Das sich entwickelnde Gehirn ist nicht nur eine verkleinerte Version von der eines Erwachsenen, sondern ist auch dazu geschaffen, sich auf die äußere Welt vorzubereiten. Es hat Strukturen und Funktionen, deren einzige Aufgabe es ist, die grundlegenden Schaltkreise für das Leben nach der Geburt zu schaffen, die dann verschwinden, wenn sie ihre Pflicht erfüllt haben. Wir wissen aus dem Studium von Frühgeborenen, dass das Gehirn bereits in diesem frühen Stadium sehr aktiv ist, aber in einer Weise, die für diese Lebenszeit sehr spezifisch ist.

Tierversuche haben gezeigt, dass unreife Gehirnzellen ganz von selbst abfeuern, ein bisschen wie Schrittmacherzellen im Herzen. Das Abfeuern dieser Zellen ist extrem koordiniert, so dass es die ersten Anweisungen für die Verdrahtung und Wartung der neuronalen Schaltkreise des Gehirns liefern kann. Dies sind grundlegende erste Schritte, die, wenn sie unterbrochen oder gestört werden, kann den ganzen Prozess verändern, durch den das Gehirn reift. Angesichts ihrer Bedeutung wollten wir diese Schritte bei Frühgeborenen untersuchen.

Bursts der Aktivität

Da die Nervenzellen innerhalb des Gehirns über elektrische Signale miteinander kommunizieren, können wir diese Aktivität als "Gehirnwellen" mit Hilfe von EEG-Sensoren (Elektroenzephalographie) am Kopf messen. Einige von uns am University College London haben diese Methode in den letzten 20-Jahren erfolgreich angewendet Aktivität während der Anfälle und zu untersuchen, wie das Gehirn eines Babys es verarbeiten kann Berührung und Schmerz noch vor der Zeit der normalen Geburt.

EEG kann auch verwendet werden, um die Aktivität im Gehirn eines Frühgeborenen zu erfassen, wenn er sich ausruht, und gezeigt hat es besteht aus enormen Ausbrüchen, die normalerweise zu keiner anderen Zeit zu sehen sind. Aber während wir schon lange wissen, wie die Aktivität mit EEG aussieht und wann es passiert, haben wir nie gewusst, wo im Gehirn die Aktivität tatsächlich stattfindet.

Der Schlüssel zur Lösung dieser Frage war die Kombination von EEG-Aufnahmen mit funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT). Wenn Neuronen im Gehirn feuern, benötigen sie Brennstoff (Sauerstoff und Glukose), der über die Blutbahn in einen "aktiven" Bereich gebracht wird.

Mit fMRT können Veränderungen des Sauerstoff- und Blutflusses im gesamten Gehirn mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern genau gemessen werden. Dies ist jedoch nur auf einer Zeitskala, die der MRT-Scanner und relativ träge Blutflussänderungen ermöglichen. Daher war die Kombination von EEG (die schnelle elektrische Aktivität messen kann, aber Mühe, sie zu lokalisieren) und fMRI (die die gekoppelte langsame Durchblutung misst, aber präzise lokalisieren kann) ideal, um herauszufinden, wo die Aktivitätsstöße von innen her kommen Frühgeborenes Gehirn.

Entdeckung der Insel

Diese Art von Experiment war noch nie zuvor durchgeführt worden und wir wussten, dass es eine große Herausforderung sein würde. Daher haben wir mit einem Team am King's College in London zusammengearbeitet, das über umfangreiche Erfahrungen und Kenntnisse über fMRI-Methoden verfügt. Wir haben die Gehirnaktivität von zehn Frühgeborenen aufgezeichnet, während sie mit den beiden Techniken gleichzeitig geschlafen haben.

Und die ersten Daten in unserer Studie, veröffentlicht in eLife, schlug vor, wo die vorzeitigen Gehirnwellen erzeugt wurden.

Jedes Baby hatte häufige Aktivitätsausbrüche in ihrem EEG und mit fMRT konnten wir sehen, dass die meisten von ihnen aus einer versteckten pyramidenförmigen Hirnregion stammten die Insel. Dies ist eine Insel des Kortex ("Insula" ist Latein für Insel), die bei Erwachsenen sehr unterschiedliche Rollen abdeckt, da sie grundlegende physische Informationen mit emotionalen, kognitiven und motivationalen Signalen zusammenbringt.

Wir haben in unserer Studie gezeigt, dass diese spezifische Hirnregion - der bislang wenig Beachtung geschenkt wurde - auch eine wichtige Rolle bei der Erzeugung der kritischen Aktivität spielt, die das sich entwickelnde Gehirn prägt. Tatsächlich wächst es schneller als andere Gehirnregionen und bildet Verbindungen mit dem Rest des Gehirns während des letzten Schwangerschaftstrimenons im Mutterleib. Wie früh ein Baby ist und Freizeit-Drogenkonsum in der Schwangerschaft haben eine negative Auswirkung auf diese Hirnregion.

Die Rate der Frühgeburten steigt in vielen europäischen Ländern und besonders in Großbritannien, wo die Anzahl der Babys, die bei 22-25 geboren wurden, in den letzten Jahren geboren und auf die Intensivstation gebracht wurde wurde um 44% erhöht.

Diese Säuglinge überleben dank moderner Fortschritte in der Krankenhausversorgung eher, sind aber einem größeren Risiko für neurologische Entwicklungsprobleme ausgesetzt. Dies könnte daran liegen, dass sie zu früh geboren wurden und ihr Gehirn gerade nicht bereit ist, da es noch jene Entwicklungsschritte durchläuft, die in der geschützten Umgebung der Gebärmutter hätten passieren sollen. Als Ergebnis ist das Frühgeborenen-Gehirn anfälliger für Verletzungen, die zu Behinderungen führen können.

Es ist daher von grundlegender Bedeutung zu verstehen, wie sich das sich entwickelnde Gehirn um die Versorgung dieser gefährdeten Bevölkerung kümmert. Und unsere Ergebnisse können neue und aufregende Möglichkeiten bieten, um zu beobachten, wie sich das Gehirn und seine Aktivität bei Frühgeborenen entwickeln, und ein neues Verständnis davon, wie früh eine Verletzung letztendlich zu Behinderungen führt.

Über den Autor

Lorenzo Fabrizi, MRC-Forschungsstipendiat, UCL und Tomoki Arichi, Clinical Senior Lecturer im Zentrum für das sich entwickelnde Gehirn, King 's College London

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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