Babys: Forscher geben Einblick ins Bewusstsein

EEG zeigt Veränderungen der Gehirnaktivität - 80 Kinder untersucht

Baby: Gehirn entwickelt sich sehr rasch
(Foto: pixelio.de, Gerrit Schmit)

Paris (pte007/19.04.2013/10:15) - Einen Blick vom Bewusstsein, das in den Gehirnen von Babys entsteht, haben Forscher der Ecole Normale Supérieure erstmals aufgezeichnet. Dies könnte bei der Über­wachung während der Narkose helfen und Einblicke in das Bewusstsein im Wachkoma oder sogar bei Tieren ermöglichen. Das menschliche Gehirn entwickelt sich während des ersten Lebensjahres sehr rasch. Das Baby gelangt von einem unbewussten Zustand in einen, in dem es die Umwelt komplett wahrnimmt.

Zweigeteiltes Muster

Das Team um Sid Kouider nutzte Verfahren der Magnet­resonanz­tomographie, um die elektrische Aktivität in den Gehirnen von 80 Kindern aufzu­zeichnen. Dabei wurden ihnen kurz Fotos von Gesichtern gezeigt. Bei Erwachsenen steht das Erkennen eines Reizes mit einem zweigeteilten Muster der Gehirnaktivität in Zusammenhang. Details der Studie wurden im Fachmagazin Science veröffentlicht.

Sofort nachdem ein visueller Reiz angeboten wird, werden Bereiche des visuellen Kortex aktiv. Rund 300 Millisekunden später werden andere Bereiche wie auch der präfrontale Kortex aktiv, die mit höheren kognitiven Vorgängen in Zusammenhang stehen. Das Bewusstsein schaltet sich nur ein, wenn der zweite Teil der neuronalen Aktivität eine bestimmte Grenze erreicht. Es handelt sich dabei um eine Alles-oder-Nichts-Reaktion.

Tests über EEG-Kappen

Erwachsene können verbal beschreiben, dass sie sich dieses Reizes bewusst sind. Ein Baby ist jedoch wie ein geschlossenes Buch. Laut Tristan Bekinschtein von der University of Cambridge wissen Forscher viel über das Bewusstsein von Menschen, die sprechen können und nur sehr wenig über jene, die dazu nicht in der Lage sind.

Für die aktuelle Studie wollten die Wissenschaftler herausfinden, ob eine ähnliche Signatur bewusster Wahr­nehmung auch bei Kindern vorhanden ist, die noch nicht sprechen können. Sie statteten Babys mit fünf, zwölf und 15 Monaten mit EEG-Kappen aus und zeichneten die Gehirnaktivität während einer Reihe rasch wechselnder Bilder auf. Bei den meisten Bildern handelte es sich um Ovale mit einem zufälligen Muster. Darunter war jedoch auch ein Gesicht, das nur zwischen 17 und 300 Millisekunden lang erkennbar war.

Andere Informationsverarbeitung

Jede Gruppe reagierte auf das Gesicht mit dem erwarteten zweigeteilten Muster. Der zweite Teil, die Aktivität mit bewusster Wahrnehmung, war jedoch bei den Kindern mit fünf Monaten viel langsamer und weniger ausgeprägt als bei jenen mit zwölf Monaten. Bei den ältesten Kindern wurde das zweite Stadium zwischen 800 und 900 Millisekunden nach dem Zeigen des Bildes erreicht. Bei den 15 Monate alten Kindern lag dieser Wert durchschnittlich bei 300 Millisekunden.

Babys verfügen laut Kouider über die gleichen Mechanismen wie Erwachsene. Sie sind allerdings sehr langsam. "Es geschehen Dinge im Gehirn. Sie können mit diesen Informationen allerdings nichts anfangen." Die Studienergebnisse liefern jedoch keinen direkten Beweis für eine subjektive Erfahrung. Die Veränderungen in der Gehirnaktivität weisen auf die Entwicklung der visuellen Wahrnehmung hin. Es ist jedoch nicht klar, ab wann das zweite Stadium so kurz ist, dass eine bewusste Wahrnehmung einsetzen kann.

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IBM: Computer in fünf Jahren mit fünf Sinnen

Kognitive Systeme werden fühlen, sehen, hören, schmecken und riechen

Viele Sensoren lassen Computer bald riechen
und schmecken (Foto: IBM Research)

Armonk (pte015/17.12.2012/11:45) - IBM hat heute, Montag, zum siebten Mal seine "5 in 5" veröffentlicht - fünf Vorhersagen, welche innovativen Technologien innerhalb von fünf Jahren allgegenwärtig werden. Dieses Jahr stehen dabei die fünf Sinne im Mittelpunkt. So erwartet der Konzern, dass haptische Technologien nicht nur virtuelle Objekte fühlbar machen, Computer in einigen Jahren wirklich Information in Bildern sehen und trotz Umgebungs­geräuschen wichtige Dinge hören können. Auch schmecken und riechen sollen gängige Funktionen werden.

"Genau wie das menschliche Gehirn über verschiedene Sinne mit der Welt interagiert, werden kognitive Systeme durch Kombination dieser Entwicklungen größeren Wert und Einsichten bedeuten", ist Bernie Meyerson, IBM VP of Innovation, überzeugt. Ob das stimmt, muss sich erst weisen. In der Vergangenheit hatte IBM mit seinen Vorhersagen nicht immer Glück, aber auch einige Volltreffer. So orakelte der Konzern 2007, dass das Handy "Geldbörse, Ticketmakler, Concierge, Bank, Einkaufshelfer und mehr" sein würde.

Sinne und Sinneseindrücke

Schon jetzt arbeiten Unternehmen wie HiWave und Tactus Technology an taktilem Feedback für Touchscreens, zudem gibt es Projekte, virtuelle Objekte beispielsweise aus MMOs fühlbar zu machen. Solche Technologien sind laut IBM in fünf Jahren nicht nur gängig, sondern wirklich ausgereift. So soll es dann beispielsweise Online-Shoppern möglich sein, das Material von Kleidungsstücken am Bildschirm zu fühlen. Möglich machen sollen das unter anderem Vibrationsmuster, womit beim Tastsinn vor allem Eindrücke für den User im Mittelpunkt stehen.

Ganz anders ist das beim Sehen und Hören, wo wirklich die Sinne der Computer heranreifen. IBM erwartet, dass Bilderkennungssysteme nicht nur Inhalte erkennen, sondern diese auch zunehmend wie Menschen interpretieren können - beispielsweise, um die bildgebende Diagnostik in der Medizin zu unterstützen. Ebenso geht der Konzern davon aus, dass Systeme in fünf Jahren blendend hören werden. So werde es möglich sein, aus einem breiten Geräuschspektrum wesentliche Informationen - etwa Gefahrenhinweise - herauszufiltern. Ausgereifte Systeme sollen sogar in der Lage sein, "Babysprache" zu verstehen und zu erkennen, was ein Kleinstkind kommunizieren will.

Computer lassen besser essen

Was den Geschmackssinn betrifft, arbeiten IBM-Forscher an einem System, das nicht nur selbst Geschmäcker erkennt. Es soll auch gleich neue, für Menschen ansprechende Kombinationen entwickeln und so nach Möglichkeit gesunde Gemüse-Gerichte begehrenswerter schmecken lassen als Chips oder Schokolade. Beim eng verwandten Geruchssinn dagegen ortet IBM insbesondere Potenzial darin, dass Computer Warnsignale erkennen können - ob nun für bestimmte Krankheiten charakteristische Körpergerüche oder Zeichen von Luftverschmutzung in städtischen Gebieten.

Letztere Vorhersage scheint durchaus realistisch, gibt es doch schon eine sehr empfindliche Nanotech-Hundenase (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/20121122028) - ob freilich alles eintrifft, ist fraglich. In der Vergangenheit lag IBMs mit seinen 5-in-5-Vorhersagen teils sehr gut, beispielsweise mit der 2007 vorhergesagten größeren Verbreitung von Fahrerassistenzsystemen in Autos oder dem in der ersten Auflage 2006 erwarteten Trend zum breiteren Einsatz von Telemedizin. Es gab aber auch Fehleinschätzungen - das damals in Aussicht gestellte verbreitete 3D-Internet lässt nach dem Abklingen des Second-Life-Hypes doch etwas länger auf sich warten.

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Kaiserschnitt verzögert Gehirnentwicklung

Kurz- und Langzeitgedächtnis profitieren von normaler Geburt

Schwangere und Neuronen: Geburt beeinflusst Entwicklung
(Bild: Yale/Helfenbein)

New Haven/Madrid/Berlin (pte018/10.08.2012/13:55) - Für das Gehirn des Neugeborenen macht es einen Unterschied, ob es das Licht der Welt per normaler Geburt oder infolge eines Kaiserschnitts erblickt. Vaginalgeburten sorgen für die Expression eines Proteins, das die Entwicklung des Hippocampus bis hin zu dessen Funktionstüchtigkeit im Erwachsenenalter verbessert, zeigen Forscher vom Madrider Instituto Cajal sowie der Yale School of Medicine in der Zeitschrift PloS ONE.

Schlüssel zur Neuronenbildung

Die Forscher um Tamas Horvath untersuchten die Auswirkungen einer natürlichen und operativen Geburt auf das Protein UCP2 (Mitochondrial uncoupling protein 2). Dieses bestimmt die Entwicklung der Neuronen und deren Netzwerke im Hippocampus, der für das Kurz- und Langzeitgedächtnis zuständigen Gehirnregion. UCP2 spielt zudem beim zellulären Stoffwechsel von Fett aus der Muttermilch mit, weshalb die Ausschüttung des Proteins bei der natürlichen Geburt den Übergang zum Stillen erleichtern dürfte, vermuten die Forscher.

Die Vaginalgeburt löst die Expression des UCP2 bei den Neuronen im Hippocampus aus, ermittelten die Forscher durch Experimente an Labormäusen, während dieser Prozess nach einer Sektio-Geburt nur abgeschwächt stattfand. Wurde das UCP2-Gen ausgeschaltet oder die Funktion des Proteins chemisch unterbunden, so beeinflusste dies die Ausdifferenzierung der Neuronen und Netzwerke im Hippocampus und schädigte auch das Verhalten im Erwachsenenalter, sofern es mit dieser Gehirnregion in Verbindung stand.

"Die Ergebnisse zeigen eine potenziell entscheidende Rolle von UCP2 in der Entwicklung von Netzwerken im Gehirn und daraus folgender Verhaltensweisen", sagt Horvath. Bewahrheitet sich die Annahme, wäre das ein brisantes Ergebnis, nehmen doch weltweit Kaiserschnitte, die nur aus Bequemlichkeit statt aus medizinischer Notwendigkeit durchgeführt werden, drastisch zu. "Dieser Trend könnte nachhaltige Folgen auf das mensch­liche Gehirn haben, die bisher völlig übersehen wurden", so der Mediziner.

Auch Atmung und Stoffwechsel beeinträchtigt

"Mäuse liefern bei vielen Krankheitsbildern sowie für die Gehirnentwicklung ein Modell, das mit über 90-prozentiger Treffsicherheit auch beim Menschen zutrifft. Vieles im Nervensystem läuft identisch ab", erklärt die Berliner Genforscherin und Entwicklungsbiologin Carmen Birchmeier-Kohler im pressetext-Interview. Aus­wirkungen der Geburtsform sind auch auf das Kleinhirn bekannt. "Tiere, die nicht durch den normalen Geburtsvorgang geboren wurden, hatten später ein unreifes Atmungszentrum."

Nachteilige Wirkung der Schnittgeburt auf die Atmung - speziell bei Frühgeborenen - sind jedoch auch für die Lunge dokumentiert (pressetext berichtete: http://bit.ly/MGcPfE). Fachexperten erklären diesen Effekt unter anderem durch den Wegfall der Resorption der Lungenflüssigkeit, die sonst bei einer Spontangeburt durch die Wehen begünstigt wird. Weitere aktuelle Studien deuten darauf, dass Kaiserschnitt-Entbundene im späteren Lebensverlauf ein höheres Adipositas-Risiko ausgesetzt sind (siehe: http://bit.ly/OPiVGa).

Originalstudie unter http://bit.ly/MXVVEI

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Internetsucht verändert Gehirn nachhaltig

Neurale Verbindungen zwischen verschiedenen Arealen gestört

Junge am Laptop: Zu viel Internet gefährlich
(Foto: pixelio.de, S. Hofschlaeger)

Wuhan (pte006/12.01.2012/10:00) - Websüchtige zeigen ähnliche Veränderungen des Gehirns wie Menschen, die von Drogen oder Alkohol abhängig sind. Zu diesem vorläufigen Ergebnis kommt eine Studie der Chinese Academy of Sciences. Das Team um Hao Lei scannte die Gehirne von 17 jungen Abhängigen und fand Ver­änderungen in ihrer Gehirnstruktur. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die in Plos One veröffentlichten Forschungsergebnisse zu neuen Behandlungsansätzen für Suchtverhalten führen können.

Weiße Substanz verändert

Internetsucht ist eine klinische Erkrankung, die durch einen außer Kontrolle geratenen Internetkonsum charakterisiert wird. Insgesamt untersuchten die Forscher die Gehirne von 35 Frauen und Männern zwischen 14 und 21 Jahren. Bei 17 wurde ein Internet-Abhängigkeits-Syndrom (IAS) festgestellt.

Grundlage für die Diagnose waren Fragen wie: "Haben Sie wiederholt erfolglos versucht, Ihren Internetkonsum zu kontrollieren, zu reduzieren oder zu beenden?" Spezialisierte Gehirnscans zeigten bei den als internetsüchtig diagnostizierten Teilnehmern Veränderungen in der weißen Substanz des Gehirns, also jenem Bereich, der Nervenfasern enthält.

Störungen bei Nervenfasern

Laut den Wissenschaftlern gab es Hinweise auf eine Störung der Verbindungen der Nervenfasern, die Gehirnbereiche miteinander verbinden, die mit Gefühlen, dem Treffen von Entscheidungen und der Selbstkontrolle in Zusammenhang stehen. Gunter Schumann vom King's College London erklärt, dass ähnliche Forschungsergebnisse auch bei Menschen vorliegen, die nach Computerspielen süchtig sind. Erstmals zeigten zwei Studien Veränderungen in den neuralen Verbindungen zwischen Bereichen des Gehirns und der Gehirnfunktion.

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Babys können mit drei Monaten Gefühle "hören"

Gehirn kann Stimmen und Emotionen bereits sehr früh verarbeiten

Baby: Frühe Unterscheidung von Gefühlen
(Foto: aboutpixel.de/Steve_ohne_S)

London (pte005/04.07.2011/10:00) - Babys können bereits mit drei Monaten auf Gefühle in der mensch­lichen Stimme reagieren. Das ist laut der Studie von King's College London und des University College London viel früher als bisher angenommen. Die Ergebnisse der Scans von 21 schlafenden Kindern legten nahe, dass das Gehirn auf verschiedene Arten von Geräuschen reagiert. Laut Declan Murphy und Evelyne Mercure war es bisher nicht erforscht, wann das Gehirn die Fähigkeit entwickelte, Stimmen und Emotionen zu verarbeiten. Details der Studie wurden in Current Biology veröffentlicht.

In der Folge erhoffen sich Wissenschaftler Aufschlüsse über die Art und Weise, in der sich autistische und nichtautistische Gehirne entwickeln. Mittels funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRI) wurde aufge­zeichnet, wie die Babys auf Aufnahmen von Geräuschen voller Emotionen reagierten. Dazu gehörten Lachen und Weinen aber auch Hintergrundgeräusche wie Wasser oder Spielzeug. Ein Teil des Gehirns, der so genannte temporale Kortex, wurde beim Abspielen von menschlichen Stimmen aktiviert. Die gleiche Region wird auch bei Erwachsenen aktiviert.

Entscheidender Fortschritt

Das limbische System des Gehirns reagierte stark auf negative oder traurige Geräusche. Es macht jedoch bei neutralen und glücklichen Geräuschen keinen Unterschied. Murphy erklärte laut BBC, dass diese Entdeckung einen entscheidenden Fortschritt in der Erforschung der kindlichen Entwicklung bedeute. Mercure ergänzte, dass es sich um einen der seltenen Nachweise dafür handle, dass im Gehirn bereits sehr früh spezialisierte Bereiche existieren. Die Wissenschaftler untersuchen zusätzlich auch die Gehirne von Babys, bei denen ein Autismusverdacht zum Beispiel durch bereits erkrankte Geschwister besteht. Sie erforschen, ab wann genau Unterschiede festgestellt werden können.

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Liebe fördert die Gehirnentwicklung

Zuneigung im Babyalter hilft lebenslang bei der Stressbewältigung

Mutter mit Baby: Liebe ist die gesündeste
Hirnnahrung (Foto: pixelio.de/Rios)

Montreal (pte003/07.02.2011/06:10) - Auch unsere Gehirne brauchen Liebe, um sich zu entwickeln. Das betonen Forscher des kanadischen Douglas Institute. In mehreren Unter­suchungen zeigen sie auf, dass die liebevolle Zuneigung der Mutter, jedoch auch des Vaters in den ersten Lebensjahren enorme Bedeutung für ein Kind hat. Je mehr Liebe es in dieser Zeit erfährt, desto besser kann es im ganzen Leben mit negativen Erfahrungen umgehen.

Nahrung und Berührung entscheiden

Eine Form dieses Liebeserweises ist für die Forscher um Claire-Dominique Walker die Menge und Qualität der Muttermilch, sowie der innige Kontakt zur Mutter. Hundewelpen, die von ihren Müttern schon vor der Geburt und in der Zeit danach besonders fettreich ernährt wurden, reagierten viel gelassener auf Stresssituationen als ihre Altersgenossen, berichtet die Zeitschrift "Developmental Psychology". Auch häufiges Ablecken durch die Mutter hatte denselben Schutzeffekt, der sogar bis ins Erwachsenenalter der Tiere anhielt.

Der Nachweis bei Menschen gelang Jens Pruessner in der Zeitschrift "Journal of Psychiatry and Neuroscience". Er bestimmte bei jungen Erwachsenen das Stressniveau von Psyche und Körper und erhob das Niveau des Stresshormons Cortisol im Blut. Zur Überraschung des Forschers war wenig Cortisol sowohl bei den als Kind sehr geliebten als auch bei den vernachlässigten zu finden. Bei der ersten Gruppe ging das allerdings auf hohen Selbstwert zurück, bei der zweiten auf sehr geringen", so Pruessner. Cortisol zeige somit nur in Verbindung mit psychologischen Tests die Gefahr einer Stresserkrankung an.

Immunsystem stärker

Dass Umarmungen, Küsse und deutlich gezeigte Zuneigung der Eltern später Belastungen leichter ertragbar machen, berichtete schon im Vorjahr Joanna Maselko im "Journal of Epidemiology and Community Health". Ein Psychologe bewertete dabei während einer Routineuntersuchung, wie gut Mütter auf Gefühle und Bedürfnisse ihres Kindes reagierten. Im späteren Erwachsenenleben konnten geliebte Kinder deutlich besser mit allen Arten von Leid umgehen (siehe: http://www.pressetext.com/news/100727010/).

Eine Studie in "Molecular Psychiatry" beweist hingegen, dass man Folgen der liebenden Fürsorge von Vater oder Mutter auch in einer besseren Funktion des Immunsystems findet. "Die Wirkungen guter Elternschaft setzen auch Gesundheitsrisiken außer Kraft, die schlechte soziale Bedingungen mit sich bringen. Das sieht man sogar bis auf der Ebene der Gene", berichtet Studienleiter Steven Cole (siehe: http://www.pressetext.com/news/100521004/).

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Männer haben das schlechtere Gedächtnis

Frauen erinnern sich weit länger an Begriffe

Frauen können sich Wörter weit besser einprägen
(Foto: pixelio.de/van Melis)

London (pte034/17.03.2010/15:00) - Männer werden oft als das vergessliche Geschlecht dargestellt. Das ist auch zurecht so, sagen Forscher der University of London. Als sie das Gedächtnis von 50-jährigen Frauen und Männern testeten, schnitten erstere deutlich besser ab. "Die Studie bezieht sich allein auf das Erinnerungsvermögen von Wörtern, während organisatorisches oder perspektivisches Gedächtnis nicht erhoben wurde. Dennoch überraschten die Ergebnisse", berichtet Studienleiter Brian Dodgeon im pressetext-Interview.

Frauen merken sich Dinge lange

Die 10.000 Menschen, die an der Studie teilnahmen, hörten in einem ersten Test zehn Wörter, die sie nach zwei und fünf Minuten möglichst vollständig aus dem Gedächtnis wiedergeben sollten. Frauen schlugen die Männer zuerst um fast fünf Prozent, im zweiten Test waren es bereits acht Prozent. Auch bei der Aufgabe, vorgegebene Buchstaben aus einer Matrix herauszu­finden, hatten die Frauen die Nase vorne, wenngleich mit mehr Fehlern als Männer. Erst als es im vierten Test möglichst viele Tiere in einer Minute zu nennen galt, kamen beide Geschlechter einheitlich auf 22 Antworten.

Warum es zu diesen Unterschieden kommt, ist noch nicht geklärt. "Andere Studien weisen darauf hin, dass der höhere Östrogenspiegel der Frau den Hippocampus besser versorgt", so Dodgeon. Diese Gehirnregion sei für das Wortgedächtnis verantwortlich. Für den Tiernamen-Test hingegen komme es auf die Organisationsfähigkeit an. "Hier schneidet gut ab, wer Kategorien bilden kann, wie etwa 'Tiere im Haus und am Bauernhof, Tiere im Wasser oder am Land."

Sport und Rauchverzicht lohnt sich

Noch genauere Aussagen erlaubte die Tatsache, dass die Studie Teil einer Langzeiterhebung war. "Überprüft wurden alle Menschen, die in Großbritannien innerhalb einer bestimmten Woche im Jahr 1958 geboren wurden. Seither beobachtet man sie regelmäßig, wodurch Folgen von Sport, Ernährung, Rauchen, Alkohol und Depression auf das Gehirn abgeschätzt und die Ergebnisse auch um soziale Faktoren korrigiert werden", erklärt Dodgeon.

Es zeigte sich, dass die Lebensführung das Gedächtnis entscheidend beeinflusst. Nichtraucher und auch Ex-Raucher schnitten deutlich besser ab als aktive Raucher, während Alkohol in kleinem Umfang die Erinnerungsleistung leicht hob. Als Vorteil zeigte sich auch die Bewegung. "Wer mindestens einmal pro Monat schwimmt oder läuft, steigert sein Erinnerungsvermögen allein dadurch um bis zu sieben Prozent", so der britische Forscher.

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