Wissenschaftler enthüllen fünf wichtige Momente, in denen sich Ihr Gehirn dramatisch verändert

Neurowissenschaftler der Universität Cambridge berichten, dass das menschliche Gehirn fünf „große Epochen” durchläuft, während es sich von der frühen Entwicklung bis ins hohe Alter neu vernetzt. Jede Phase spiegelt eine andere Art und Weise wider, wie das Gehirn das Denken, Lernen und Verhalten unterstützt, während wir wachsen, reifen und schließlich einen altersbedingten Rückgang erleben.

Ein Team der MRC Cognition and Brain Sciences Unit in Cambridge analysierte MRT-Diffusionsscans von 3.802 Personen im Alter von 0 bis 90 Jahren. Diese Scans verfolgen die Bewegung von Wasser durch das Gehirngewebe, was den Forschern hilft, die Netzwerke zu kartieren, die eine Region mit einer anderen verbinden.

Ihre Ergebnisse, die in Nature Communications veröffentlicht wurden, zeigen, dass die Struktur des Gehirns fünf große Phasen durchläuft. Vier wichtige „Wendepunkte” trennen diese Phasen voneinander und markieren Altersstufen, in denen das Gehirn eine bedeutende Umstrukturierung durchläuft.

Kindheit, Jugend und ein langsamer Weg zum Erwachsenenalter

Die erste Epoche erstreckt sich von der Geburt bis zum Alter von etwa neun Jahren, wenn ein wichtiger Wendepunkt in die Phase der Adoleszenz überleitet. Diese Phase der Adoleszenz dauert viel länger als erwartet und setzt sich im Durchschnitt bis zum Alter von etwa 32 Jahren fort.

Anfang der Dreißigerjahre wandelt sich die Verdrahtung des Gehirns zu einer adulten Konfiguration. Dies ist die längste Phase, die mehr als drei Jahrzehnte andauert. Ein dritter Wendepunkt im Alter von etwa 66 Jahren markiert den Beginn einer Phase des „frühen Alterns”, während die letzte Phase des „späten Alterns” im Alter von etwa 83 Jahren einsetzt.

„Wir wissen, dass die Verdrahtung des Gehirns für unsere Entwicklung entscheidend ist, aber uns fehlt ein Gesamtbild davon, wie sie sich im Laufe unseres Lebens verändert und warum”, sagte Dr. Alexa Mousley, eine Gates-Cambridge-Stipendiatin, die die Forschung leitete. „Diese Studie ist die erste, die wichtige Phasen der Verdrahtung des Gehirns im Laufe des menschlichen Lebens identifiziert.”

Diese Phasen liefern einen wichtigen Kontext dafür, worin unser Gehirn in verschiedenen Lebensphasen am besten ist oder wofür es anfälliger ist. Sie könnte uns helfen zu verstehen, warum sich manche Gehirne an wichtigen Punkten im Leben anders entwickeln, sei es in Form von Lernschwierigkeiten in der Kindheit oder Demenz im Alter.

Frühes Gehirnwachstum: Synapsen, Konsolidierung und rascher Wandel

Vom Säuglingsalter bis zur Kindheit wird das Gehirn durch „Netzwerkkonsolidierung“ geprägt. Babys bilden eine enorme Anzahl von Synapsen, den Verbindungspunkten zwischen Neuronen. Mit der Zeit bleiben nur die aktivsten Verbindungen erhalten, während die übrigen eliminiert werden.

Während dieser Zeit folgt das gesamte Gehirn einem konsistenten Muster der Neuverdrahtung. Die graue und weiße Substanz wachsen schnell und bringen die kortikale Dicke (den Abstand zwischen der äußeren grauen Substanz und der inneren weißen Substanz) auf ihren höchsten Punkt. Die Falten der Großhirnrinde stabilisieren sich ebenfalls und bilden die Rillen, die auf der Außenfläche zu sehen sind.

Im Alter von neun Jahren erreicht das Gehirn seinen ersten großen Wendepunkt. In diesem Alter entwickeln sich die kognitiven Fähigkeiten rasant, aber auch das Risiko, bestimmte psychische Erkrankungen zu entwickeln, steigt.

Adoleszenz: Steigende Effizienz und besser organisierte Netzwerke im Gehirn

Die zweite Epoche, die Adoleszenz, ist durch ein kontinuierliches Wachstum der weißen Substanz gekennzeichnet. Mit der Ausdehnung dieser Bahnen wird die Organisation der Kommunikationsnetzwerke immer feiner. MRT-Diffusionsscans zeigen eine geordnetere Wasserbewegung im Gewebe, was auf stärkere und besser koordinierte Verbindungen hindeutet.

Diese Phase zeichnet sich durch eine steigende Effizienz bei der Signalübertragung sowohl innerhalb einzelner Regionen als auch im gesamten Gehirn aus. Diese Verbesserungen stehen in Zusammenhang mit einer Steigerung der kognitiven Leistungsfähigkeit.

„Die neuronale Effizienz ist, wie man sich vorstellen kann, durch kurze Wege gut vernetzt, und die Pubertät ist die einzige Phase, in der diese Effizienz zunimmt“, so Mousley. Diese Veränderungen erreichen ihren Höhepunkt in den frühen Dreißigern, was Forscher als den „stärksten topologischen Wendepunkt“ im gesamten Leben bezeichnen.

Im Alter von etwa 32 Jahren sehen wir die deutlichsten Richtungsänderungen in der Verdrahtung und die größte Gesamtverschiebung in der Entwicklung im Vergleich zu allen anderen Wendepunkten. Während die Pubertät einen klaren Anfang darstellt, ist das Ende der Adoleszenz wissenschaftlich viel schwieriger zu bestimmen. Rein auf der Grundlage der neuronalen Architektur haben wir festgestellt, dass jugendliche Veränderungen in der Gehirnstruktur etwa Anfang dreißig enden.

Erwachsenenalter: Stabilität und allmähliche Kompartimentalisierung

Mit etwa 32 Jahren beginnt das Erwachsenenalter. Diese Phase ist im Vergleich zu früheren Lebensabschnitten relativ stabil, und etwa dreißig Jahre lang treten keine weiteren größeren Wendepunkte auf. Den Forschern zufolge deckt sich dies mit einem „Plateau in Bezug auf Intelligenz und Persönlichkeit“, das in anderen Studien beschrieben wird.

Sie stellten außerdem eine zunehmende „Segregation” während dieser Zeit fest, was bedeutet, dass verschiedene Gehirnregionen beginnen, auf deutlichere und spezialisiertere Weise zu arbeiten. Der nächste Wendepunkt, etwa im Alter von 66 Jahren, ist viel subtiler. Obwohl er keine dramatischen strukturellen Veränderungen mit sich bringt, beobachtete das Team dennoch bedeutende Verschiebungen in der Netzwerkorganisation.

„Die Daten deuten darauf hin, dass eine allmähliche Umstrukturierung der Gehirnnetzwerke Mitte der sechziger Jahre ihren Höhepunkt erreicht”, sagte Mousley. „Dies hängt wahrscheinlich mit dem Alterungsprozess zusammen, bei dem die Konnektivität weiter abnimmt, da die weiße Substanz zu degenerieren beginnt. In diesem Alter sind Menschen einem erhöhten Risiko für eine Vielzahl von Gesundheitsproblemen ausgesetzt, die das Gehirn beeinträchtigen können, wie beispielsweise Bluthochdruck.”

Spätes Alter: Abnehmende globale Konnektivität und regionale Abhängigkeit

Der letzte Wendepunkt kommt im Alter von etwa 83 Jahren und signalisiert den Beginn der letzten Epoche der Gehirnstruktur. Obwohl die Datenmenge für diese Phase begrenzt ist, fanden die Forscher ein klares Muster. Das Gehirn wird global weniger vernetzt und hängt stärker von bestimmten Regionen ab. „Rückblickend haben viele von uns das Gefühl, dass unser Leben von verschiedenen Phasen geprägt war. Es stellt sich heraus, dass auch das Gehirn solche Phasen durchläuft“, sagte der leitende Autor Prof. Duncan Astle, Professor für Neuroinformatik in Cambridge.

„Viele neurologische Entwicklungsstörungen, psychische Erkrankungen und neurologische Erkrankungen hängen mit der Verdrahtung des Gehirns zusammen. Tatsächlich lassen Unterschiede in der Verdrahtung des Gehirns Schwierigkeiten bei der Aufmerksamkeit, der Sprache, dem Gedächtnis und einer ganzen Reihe verschiedener Verhaltensweisen vorhersagen.“

„Das Verständnis, dass die strukturelle Entwicklung des Gehirns keine Frage eines stetigen Fortschritts ist, sondern vielmehr eine Frage einiger weniger wichtiger Wendepunkte, wird uns helfen, zu erkennen, wann und wie seine Verdrahtung anfällig für Störungen ist.“ Die Forschung wurde vom Medical Research Council, der Gates Foundation und der Templeton World Charitable Foundation unterstützt.