgesetzt waren und Babys, die diesen Stimuli nicht ausgesetzt waren.
Dies stellte die Universität Helsinki (Finnland) fest (Partanen et al., 2013), die 33 schwangere Frauen untersuchte, von denen die Hälfte tagsüber wiederholt ein Pseudowort hören musste, d.h. ein erfundenes Wort, das in ihrer Sprache nicht existiert, und die andere Hälfte nichts Neues hörte.
Nach der Geburt wurde das Baby mit Hilfe der Elektroenzephalogramm-Aufzeichnung, die die elektrische Aktivität des Gehirns auswertet, untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die Babys der ersten Gruppe in der Lage waren, Pseudo-Wörter zu erkennen, was auf eine gewisse Lern- und Gedächtnisleistung hindeuten würde, wodurch diese Studie die Bedeutung einer frühen Stimulation für die kognitive Entwicklung bereits vor der Geburt, während der Schwangerschaft, bestätigt.
Nach der Geburt und dank der Umweltstimulation kommt es zu einer starken Zunahme der synaptischen Verbindungen zwischen den Neuronen, die nach 6 Monaten ihre maximale Expression erreichen.
Im Alter von einem Jahr hat das Baby fast doppelt so viele Verbindungen wie ein Erwachsener, verbindet Strukturen und Bereiche fast ohne jede Art von Ordnung. Diese gehen später aufgrund mangelnder Übung verloren, dank des Phänomens der Apoptose oder des programmierten neuronalen Todes, so dass die Neuronen, die keine starken Verbindungen haben, dazu neigen, zu verschwinden, und nur die übrig bleiben, die aufgrund von Erfahrung und Lernen “nützlich” sind, was eine Ausdünnung der Kortikalis zur Folge hat. Mechanismus der Apoptose, der nicht ausschließlich Neuronen betrifft (@CopeScience, 2020) (siehe Abbildung 3).
Abbildung 3 Tweet Apoptose bei COVID-19
Untersuchungstechniken
Im Hinblick auf die Klassifizierung von Hirnanalyse-Techniken zur Erlangung eines Verständnisses kann zwischen invasiven und nicht-invasiven Techniken unterschieden werden, wobei erstere diejenigen sind, die einen direkten Eingriff auf der Hirnebene erfordern, was früher eine “übliche” Praxis war, die aber aufgrund der Entwicklung nicht-invasiver Techniken, die unter den ersteren herausstechen, zunehmend eingestellt wird:
– Stereotaktische Chirurgie, basierend auf der Kartierung von Hirnstrukturen
– Elektrokortikogramm, bestehend aus der Einführung von Elektroden unter der Kopfhaut, für eine feinere Lokalisierung der neuronalen elektrischen Aktivität
– Gewebsverletzende Methoden, bei denen eine Struktur oder ein Bereich teilweise oder vollständig verletzt wird, um ihren Einfluss auf das Verhalten der Person zu untersuchen.
– Elektrische Stimulation, bei der schwache Impulse übertragen werden, die die Signale der Neuronen in der Nähe der Elektrode verstärken und so gegensätzliche Verhaltensmodelle zu den Läsionen zeigen.
– Pharmakologische Intervention, bei der Medikamente verabreicht werden, um die Auswirkungen auf das Gehirn und auf das Verhalten zu testen. Diese können durch den Einsatz von Neurotoxinen chemisch-selektive Schäden verursachen oder durch Eingriffe an bestimmten Neurotransmittern oder Rezeptoren bestimmte Funktionen beeinträchtigen.
– Genetische Intervention, bei der das Ziel darin besteht, Gene zu eliminieren oder zu ersetzen, um die von ihnen verursachten Auswirkungen auf neuronaler und Verhaltensebene zu beobachten.
Nicht-invasive Techniken hingegen sind solche, die durch Auswertungen Rückschlüsse ermöglichen, ohne dass direkt in das Gehirn der Person eingegriffen werden muss.
– Computerisierte axiale Tomographie oder Hirnscan, ermöglicht mit Hilfe von Röntgenstrahlen dreidimensionale Bilder des Gehirns in horizontalen Schnitten zu extrahieren
– Magnetresonanztomographie, liefert hochauflösende Bilder von Wasserstoffatomen, die mittels Radiowellen aktiviert wurden.
– Diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie, durch die Traktographien auf der Hirnebene bestimmt werden können und Indikatoren wie faktorielle Anisotropie und mittlere Diffusivität erhalten werden können.
– Funktionelle MRT, bei der beobachtet wird, dass sich der Sauerstofffluss im Blut in den aktiven Bereichen des Gehirns verändert
– Positronen-Emissions-Tomographie, bei der die Hirnaktivität mit einem intravenös verabreichten Präparat beobachtet wird.
– Elektroenzephalographie, bei der die elektrische Aktivität des Gehirns auf der Ebene der Kopfhaut mit Hilfe von Elektroden ausgewertet wird.
– Magnetoenzephalographie, die die Magnetfelder
elektrischer Ströme auswertet (@fisicagrel, 2020) (siehe Abbildung 4).
