Wie Berührungen und Bewegungen zur Hirnentwicklung beitragen

Anton Sirota

Neurowissenschaftler des Exzellenzclusters CIN der Universität Tübingen klärt gemeinsam mit französischen Kollegen im Tierexperiment neuronale Entwicklungsprozesse während der frühen Hirnentwicklung auf.

Jede werdende Mutter spürt die Bewegungen des ungeborenen Kindes, je weiter die Schwangerschaft fortschreitet. Man weiß, dass die Häufigkeit dieser Bewegungen des Kindes eng mit der körperlichen Fitness des Kindes nach der Geburt verknüpft ist. Was ist die funktionelle Bedeutung dieser irregulären und unkoordinierten Bewegungen für die Entwicklung des Gehirns des Kindes‘ Und was sind die neuronalen Prozesse, die der Entwicklung des Gehirns als Folge dieser Bewegungen zugrunde liegen’ Diesen Fragen gehen die Wissenschaftler Anton Sirota vom Exzellenzcluster Werner Reichardt-Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) der Universität Tübingen und Rustem Khazipov vom Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM) in Frankreich in einer langen und intensiven Zusammenarbeit nach. In einer Studie an neugeborenen Ratten, die in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsjournals SCIENCE am 14. Oktober veröffentlicht wird, konnten sie nun nachweisen, dass dieser Prozess von sogenannten frühen Gamma Oszillationen im sich entwickelnden Gehirn kontrolliert wird.

In der ersten Lebenswoche nach der Geburt sind Ratten in der Entwicklung Kindern während der letzten drei Schwangerschaftsmonate sehr ähnlich. Neugeborene Ratten zeigen sporadisch zuckende Bewegungen ähnlich denen des Kindes im Mutterleib. Die spontanen Zuckungen und auch Berührungen dienen dazu, eine neuronale topographische Karte der einzelnen Körperteile im Gehirn auszubilden. So führt jede Stimulation eines Barthaars (ausgelöst durch ein Zucken der Schnauze oder die spontane Berührung mit der Mutter oder den Geschwistern), zu einem eindeutigen neuronalen Aktivitätsmuster, das die Autoren mit ,,Early (frühe) Gamma Oszillation" (EGO) bezeichnen. Die EGO sind auf die Einheit des thalamo-kortikalen Netzwerks im Gehirn beschränkt, die genetisch darauf programmiert ist, dieses eine Barthaar zu repräsentieren. Die sensorische Information des Barthaars und die neuronale Aktivität während der Entwicklung sind für den Aufbau einer funktionellen topographischen Repräsentation der sensorischen Information notwendig. Die hohe Frequenz der EGO von etwa 40 Hertz ist wichtig für die Verstärkung der neuronalen Verbindungen. Jede Wiederholung der Bewegung verknüpft so immer mehr die Neurone des Kortex und des Thalamus zu einer topographischen funktionellen Einheit. Wenn das Gehirn und die neuronale Maschinerie heranreift, verschwinden die EGO nach und nach und werden durch die Gamma Oszillationen ersetzt, die für die Bindung und andere integrative Funktionen im erwachsenen Gehirn sorgen.
 

Marat Minlebaev, Matthew Colonnese, Timur Tsintsadze, Anton Sirota, and Roustem Khazipov (2011). Early Gamma Oscillations Synchronize Developing Thalamus and Cortex. Science 334(6053):226-229