MRT-Scans zeigen Wachstumsschub des menschlichen Gehirns rund um die Geburt

Ein bislang einzigartiger Blick darauf, wie sich das menschliche Gehirn beim Verlassen des Mutterleibs an die Aussenwelt anpasst, deutet auf einen regelrechten Wachstumsschub hin.

Aus Gehirnscans geht hervor: In den ersten Lebensmonaten eines Neugeborenen führt der plötzliche Ansturm an Sinneseindrücken offenbar dazu, dass sich Milliarden neuer neuronaler Verbindungen bilden, die im Mutterleib noch nicht vorhanden waren.

Datensatz und Untersuchungsansatz rund um die Geburt

Frühere Arbeiten haben Föten und Neugeborene meist getrennt ausgewertet. Die neue Studie betrachtete dagegen die Gehirne von 140 Individuen beidseits des Übergangs von der Schwangerschaft zur Zeit nach der Geburt. Im Datensatz stecken 126 pränatale Scans, beginnend etwa 6 Monate nach der Empfängnis, sowie 58 postnatale Scans aus den ungefähr drei Monaten nach der Geburt.

„With this one-of-the-kind longitudinal dataset, we now, for the first time, have an opportunity to investigate brain changes across birth,“ sagte die Neurowissenschaftlerin Lanxin Ji von der New York University (NYU) gegenüber ScienceAlert.

„Surprisingly, there is still a major gap in our understanding of how the human brain changes during this crucial developmental phase.“

Die leitende Forscherin Moriah Thomason von der NYU gilt als weltweit führend in der Forschung zur fetalen MRT und untersucht seit Jahren die Gehirne von Müttern und ihren Kindern. Studien mit fetaler MRT sind anfällig für Verzerrungen und Signalverluste. Zudem erfassen Forschende dabei Veränderungen im Blutsauerstoffgehalt des Gehirns – dadurch ergibt sich womöglich kein vollkommenes Abbild aller kommunizierenden Neuronen, die tatsächlich vorhanden sind.

Trotz dieser Einschränkungen handelt es sich um die erste grössere Untersuchung, die prüft, wie sich ruhezustandsbezogene funktionelle MRT-Aktivität über den Geburtsübergang hinweg verändern könnte.

Ergebnisse: Wachstumsschub des menschlichen Gehirns nach der Geburt

„Our results suggest that birth is not merely a continuation of prenatal brain growth but a distinct, transformative stage that impacts future cognitive and behavioral outcomes,“ erklärte Ji.

In den Wochen nach der Geburt zeigen Modellrechnungen einen starken Anstieg an neuronalen Verknüpfungen. Das legt nahe, dass das Gehirn mit hoher Intensität versucht, neue Arten von Informationen zu verarbeiten und zusammenzuführen.

Allerdings sind nicht alle Bereiche gleich betroffen. Nach dem Verlassen des Mutterleibs entfalten sich einige Netzwerke mit besonderer Komplexität und bilden sehr viele neue neuronale Verbindungen.

Das gilt vor allem für primitive subkortikale Regionen. Sie gehören zu einer zentralen Schaltstelle, die grundlegende Lebensfunktionen unterstützt – etwa motorische Steuerung, Atmung, Blinzeln, Zusammenzucken und Verdauung.

Auch Teile des Frontallappens zeigen nach der Geburt ausgeprägte Wachstumsschübe. Dasselbe gilt für mehrere neuronale „Brücken“, die Regionen auf beiden Seiten des Gehirns verbinden, darunter die beidseitigen sensomotorischen Areale, welche Sinnesinformationen integrieren, um die Motorik zu steuern.

Die neuen Ergebnisse stützen die Hypothese, dass das menschliche Gehirn im Mutterleib bereits grundlegende neuronale Netzwerke besitzt, die vor allem mit „lokalen“ Aufgaben beschäftigt sind. Mit der Geburt werden diese lokalen Abläufe jedoch „global“: Sie treten mit Netzwerken in Kontakt, die weiter entfernt liegen als zuvor.

Umorganisation nach dem ersten Schub und weitere Forschungsfragen

Nach dem anfänglichen Wachstumsschub wird das Gehirn des Neugeborenen nach und nach umgebaut. Dabei werden ineffiziente Verbindungen zwischen Netzwerken zurückgeschnitten, während andere Verknüpfungen gestärkt werden. Das Ergebnis ist eine massive Veränderung der „Verdrahtung“ des Gehirns.

Die Geburt zählt zu den bedeutendsten Ereignissen im menschlichen Leben. Und je weiter sich die Bildgebung des Gehirns entwickelt, desto näher kommen Forschende dem Ziel, diesen Moment in einem der entscheidendsten Organe gewissermassen live zu beobachten.

„This work lays the foundation for future work regarding the maturational timing of brain functional networks spanning the perinatal period,“ sagte Ji gegenüber ScienceAlert.

„Extending from this work, one can imagine further studies examining how factors such as sex, prematurity, and prenatal adversity interact with the timing and growth patterns of children's brain network development.“

Die Studie wurde in PLOS Biology veröffentlicht.