Einfluss von Umweltchemikalien auf die Gehirnentwicklung

Die Entwicklung des menschlichen Gehirns und des Nervensystems sind extrem empfindlich, da sie sich über den Zeitraum vom Embryonalstadium bis zur Pubertät erstrecken. Untersuchungen ergaben, dass die Gehirnentwicklung von Kindern auch in europäischen Industrieländern von Substanzen beeinträchtigt wurden, die sich in ihrer Mutter angereichert haben und während der Schwangerschaft auf den Fötus übertragen wurden. Man schätzt, dass etwa zehn Prozent aller neurologischen Verhaltensstörungen vollständig oder teilweise von Chemikalien mit neurotoxischen Effekten verursacht werden, z.B. die in vielen Ländern verbotenen polychlorierten Biphenyle (PCB) und bromierten Flammschutzmittel, die sich in Videos, Fernsehern, Computern, Polsterbezügen, Autositzen und Möbeln befinden.

Eine WWF-Studie fasst neuere wissenschaftliche Untersuchungen zusammen, die zeigen, dass synthetische chemische Substanzen die Gehirnentwicklung und Motorik von Kindern schon in minimalen Konzentrationen beeinträchtigen, wie sie bereits im menschlichen Blut nachgewiesen wurden. Diese Substanzen führen zu einer geringeren Gedächtnisleistung, verminderter visueller Wahrnehmung, weniger entwickelter Bewegungsfähigkeit,und zu niedrigeren Intelligenzquotienten. Zusätzlich steigt die Zahl von Störungen wie das Aufmerksamkeitsdefizitsyndrom (ADHS) und der Autismus an. Aus der Studie geht hervor, dass 70 Prozent der meistgenutzten Chemikalien bisher nicht oder nur unzureichend auf ihre Effekte auf Gehirn und Nervensystem geprüft wurden und daher ein unbekanntes Risiko für die kindliche Entwicklung darstellen.

Veränderungen des Gehirns während der Pubertät

Bisher hatte man geglaubt, bis zum fünften Lebensjahr sei die Myelinbildung im Zentralnervensystem nahezu abgeschlossen. Der Neurologe Jay Giedd (National Institutes of Health, Maryland) wies jedoch nach, dass das menschliche Gehirn zu Beginn der Pubertät einen regelrechten Wachstumsschub erlebt - vor allem im präfrontalen Cortex, in dem Impulse und Regungen gehemmt oder gesteuert werden. Myelin, das die weiße Gehirnsubstanz bildet, tritt im Lebensalter von zehn bis zwanzig Jahren um volle 100 Prozent mehr auf. Dieses Myelin hüllt die Axone ein, die langen Fortsätze der Nervenzellen im Gehirn. Die Nerven-Signale laufen dadurch 30 mal schneller - sie erreichen eine Geschwindigkeit von 100 Metern pro Sekunde. Allerdings hat diese Effizienz ihren Preis: Gehirnverbindungen sind nun starrer und nicht mehr so flexibel. Bei Kleinkindern ist das noch nicht der Fall. Deshalb haben sie nicht die geringste Schwierigkeit, Fremdsprachen zu lernen. Sie lernen Vokabeln und Grammatik quasi im Spiel. Der amerikanische Hirnforscher Harry Chugani fragt sich daher, warum sich Schüler erst in der kritischen Phase des Gehirns daran machen müssen, in der Schule Sprachen zu lernen. Die Hirnforschung sagt: eindeutig zu spät.  

Nach neuesten Forschungen sorgt der Botenstoff Neurokinin B im Gehirn dafür, dass mehrere Hormone kaskadenartig freigesetzt werden, die dann die Entwicklung zur Geschlechtsreife auslösen.

In der Pubertät wird auch der Corpus callosum verstärkt, der die linke und rechte Hirnhälfte verbindet. Der Hormonschub trägt zur Geschlechtsdifferenzierung auch im Gehirn bei, dass Knaben im Durchschnitt ein besseres räumliches Vorstellungsvermögen entwickeln. Die Zirbeldrüse schüttet das Hormon Melatonin in diesem Alter auch später am Tag aus, was erklären könnte, dass Jugendliche zum langen Aufbleiben neigen.

Paul Thompson (Universität von Kalifornien) stellte bei einer Vergleichsuntersuchung von 23 eineiigen sowie 23 zweieiigen Zwillingen fest, dass die menschliche Intelligenz stark von der Qualität der Axone abhängt, vor allem von der isolierenden Schicht aus Myelin: je dicker diese Schicht ist, desto schneller werden die Nervenimpulse weitergeleitet, was der intellektuellen Leistung förderlich ist. Die Beschaffenheit des Myelins in vielen Teilen des Gehirns ist genetisch festgelegt wird.

In einer Studie fand der Neurologe Robert McGivern (San Diego State University, Kalifornien), dass ungefähr ab dem elften Lebensjahr ein Umbau von Nervenverbindungen im Gehirn stattfindet. Diese Neustrukturierung des Gehirns - vor allem im Stirnhirn - könnte an den wechselnden Launen und Gemütslagen pubertierender Teenager Schuld sein. Damit verlören diese viel von ihrer Fähigkeit, die Gefühle anderer Menschen und soziale Szenarien einzuschätzen. Daraus resultiere Unsicherheit und Verwirrung in emotionalen Situationen, sodass Teenager gereizt und launisch reagierten. Erst mit etwa 18 Jahren erreiche das soziale Gespür wieder sein ursprüngliches Niveau. In der Studie wurden 300 Zehn- bis 22-Jährigen Porträts von Menschen gezeigt, deren Gesichtsausdruck beurteilt werden sollte. Kinder und Jugendliche in der Pubertät benötigten viel länger für ihre Einschätzung und machten häufiger Fehler. Der Umbau des Stirnhirns, in dem unter anderem moralische Erwägungen und impulsives Verhalten kontrolliert würden, sei eine mögliche Ursache typischen Teenager-Verhaltens. Jugendliche verarbeiten Reize aus der Außenwelt vermutlich ganz anders als Erwachsene und vor allem bei emotionalen Informationen reagieren Jugendliche eher aus dem Bauch heraus. Möglicherweise interpretieren Jugendliche die sorgenvolle Miene des Vaters als wütend und reagieren automatisch mit Aggression.

Nicht nur Fehlurteile und Risikobereitschaft sind für junge Menschen typisch, sondern Pubertierende reagieren auch stärker auf Belohnungen als Kinder oder Erwachsene. Nach neueren Untersuchungen sind es hier ebenfalls vor allem entwicklungsbedingte biologische - insbesondere die Gehirnstrukturen betreffende - Unterschiede, die Einfluss auf das unüberlegte Verhalten junger Menschen haben, wobei diese in dem Alter von einer Überaktivität des mesolimbischen Dopaminsystems in ihrem Gehirn getrieben werden, das auch für Suchtverhalten entscheidend ist.

Die Reifung des jugendlichen Gehirns geschieht übrigens nicht gleichmäßig, sondern von hinten nach vorne, denn dieser Prozess beginnt im Kleinhirn und endet im Stirnlappen. Da der Stirnlappen vor allem für Kommunikation, für die Planung von Handlungen und das Unterdrücken von Impulsen zuständig ist, können diese spezifischen Funktionen während dieser Zeit beeinträchtigt sein. Jugendliche bewerten soziale Situatioenn einfach völlig anders, vor allem, wenn es um Entscheidungen geht. Die Amygdala macht aus rationalen Überlegungen immer wieder emotionale Gefühlsausbrüche, denen man als Erwachsener meist unvermittelt gegenüber steht. Die Pubertät ist auf Grund dieser gehirnorganischen Entwicklungen für Jugendliche wie für Eltern eine Zeit voller Missverständnisse und für beide Seiten anstrengend, da die geforderten vernunftorientierten Entscheidungen bei den Jugendlichen kaum stattfinden.

1896 beschrieben die russischen Ärzte Bechterew und Chrustchew erste Anwendungen von Röntgenstrahlen in der Neurologie. Seither wurden immer leistungsfähigere Apparate entwickelt, um das lebende Gehirn bei der Arbeit zu beobachten. Wie auch in vielen anderen Bereichen wurden hier die bahnbrechenden Fortschritte durch die Entwicklung der Elektronik und der Computertechnik ermöglicht.

Heute sind bildgebende Verfahren jene Methoden, mit denen hirnanatomische Strukturen mit Hilfe von Messwerten rekonstruiert und dreidimensional visualisiert werden. Die Grundlage für kognitive Prozesse sind Veränderungen in der Gehirnaktivität, die sich auf neuronale Aktivitäten zurückführen lassen. Damit verbunden sind in den entsprechenden Arealen erhöhte Hirndurchblutung sowie vermehrte Stoffwechselaktivität. Diese Faktoren lassen sich lokalisieren, messen und darstellen. Entscheidend bei der visuellen Umsetzung ist das Lambert-Beer Gesetz, das besagt, dass jedes Gewebe mit der Änderung des funktionalen Zustandes auch seine optischen Eigenschaften ändert. Wenn Lichtquanten auf Gewebe treffen, werden sie je nach Durchblutung und Stoffwechselzustand, verschieden stark reflektiert oder absorbiert. Die bildliche Erfassung wird somit möglich.

Diese Neuroimaging-Methoden erlauben also den Forschern nach ihrem eigenen Selbstverständnis, einen Blick ins Gehirn machen zu können und sogar nach den neuronalen Spuren von Persönlichkeitsstrukturen zu fahnden. Zwei große Entwicklungen prägen daher die moderne Neurowissenschaft: Zum einen gewinnen die Forscher immer präzisere Erkenntnisse über die molekularbiologischen Vorgänge im menschlichen Gehirn, zum anderen ermöglichen immer leistungsfähigere Bildgebungsverfahren, diese Hirnfunktionen besser zu verstehen.

Der entscheidende Durchbruch gelang mit der Erfindung computergestützter Schnittbildverfahren. Dabei wird der Körper Schicht für Schicht mit Röntgenstrahlen oder Radiowellen abgetastet. Eines dieser Verfahren ist die sog. Positronen-Emissions-Tomographie (PET).

Bei dieser Methode werden zunächst in einem Zyklotron chemische Substanzen oder auch körpereigene Stoffe wie Traubenzucker radioaktiv markiert. Diese Substanzen werden dann in den Blutkreislauf injiziert. Danach wird das Gehirn mit einen PET-Scanner durchleuchtet. Der Computer errechnet aus den Daten zwei- oder dreidimensionale Bilder. Diese zeigen, wie sich die radioaktive Substanz im Gehirn ausbreitet. Mit unterschiedlichen Substanzen kann durch PET der Blutfluss sowie der Sauerstoff- und Traubenzucker-Stoffwechsel sichtbar gemacht werden. Blutfluss sowie Sauerstoff- und Traubenzucker-Stoffwechsel spiegeln das Ausmaß der Aktivität einzelner Gehirnregionen wieder. Und so können wichtige Erkenntnisse über die Physiologie und Neurochemie des arbeitenden Gehirns gewonnen werden.

Heute ist offensichtlich kaum mehr eine Wissenschaft vor der Invasion durch die Hirnforschung sicher, denn es scheint keine Forschungsdisziplin mehr zu geben, die sich nicht mit der Vorsilbe "Neuro-" modernisieren und mit der Aura vermeintlicher Beweisbarkeit veredeln liesse. Angefangen von der Neurophilosophie, Neurotheologie, Neuroethik, Neuroökonomie, Neuromarketing, Neuropsychoanalyse bis zur Neuroedukation. Jedes dieser neuen Fächer behauptet mehr oder minder selbstbewusst, die ursprünglichen Wissenschaften mit den "neuesten Erkenntnissen aus der Hirnforschung" zu versorgen. Der "Homo cerebralis" erscheint am Wissenschaftshorizont und der Mensch wird mehr oder minder auf die Funktionsweise eines einzigen Organs zu reduziert. Mit verantwortlich dafür ist eben vor allem die die funktionelle Magnetresonanztomografie. Moderne Bildgebungsverfahren wie die funktionelle Magnetresonantomografie (fMRT) erlauben es angeblich, das Gehirn beim Denken zu beobachten. Zunächst untersuchten die Hirnforscher mittels fMRT die grundlegenden Funktionen wie Motorik, Aufmerksamkeit oder Sprache, doch seit einigen Jahren wird diese Methode auch für das Studium höherer kognitiver Funktionen verwendet, etwa der Verarbeitung von Emotionen im Gehirn.

Viele Forscher halten aber den Aussagewert der funktionellen Bildgebung für äußerst begrenzt, denn diese liefert überhaupt keine Aussagen über die Ursachen eines bestimmten Verhalten, sondern bloß über die Aktivierung einer bestimmten Region des Gehirn, wobei klar ist, dass sich kognitive Phänomene in der Regel nicht eindeutig bestimmten Hirnregionen zuordnen lassen. Bewusstes Erleben ist ein dynamisches Zusammenspiel verschiedener Bereiche des Gehirns und gerade die so wichtige zeitliche Auflösung ist beim Neuroimaging mehr als bescheiden. Heftige Kritik wird auch an den angewandten statistischen Methoden geübt, denn viele Bildgebungsstudien werden ohne jede Ausgangshypothese gemacht, vielmehr fischt man einfach einmal im Trüben und tut dann so, als hätte man von Anfang an gewusst, wonach man sucht. Die so wichtigen Kreuzvalidierungen fehlen in den meisten Studien.

Zwischen den unzähligen molekularbiologischen Forschungsarbeiten - manche Wochenendbeilagen von Tageszeitungen sind voll davon! - und dem wahren Verständnis der Hirnfunktionen klafft daher immer noch eine große Lücke und von einer umfassenden Theorie des menschlichen Denkens ist die Hirnforschung noch immer sehr weit entfernt.

Felix Hasler (Universität Zürich) formuliert das pointiert so: "Wer im 21. Jahrhundert noch ernsthaft an die autonome Existenz einer Seele glaubt, riskiert, als hoffnungslos reaktionär und unaufgeklärt zu gelten. Und so haben sich mittlerweile schon viele zähneknirschend von den veralteten Vorstellungen von autonomem Geist und freiem Willen verabschiedet. Immerhin — auch als evolutionsgesteuerter Bioautomat ohne tieferen Sinn und Zweck lässt es sich im Alltag ganz gut leben. Und mit der konsequenten Umsetzung im Alltag hapert es ohnehin. Unwahrscheinlich schliesslich, dass wir eines Tages sagen werden: 'Boah, mein Gyrus fusiformis ist heute wieder mal mies durchblutet, ich hätte ja vorhin meinen Nachbarn fast nicht erkannt.'"

Ein neuer Ansatz ist der Einsatz von leistungsfähigen Supercomputern, auf denen ein detailgetreues Abbild eines kleinen Teils der Großhirnrinde simuliert werden kann. Die Simulation soll das Zusammenwirken von tausenden dieser Zellen detailgetreu nachbilden. Doch auch diese Computersimulationen gelten als umstritten.

Neuromarketing ist ein relativ neues und vor allem aus ethischen Gründen kontrovers diskutiertes Teilgebiet des Marketing, in dem psychologische und neuro-physiologische Erkenntnisse für das Marketing untersucht und interpretiert werden, ähnlich wie in den neuen Entwicklungen Neuroökonomie und Neurokommunikation.

Coca Cola ließ 2003 Konsumenten mit dem fMRI durchleuchten, um herauszufinden, wie das Getränk im Gehirn ankommt. Trank der Proband im Blindtest Coca Cola und Pepsi, dann aktivierte Pespi im Schnitt fünfmal stärker das Lustzentrum Nucleus Acumbens als Coca Cola. Wussten die Konsumenten jedoch, was sie verkosteten, dann änderte sich das Bild dramatisch: Coca Cola ließ das Großhirn aufleuchten (Pepsi aber nicht), der den Nucleus Acumbens zum Schweigen brachte. Wussten die Konsumenten, welche Marke sie tranken, dann bevorzugten sie überwiegend Coca Cola.

Grundgedanke des Neuromarketing sind Erkenntnisse der Hirnforschung, die zeigt, dass 70 bis 80 Prozent aller Entscheidungen vollkommen unbewusst vom Gehirn getroffen werden. Im Kaufhaus bestimmen oft nicht der Einkaufszettel, sondern das Sonderangebot und gut platzierte Produkte die Kaufentscheidungen. Da das Gehirn Außenreize unbewusst bewertet, um eine emotionale Entscheidung zu treffen, kann ein Käufer durch das Design einer Verpackung stark beeinflusst werden. Besonders Farben und Gerüche haben emotionale Bedeutungen, aber auch sogar wie sich ein Produkt anfühlt, beeinflusst die Kaufentscheidung.

Einige Firmen setzten so sehr auf Neuromarketing, dass sie ihre Produkte verändern, etwa wenn eine Fluglinie einen Duft entwerfen läßt, der zwar kaum wahrnehmbar ist, aber die Reisenden entspannt und in Urlaubslaune bringt.

Quelle:
NeuroReport

Forscher wiesen nach, dass das Gehirn außergewöhnlich intensiv auf musikalische Reize reagiert. Wenn uns Musik zutiefst berührt und die Gänsehaut über den Rücken jagt, aktiviert sie dieselben Gehirnarreale, die für Belohnung zuständig sind, die auf Stimuli wie Sex, Schokolade oder Rauschdrogen reagieren.
Beim Singen vertieft sich die Atmung, es kommt zur besseren Sauerstoffversorgung des Körpers und des Gehirns, das Herz-Kreislauf-System wird angekurbelt. Regelmäßig Singende sind daher im Schnitt körperlich wie seelisch gesünder als nicht Singende. Eine Studie (Universität Kalifornien) ergab, dass die Speichelproben von 32 Mitgliedern eines Chores nach der Aufführung von Beethovens Missa Solemnis einen Anstieg des Immunglobulins A von 240 Prozent hatten. Ähnliche Wirkung konnte man bei einer Untersuchung mit leukämiekranken Kindern nach 30-minütigem Singen nachweisen. Wer mehrmals täglich ein Lied anstimmt, stärkt seine Abwehrkraft, besonders dann, wenn er sich geärgert hat. Bereits fünf Minuten Ärger verringern das Immunglobulin A für einige Stunden.
Die Chronobiologie zeigt, dass Gesundheit mit dem harmonischen Zusammenschwingen von Rhythmen wie von Puls, Atmung, Blutdruck, hormonellen Zyklen etc. zusammenhängt. Bei Krankheit und Stress ist die Synchronisierung gestört. Musikalische Schwingungen, wie z.B. beim Mantra-Singen, können durch Resonanzprozesse helfen, Körperrhythmen in Einklang zu bringen.
Singen kann auch helfen, negative Emotionen wie Trauer, Angst, Depression, Aggression in positive Gefühle und konstruktive Gedanken umzuwandeln. Beim Singen wird ein Glückscocktail aus antidepressiven Botenstoffen wie Serotonin, Noradrenalin, Beta-Endorphin und Oxytocin ausgeschüttet. Gleichzeitig nehmen Stresshormone ab. Singen kann daher unter Umständen wie Psychotherapie wirken.

Quelle: OÖnachrichten vom 26.05.2008

Quelle: Journal of Neuroscience 2008, 28, S. 9495.

Die Psychologin Eveline Crone (Universität Leiden) zeigte in Untersuchungen mittels Magnetresonanztomographie (MRT), dass die Gehirnregionen im Stirnhirn und im Schläfenlappen, die für die mentale Kontrolle zuständig sind, bei acht- und neunjährigen Kindern stark auf positives und kaum auf negatives Feedback reagieren. Bei Zwölf- bis Dreizehnjährigen und bei Erwachsenen im Alter von 18 bis 25 Jahren ist genau das Gegenteil der Fall: Die Kontrollregionen sind bei negativem Feedback besonders aktiv und reagieren bei einer positiven Rückmeldung wenig. Vermutlich ist es für jüngere Kinder leichter zu begreifen, dass sie etwas richtig gemacht haben, während es wesentlich komplizierter ist zu erkennen, dass man etwas falsch gemacht und dann noch aus diesem Fehler lernt. Dieser Unterschied zwischen jüngeren und älteren Kindern kommt vermutlich durch eine Kombination von Gehirnreifung und durch Lernerfahrungen zustande.

Gehirn, Leistung und Persönlichkeit

Die Rolle des Striatum

Quelle:
http://news.bbc.co.uk/
2/hi/health/8471182.stm (10-01-20)

Michael Cohen et al. (2008) berichten in "Nature Neuroscience" über ihre Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen der Vernetzung neuronaler Strukturen und und Persönlichkeitsmerkmalen. Zunächst ermittelten sie in Persönlichkeitstest, ob die Probanden besonders neugierig waren und ob sie besonders großen Wert auf Anerkennung legten. Danach prüften sie mittels Magnetresonanztomographie die Nervenstrangverbindungen des Striatums, also jenen Bereich im Großhirn, in dem sich das Belohnungszentrum befindet. Es zeigte sich, dass bei Menschen mit einem ausgeprägten Sinn für Neugierde das Striatum besonders stark mit dem Hippocampus verbunden war. Bei Versuchspersonen mit einem hohen Bedürfnis nach Anerkennung durch andere war eine ausgeprägte Verknüpfung mit dem Stirnlappen vorhanden.

Die Fähigkeit, in Videospielen erfolgreich zu sein, hängt nach einer amerikanischen Studie ebenfalls mit der Größe des Striatum zusammen, also jener Region des Gehirns, die für das Lernen und das Abrufen von Gewohnheiten verantwortlich ist. Probanden mussten 300 Runden des Spiels "Space Forttress" - ein Spiel, bei dem man mit einem Schiff eine Festung einnehmen soll - für die Dauer von je 3 Minuten spielen. Dieses Spiel wird auch für das Überprüfen des Erinnerungsvermögens, der motorischer Fähigkeiten und der Lerngeschwindigkeit genutzt. Probanden mit einem großen Striatum erlernten viel schneller dieses Videospiel und waren erfolgreicher darin, die richtigen Prioritäten zu setzen.

Bei einer wissenschaftlichen Untersuchung mit 39 ProbandInnen (10 Männer, 29 Frauen), die in einem Computerspiel jeweils ein Single-Player-Ziel erreichen und Gegenstände verschieben mussten, schnitten die TeilnehmerInnen mit einem größeren Nucleus accumbens, einem Teil des so genannten Belohnungssystems, deutlich besser ab. Die besten Spieler waren aber jene mit einer Vergrößerung des Nucleus caudatus und des Putamen, zwei Kerngebiete des Großhirns. Eine Vergrößerung in diesem Bereich sorgt dafür, dass neue Fähigkeiten in Spielen, die Anpassung an eine Umgebung und das Ausführen von Befehlen wesentlich schneller erfolgen können. Diese Personen konnten im Test mehrere Aufgaben gleichzeitig erledigen.