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Story

Das Gehirn wächst an seinen Aufgaben

07. Januar 2021

Das menschliche Gehirn ist ein äusserst komplexes Gebilde. Es entsteht schon lange vor der Geburt, reift dann über viele Jahre und ist nie fertig. Deshalb hören wir nie auf zu lernen – vom Baby- bis ins Greisenalter.

Text: Helga Kessler​

Was Hänschen nicht lernt, lernt Hans nimmermehr, besagt ein altes Sprichwort. Will heissen: Was wir in der Jugend nicht gelernt haben, können wir uns im Alter nicht mehr aneignen. Andererseits heisst es «Zum Lernen ist man nie zu alt». Was stimmt denn nun? Hören wir irgendwann auf zu lernen? Oder ist es eine Frage des Willens und der Übung? Die Antwort ist kompliziert, wie alles, was mit unserem Denkorgan zusammenhängt. Es gibt kein komplexeres Gebilde als das menschliche Gehirn. Und es gibt kein Organ, das sich derart stark laufend verändert. Der Prozess beginnt schon lange vor der Geburt – und er endet erst mit dem Tod. Das Gehirn entwickelt sich bereits in der dritten Schwangerschaftswoche – zu einem Zeitpunkt, an dem die meisten Frauen noch nicht wissen, dass sie schwanger sind. Aus einer Platte von Zellen am Rücken des Embryos entsteht das künftige Nervensystem mit dem Gehirn. Zuerst bildet sich eine Vertiefung, die sich später zum Neuralrohr schliesst, dem Vorläufer des Rückenmarks. Am vorderen Ende der Zellplatte formen sich drei Ausstülpungen, die Hirnbläschen, aus denen sich zukünftig das Gehirn, Augen, Riechorgan und Ohren entwickeln. Der Embryo hat sich inzwischen in der Gebärmutterschleimhaut eingenistet. Er ist nun etwa zwei Millimeter gross.

Fötus: massenhaft neue Nervenzellen

Schon in der vierten Woche sind die beiden Gehirnhälften sichtbar, nach sechs Wochen ist das Neuralrohr geschlossen, erste Hirnstrukturen, darunter das Kleinhirn und die Grosshirnrinde, sind entstanden. In der neunten Woche, der Embryo ist jetzt etwa zwei Zentimeter gross, winzige Finger und Zehen sind schon zu erkennen, beginnt das Rückenmark, erste Bewegungen zu steuern. Das Gehirn sieht jetzt aus wie eine zusammengekrümmte Eidechse. Ab der zehnten Woche, wenn die inneren Organe angelegt sind, spricht man vom Fötus. Die «graue Substanz» des Gehirns wächst nun besonders schnell: Pro Minute entwickeln sich circa 250’000 neue Nervenzellen oder Neuronen, die sich vernetzen und Signale über den ganzen Körper verteilen. Nach drei Monaten ist der Fötus etwa fünf Zentimeter gross, der Kopf erscheint riesig. Strukturen im Klein-, Mittel- und Hinterhirn sind schon gut ausgebildet, aber die Grosshirnrinde ist noch weitestgehend glatt. Weil nun aber vor allem die hintere Grosshirnhälfte rasant wächst und der Platz begrenzt ist, bilden sich um die 24. Woche die ersten Furchen, und es entsteht die für das menschliche Gehirn typische Faltenstruktur. Dieser Prozess, der sich auch nach der Geburt fortsetzt, vergrössert die Oberfläche um ein Vielfaches und schafft Platz für höhere Funktionen wie Denken und Handeln, die sich später ausbilden. Bereits ab der 25. Woche kann der Fötus schmecken, ab der 26. hören und ab der 32. sehen.

Baby: wahllose Kontakte

Wenn das Baby zur Welt kommt, ist sein Gehirn mit geschätzten 100 Milliarden Nervenzellen ausgestattet. Allerdings ist das Babygehirn noch keineswegs fertig entwickelt. Ganz im Gegenteil: Gehirn und Kopf wachsen nun sichtbar. 300 Gramm wiegt das Gehirn bei der Geburt, 750 Gramm am Ende des ersten Lebensjahrs und 1300 Gramm im fünften Lebensjahr. Das liegt auch daran, dass die Nervenfasern, die die «weisse Substanz» bilden, nun mit der Myelinscheide isoliert und dadurch dicker werden. Die Signale flitzen nun noch schneller durchs Gehirn. Gleichzeitig knüpfen die Nervenfasern untereinander massenhaft Kontakte, Synapsen genannt. Bis zum dritten Lebensjahr explodiert die Zahl der Verknüpfungen förmlich auf unvorstellbare 200 Billionen, allerdings geschieht das eher planlos. So wie ein Baby wahllos Gegenstände packt und in den Mund steckt, vernetzt sich nun das Gehirn – als wollte es erst mal ausprobieren, was ein neuer Kontakt bringt.

Alles, was sich als unnütz herausstellt, wird bald wieder abgebaut. Insgesamt entstehen aber mehr neue Verbindungen, als bereits geknüpfte verschwinden: Deshalb haben Dreijährige in ihrem Gehirn doppelt so viele Synapsen wie Erwachsene. Neue Informationen wie Wörter oder auch Bewegungsabläufe können sie nun besonders leicht aufnehmen. Auch können sie zwar schon gut hören und sehen oder fühlen, aber das Kurzzeitgedächtnis ist noch nicht voll ausgereift. Erst ab etwa drei Jahren können kleine Kinder Erfahrungen speichern – und sich später daran erinnern.

Pubertät: das grosse Aufräumen

Während der Pubertät kippt das Verhältnis von neu entstehenden und abgebauten Synapsen. Das Gehirn räumt auf und löscht, was es nicht gebrauchen kann: Flötespielen oder Französisch, das nie gesprochen wird. Dagegen verstärkt es die Signalspuren und Synapsen, die es häufig nutzt. So funktioniert Lernen: Was die volle Aufmerksamkeit bekommt, speichert das Gehirn schneller und besser. Schauen wir beim Lesen eines Textes parallel einen Film, werden beide Inhalte nicht vollständig abgelegt. Andererseits entstehen umso mehr Synapsen, je öfter wir etwas wiederholen und je mehr Sinne wir nutzen. Lesen wir eine neue Sprache nicht nur, sondern hören sie auch, beherrschen wir sie schneller. Ein Grossteil des Lernprozesses geschieht im Schlaf. Denn im Schlaf entscheidet das Gehirn, was vom Kurzzeitgedächtnis in der Hippocampus genannten Hirnregion in das Langzeitgedächtnis übertragen und mit bereits vorhandenen Informationen verknüpft wird. Weil Hirnentwicklung und Schlaf eng gekoppelt sind, brauchen Babys, Kinder und Jugendliche besonders viel Schlaf. Während der Pubertät und im frühen Erwachsenenalter baut das Gehirn sein neuronales Netz um. Es wird dadurch effizienter und dank weiterer Myelinhüllen noch schneller. Mit etwa 25 Jahren ist der Prozess abgeschlossen. Das Gehirn hat nun seine spätere Grundstruktur: Geschätzte 50 Prozent davon sind erblich festgelegt, die restlichen 50 Prozent tragen Erlebtes, Erfahrenes und Gelerntes bei. Mit fortschreitendem Alter nimmt die Synapsendichte nur noch langsam ab. Im Rahmen von Gedächtnisprozessen werden stetig neue Synapsen gebildet, während nicht genutzte verlorengehen. Das bleibt so bis etwa zum 80. Lebensjahr – vorausgesetzt, das Gehirn bleibt aktiv.

 

Erwachsene: lernen und vergessen

Bei Erwachsenen geht die Gehirnentwicklung weiter. Statt ums Aufbauen und Aufräumen geht es nun darum, Erworbenes zu behalten und Neues dazuzulernen. Was nicht gebraucht wird, wird irgendwann gelöscht – und damit vergessen. «Use it or lose it», sagt man. Benutze es oder es geht verloren. Indem wir unser Gehirn benutzen, verändern wir es laufend. Die sogenannte Plastizität des Gehirns bleibt bis ins hohe Alter erhalten. Sie sorgt auch dafür, dass Menschen mit Hirnverletzungen, etwa nach einem Schlaganfall, verloren gegangene Fähigkeiten wie die Steuerung von Bewegungen oder das Sprechen neu lernen können. Und wie man heute weiss, können auch im Alter neue Neuronen entstehen. Das tun sie ausgerechnet in dem Hirnbereich, der für das Langzeitgedächtnis zuständig ist: im Hippocampus. Tatsächlich ist unser Gehirn so leistungsfähig, wie wir es von ihm verlangen. Und es hört nicht von selbst auf zu lernen. Nicht einmal das, was im jungen Erwachsenenalter gelöscht wurde, ist vollständig verloren. Etwa 10 Prozent der dazumal vorhandenen Verbindungen bleiben erhalten und werden auf Stand-by geschaltet. Wenn Hänschen also gelernt hat, Französisch zu sprechen, kann Hans es auch mit 80 wieder aktivieren oder neu lernen. Er muss es nur wollen.

Veranstaltungshinweis: BrainFair 2021 – Das Gehirn in Zeiten der Pandemie

Die BrainFair Zürich beleuchtet dieses Jahr die Auswirkungen der Pandemie auf unser Gehirn. Die biologischen und psychologischen Folgen von Covid-19 werden in Online-Kurzvorträgen thematisiert.

15.-18. März 2021, Online-Kurzvorträge per Zoom

Weitere Informationen auf www.lifescience-zurichevents.uzh.ch

Kontakt

Hans Heinrich Jung, Prof. Dr. med.

Leitender Arzt, Klinik für Neurologie

Spezialgebiete: Neuromuskuläre Erkrankungen, Demenzerkrankungen / Memory Clinic, Neurogenetische Erkrankungen / Neurologische "Rare Diseases"
Tel. +41 44 255 55 20

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