Gehirn Und Pandemie: Eine Aktuelle Betrachtungsweise

Untersuchungen am Gehirn waren schon immer ein fester Bestandteil der Wissenschaft. Hinweise darauf reichen bis in die Zeit der Ägypter zurück, die Spuren von Trepanationen im Schädel hinterließen, die sie durchführten, um den Patienten von seinen Problemen zu “befreien”, eine Praxis, die bis zur Entwicklung der Medizin als Wissenschaft beibehalten wurde (Collado-Vazquez & Carrillo, 2014).

Die ersten anatomisch-deskriptiven Studien an postmortalen Gehirnen erlaubten die Differenzierung von Hirnlappen, Furchen und Spalten auf der Ebene der Hirnrinde und die Identifizierung subkortikaler Strukturen, die trotz der geringen Größe einiger Gehirne sichtbar waren.

Die Entwicklung des Mikroskops ermöglichte die Entdeckung der Histologie, auch als mikroskopische Anatomie bekannt, wodurch man schließlich beginnt, die Zellen des Gehirns zu studieren, um sie später zu klassifizieren und die Regionen zu bestimmen, in denen sie am häufigsten auftreten. Dank von Verfärbungen und Kontrasten, wie z.B. mit Goldchlorid oder Silberchromat ist es gelungen, die Struktur der Schichten sowie die Formen der sich in den Schichten befindenden Neuronen zu skizzieren.

Abbildung 1 Tweet Neuronen unter dem elektronischen Mikroskop

Mit elektronischen Mikroskopen, die eine fünftausendmal höhere Auflösung als optische Mikroskope haben, ist es heute möglich, Mitochondrien, den Golgi-Apparat und andere innere Strukturen von Neuronen sowie Proteinen zu beobachten (@rafaelsolana2, 2020) (siehe Abbildung 1).

Dazu muss man sagen, dass es heutzutage vollkommen normal ist, über Neurowissenschaften und das Gehirn zu sprechen, aber das war nicht immer so, denn es handelt sich um ein Wissensgebiet, das erst vor relativ kurzer Zeit entstanden ist; obwohl man streng genommen nicht sagen kann, dass die Neurowissenschaft als solche existiert, sondern es handelt sich vielmehr um eine Reihe von Beiträgen aus vielen Wissensgebieten, die den Kern der Neurowissenschaften bilden und unterstützen; Wenn man also den Untersuchungsgegenstand, das Nervensystem und seine Aktivität, betrachtet, kann man verstehen, dass dieser die Anatomie, die Biochemie, aber auch die Genetik und sogar die Psychologie umfasst.

Auch wenn sie sich ursprünglich als eine Spezialisierung der Medizin herausgebildet haben mag, wäre es heute unmöglich, sie aus der anatomophysiologischen Analyse des Nervensystems von all den Beiträgen zu separieren, die ihr aus anderen Wissensgebieten zugeflossen sind.

Ebenso dienen die Neurowissenschaften nicht nur der Erklärung der Funktionsweise des Nervensystems und seines wichtigsten Organs, des Gehirns, sondern sie befasst sich auch mit mehreren Teilbereichen, wie z.B. Neuromarketing, Neuroökonomie (Terán & López-Pascual, 2019), Neuropharmakologie, Neuropsychologie, Neuroanatomie oder Neurolinguistik, um nur einige zu nennen.

Die Bedeutung dieses Forschungsgebietes beruht auf der Tatsache, dass es dank ihm möglich ist, vielmehr darüber zu wissen, wie eine Person und eine Gesellschaft funktioniert, sowie mehr Erkenntnisse über wichtige Entwicklungsstörungen wie die Autismus-Spektrum-Störung oder neurodegenerative Krankheiten wie die Alzheimer-Krankheit zu erlangen.

Ein Wissensgebiet, an dem Forscher aus der ganzen Welt beteiligt sind, das Tag für Tag neue Informationen bietet, die nur neue Fragen aufwerfen, auf der Suche nach dem Verständnis des komplexesten Organs des menschlichen Körpers, des Gehirns.

In der Studie betreffend eines besseren Verständnisses zur Entwicklung von Hochbegabten oder Menschen mit starken Leistungskapazitäten scheint die Erforschung des Gehirns ein wenig weit entfernt vom Interesse der Gesellschaft zu sein, die sensibler für andere Probleme ist und versteht, dass die “Klügsten” in der Lage sein werden, aus eigener Kraft zu “überleben” und “weiterzukommen”, indem sie die Politik auf die Personen mit besonderen Bedürfnissen konzentriert, mit denen sie “wirklich” zurechtkommen müssen, so dass diese das gleiche Niveau wie die anderen erreichen und sich so weit wie möglich verbessern können.

Auf der anderen Seite gibt es Gesellschaften, die sich um diese Gruppe kümmern, indem sie ihre Politik auf die Früherkennung und spezifische Ausbildung richten, um die Fähigkeiten dieser Personengruppe zu verbessern, wie eine Art der Investition in ihre eigene Zukunft seitens der Gesellschaft, in dem Wissen, dass diese Menschen diejenigen sein werden, die morgen in der Lage sein werden, die auftretenden Probleme durch neue Fortschritte und Entdeckungen zu lösen.

Zwei Konzeptionen, die auf unterschiedlichen Ansätzen von Intelligenz basieren, die erste würde eine eher biologische darstellen, bei der man davon ausgeht, dass eine Person aufgrund einer genetischen Veranlagung diese ihr ganzes Leben lang haben wird und dies ihre Entwicklung “erleichtert”.

Die zweite hingegen, ohne die genetische Veranlagung abzulehnen, geht davon aus, dass man sich durch Anstrengen und Üben erarbeiten muss, die maximale Entwicklung seiner Fähigkeiten zu erreichen, die es dem jeweiligen Menschen erlaubt, ein “großer” Arzt, Musiker oder Wissenschaftler zu werden, aber haben die Hochbegabten unterschiedliche Gehirne?

Dies haben wir versucht, mit einer Studie herauszufinden, unter Beteiligung des Biomedizinischen Forschungsinstitutes August Pi i Sunyer (IDIBAPS); der Schule Oms y Prat, Fundació Catalunya; der Stiftung Oms; des Zentrums für diagnostische Bildgebung des Krankenhaus Klinikums; der Gruppe für Daten- und Signalverarbeitung; und der Forschungsgruppe zum Umgang mit Digitalen Medien der Universität Vic; in Zusammenarbeit mit dem Institut für Neurowissenschaften und der Abteilung für Klinische Psychologie und Psychobiologie der Universität Barcelona (Spanien) und der Einheit für Hirnkartierung der Abteilung für Psychiatrie der Universität von Cambridge (England) (Solé-Casals et al., 2019).

An der Studie beteiligten sich 29 Kinder mit einem Durchschnittsalter von 12 Jahren, die mit der Wechsler-Intelligenzskala für Kinder bewertet (Wechsler, 2012) wurde. 15 hochbegabte Kinder mit einem IQ über 145 mit Perzentilen über 90% in Gedächtnisleistung, Räumlichen, Rechnerischen und Abstrakten Denken sowie Sprachverständnis; und der Rest mit einem IQ bis 126, der als Kontrollgruppe fungierte.

An allen Kindern wurde ein MRT im Ruhezustand durchgeführt, um die Merkmale der Gehirne beider Gruppen zu vergleichen.

Die Ergebnisse zeigen anatomische Unterschiede zwischen den beiden altersgleichen Gruppen, die im Falle der Hochbegabten Strukturen einer globalen und integrierten Vernetzung enthalten, d.h. es entsteht eine topologische Konzentration auf neuronaler Ebene, die ihre Effizienz im Vergleich zur Kontrollgruppe erhöht, welche eine weiträumigere und diffusere Verbreitung aufweist.

Auf diese Weise führen die Gehirne der Hochbegabten nicht nur eine effizientere Verarbeitung in bestimmten Bereichen durch, sondern auch eine schnellere und effizientere Kommunikation zwischen diesen Bereichen und Integration von Informationen, was beispielsweise eine größere Kapazität des Arbeitsgedächtnisses ermöglicht, die wiederum die Beteiligung verschiedener Regionen erfordert, um eine vorgegebene Aufgabe verfolgen und erledigen zu können.

Eine der Einschränkungen der Studie bestand darin, dass sie nur Jungen einbezog und die Analyse der Gehirne von Mädchen ausließ, und dass sie nur die Gehirne von Rechtshändern analysierte, wobei der Anteil der Rechtshänder unter den Begabten viel geringer ist als in der Allgemeinbevölkerung.

Trotz der zuvor erwähnten Tatbestände, erlaubt uns die Studie zu verstehen, wie hochbegabte Kinder eine größere Gehirnkapazität zur Verarbeitung von Informationen erlangen, was nicht unbedingt mit besseren akademischen Ergebnissen zusammenhängt.

Obwohl sich die Autoren nicht zum “Ursprung” dieser Unterschiede äußern, da sie weder die Rolle der Genetik noch die der Umwelt bewerten, ist klar, dass es dem Bildungssystem obliegt, die notwendigen Anreize für die Entwicklung des neuronalen Potenzials des Kindes zu geben.

Entwicklung des Gehirns

Die Gehirnentwicklung ist genetisch determiniert, so dass sich die neuronalen Strukturen von Mensch zu Mensch “wiederholen”, was eine morphologische Identifizierung ermöglicht, wobei dies nicht bedeutet, dass die Gehirne gleich sind, sondern dass sie aufgeteilt sind in Lappen, Areale und Regionen, sowie Hirnfurchen, -abschnitte oder -ventrikel.

In der Tat haben die ersten postmortalen anatomischen Studien des Gehirns die Ähnlichkeiten und Unterschiede der Gehirne von Menschen, die eine gewisse Pathologie erlitten hatten, genau untersucht, um sie mit gesunden Gehirnen zu vergleichen und so zu versuchen, die neuronalen Auswirkungen der jeweiligen Pathologie zu verstehen (Haines, Faaa, & Mihailoff, 2019).

So ist einer der bekanntesten Fälle in der Geschichte der Fall von Phineas Gage, der einen Arbeitsunfall in der Mine erlitt, bei dem ihm eine Stange, mit der er arbeitete, den Schädel durchbohrte. Von da an änderte sich sein Verhalten, er war sprunghaft, unberechenbar und sogar rücksichtslos.

Die postmortale Studie erlaubte es uns, die betroffenen Bereiche zu erforschen, insbesondere den linken Frontallappen, was es uns ermöglichte, die ersten Hypothesen über die Rolle des Frontallappens bei der Kontrolle von Impulsen, dem Urteilsvermögen sowie seiner Beteiligung an Aufgaben der Planung, Koordination, Ausführung und Überwachung von Verhalten aufzustellen (Echavarría, 2017).

Gegenwärtig erlauben uns die Fortschritte in der Technik, die Arbeit des Gehirns bei bestimmten Funktionen in Echtzeit zu beobachten, was es ermöglicht hat, nicht nur die beteiligten Hirnareale, sondern auch die Kommunikationswege zwischen kortikalen und subkortikalen Bereichen bestimmter Prozesse zu erkennen, unabhängig davon, ob sie eher physiologischer oder kognitiver Art sind, angewandt auf das Gebiet der Medizin, erlaubt es uns, das Gehirn der Patienten mit dem “normalen” Gehirn zu vergleichen und so festzustellen, wo das “Problem” jeweils liegt, was besonders zum Zeitpunkt der Operation wichtig ist, wenn andere Behandlungen nicht die erwartete Wirksamkeit zur Lösung des “Problems” zeigen. Die Differenzen in Morphologie oder Dichte geben dem Neurologen Anhaltspunkte für die Pathologien, an denen ein bestimmter Patient leiden kann. So hat die Mikroskopie im Falle der Alzheimer-Krankheit ermöglicht, das Vorhandensein von senilen Plaques und neurofibrillären Verwachsungen zu überprüfen. Ebenso ist aus der makroskopischen Anatomie der Dichteverlust der neuronalen Strukturen und die Vergrößerung der Ventrikel charakteristisch für diese Krankheit (@evafersua, 2009) (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2 Tweet Gehirn mit Alzheimer

Obwohl die Erforschung des Gehirns bisher als statisch und zeitlich unveränderlich betrachtet wurde, ist diese Vorstellung sehr weit von der Realität entfernt. Tatsächlich lassen sich bei der Entwicklung des Gehirns zwei klar festgelegte Stadien unterscheiden, nämlich vor und nach der Geburt, so dass das menschliche Gehirn im Gegensatz zu anderen Spezies zum Zeitpunkt der Geburt noch unvollendet ist, was bedeutet, dass es weniger unabhängig ist und länger Pflege und Schutz benötigt.

Die neuronale Entwicklung kann bereits ab der vierten Schwangerschaftswoche beobachtet werden, ab diesem Zeitpunkt beginnt ein beschleunigter Prozess der Zellneubildung, Zellmigration, Differenzierung und Spezialisierung, um anschließend die axonalen Verbindungen zwischen ihnen herzustellen (Portellano, 2000).

Das Nervensystem entwickelt sich aus dem Neuralrohr, wo es sich etwa in der vierten Schwangerschaftswoche in drei Hirnbläschen teilt, das Rhombencephalon, das Mesencephalon und das Prosencephalon.

Bereits in der fünften Schwangerschaftswoche entstehen die fünf Bläschen, aus denen sich das Gehirn entwickeln wird, wobei sich das Rhombencephalon in das Metencephalon (Pons und Cerebellum) und das Myelencephalon spaltet (Medulla oblongata oder Bulbus); aus dem Mesencephalon entstehen Pedunculi cerebri und vier Hügel, von denen die zwei oberen mit dem Sehen und die zwei unteren mit dem Hören verbunden sind; das Prosencephalon wird in zwei geteilt, das Diencephalon (Thalamus, Hypothalamus, Subthalamus, Epithalamus und dritter Ventrikel) und das Telencephalon (Hirnhälften).

Nach drei Monaten Schwangerschaft ist das Nervensystem bereits ausreichend ausgebildet, um die ersten grundlegenden Reflexe, wie z.B. die Bewegung der Gelenke, auszuführen.

Im Alter von vier Monaten sind die Augen und Ohren bereits ausgebildet, und das Baby kann auf Licht und Geräusche von außen reagieren.

Mit fünf Monaten beginnen die ersten kontrollierten Bewegungen.

Nach sechs Monaten verlangsamt sich die Bildung neuer Neuronen. Der Vernetzungsprozess zwischen den Neuronen nimmt hingegen zu, so dass erste einfache gelernte Abläufe entstehen, bei denen repetitive Reize nicht mehr berücksichtigt werden, wie zum Beispiel der Gewöhnungsprozess.

Auch wenn das Gehirn die Entwicklung im Mutterleib noch nicht abgeschlossen hat, so ist doch erwiesen, dass das Baby in der Lage ist, visuelle und auditive Unterschiede zu erfassen und dadurch “gelehrt” werden kann.

Es ist jedoch notwendig, die Grenzen dieses Prozesses zu verstehen, da die neuronalen Schaltkreise nicht miteinander verbunden sind. Nichts desto trotz wurden Veränderungen in der elektrischen Aktivität des Gehirns bei Neugeborenen beobachtet. Um diesen Lernprozess zu verdeutlichen wurden Babys miteinander verglichen, die im Mutterleib bestimmten Stimuli ausgesetzt waren und Babys, die diesen Stimuli nicht ausgesetzt waren.

Dies stellte die Universität Helsinki (Finnland) fest (Partanen et al., 2013), die 33 schwangere Frauen untersuchte, von denen die Hälfte tagsüber wiederholt ein Pseudowort hören musste, d.h. ein erfundenes Wort, das in ihrer Sprache nicht existiert, und die andere Hälfte nichts Neues hörte.

Nach der Geburt wurde das Baby mit Hilfe der Elektroenzephalogramm-Aufzeichnung, die die elektrische Aktivität des Gehirns auswertet, untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die Babys der ersten Gruppe in der Lage waren, Pseudo-Wörter zu erkennen, was auf eine gewisse Lern- und Gedächtnisleistung hindeuten würde, wodurch diese Studie die Bedeutung einer frühen Stimulation für die kognitive Entwicklung bereits vor der Geburt, während der Schwangerschaft, bestätigt.

Nach der Geburt und dank der Umweltstimulation kommt es zu einer starken Zunahme der synaptischen Verbindungen zwischen den Neuronen, die nach 6 Monaten ihre maximale Expression erreichen.

Im Alter von einem Jahr hat das Baby fast doppelt so viele Verbindungen wie ein Erwachsener, verbindet Strukturen und Bereiche fast ohne jede Art von Ordnung. Diese gehen später aufgrund mangelnder Übung verloren, dank des Phänomens der Apoptose oder des programmierten neuronalen Todes, so dass die Neuronen, die keine starken Verbindungen haben, dazu neigen, zu verschwinden, und nur die übrig bleiben, die aufgrund von Erfahrung und Lernen “nützlich” sind, was eine Ausdünnung der Kortikalis zur Folge hat. Mechanismus der Apoptose, der nicht ausschließlich Neuronen betrifft (@CopeScience, 2020) (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3 Tweet Apoptose bei COVID-19

Untersuchungstechniken

Im Hinblick auf die Klassifizierung von Hirnanalyse-Techniken zur Erlangung eines Verständnisses kann zwischen invasiven und nicht-invasiven Techniken unterschieden werden, wobei erstere diejenigen sind, die einen direkten Eingriff auf der Hirnebene erfordern, was früher eine “übliche” Praxis war, die aber aufgrund der Entwicklung nicht-invasiver Techniken, die unter den ersteren herausstechen, zunehmend eingestellt wird:

– Stereotaktische Chirurgie, basierend auf der Kartierung von Hirnstrukturen

– Elektrokortikogramm, bestehend aus der Einführung von Elektroden unter der Kopfhaut, für eine feinere Lokalisierung der neuronalen elektrischen Aktivität

– Gewebsverletzende Methoden, bei denen eine Struktur oder ein Bereich teilweise oder vollständig verletzt wird, um ihren Einfluss auf das Verhalten der Person zu untersuchen.

– Elektrische Stimulation, bei der schwache Impulse übertragen werden, die die Signale der Neuronen in der Nähe der Elektrode verstärken und so gegensätzliche Verhaltensmodelle zu den Läsionen zeigen.

– Pharmakologische Intervention, bei der Medikamente verabreicht werden, um die Auswirkungen auf das Gehirn und auf das Verhalten zu testen. Diese können durch den Einsatz von Neurotoxinen chemisch-selektive Schäden verursachen oder durch Eingriffe an bestimmten Neurotransmittern oder Rezeptoren bestimmte Funktionen beeinträchtigen.

– Genetische Intervention, bei der das Ziel darin besteht, Gene zu eliminieren oder zu ersetzen, um die von ihnen verursachten Auswirkungen auf neuronaler und Verhaltensebene zu beobachten.

Nicht-invasive Techniken hingegen sind solche, die durch Auswertungen Rückschlüsse ermöglichen, ohne dass direkt in das Gehirn der Person eingegriffen werden muss.

– Computerisierte axiale Tomographie oder Hirnscan, ermöglicht mit Hilfe von Röntgenstrahlen dreidimensionale Bilder des Gehirns in horizontalen Schnitten zu extrahieren

– Magnetresonanztomographie, liefert hochauflösende Bilder von Wasserstoffatomen, die mittels Radiowellen aktiviert wurden.

– Diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie, durch die Traktographien auf der Hirnebene bestimmt werden können und Indikatoren wie faktorielle Anisotropie und mittlere Diffusivität erhalten werden können.

– Funktionelle MRT, bei der beobachtet wird, dass sich der Sauerstofffluss im Blut in den aktiven Bereichen des Gehirns verändert

– Positronen-Emissions-Tomographie, bei der die Hirnaktivität mit einem intravenös verabreichten Präparat beobachtet wird.

– Elektroenzephalographie, bei der die elektrische Aktivität des Gehirns auf der Ebene der Kopfhaut mit Hilfe von Elektroden ausgewertet wird.

– Magnetoenzephalographie, die die Magnetfelder

elektrischer Ströme auswertet (@fisicagrel, 2020) (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4 Tweet über Magnetoenzephalographie

Es kann auch eine Unterscheidung vorgenommen werden zwischen direkten und indirekten Untersuchungstechniken des Gehirns, wobei erstere diejenigen sind, die direkt mit dem Gehirn arbeiten, entweder mit invasiven oder nicht-invasiven Methoden, d.h. alle Techniken, die im vorigen Abschnitt besprochen wurden.

Indirekte Techniken hingegen erfassen die Funktionsweise des Gehirns, ohne dass eine direkte oder schlussfolgernde Beobachtung erforderlich ist, und nicht so sehr die Strukturen des Gehirns. D.h. es geht dabei darum, die Ausführung verschiedener Aufgaben zu untersuchen und so die kognitive Funktion zu überprüfen.

Evaluationen, die dann unerlässlich werden, wenn direkte Untersuchungstechniken keine klaren Informationen zum Thema liefern, wie dies in den frühen Stadien einiger neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer der Fall ist (Ocaña Montoya, Montoya Pedrón, & Bolaño Díaz, 2019).

Einige dieser Techniken sind im Hinblick auf die Erforschung neurologischer Probleme generisch, während andere versuchen zu prüfen, ob eine Verschlechterung bestimmter kognitiver Funktionen, sei es der Aufmerksamkeit, des Gedächtnisses oder der Sprache, vorliegt oder nicht, wie zum Beispiel beim Stroop-Test.