ArchivMedizin studieren4/2013Hirnentwicklung in der Adoleszenz

Medizin

Hirnentwicklung in der Adoleszenz

Deutsches Ärzteblatt Studieren.de, 4/2013: 26

Konrad, Kerstin; Firk, Christine; Uhlhaas, Peter J.

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Zusammenfassung
Neue Erkenntnisse aus der Entwicklungspsychologie und den Neurowissenschaften konnten zeigen, dass es während der Adoleszenz zu einer grundlegenden Reorganisation des Gehirns kommt. In der postnatalen Hirnentwicklung wird zuerst das Maximum der Dichte der grauen Substanz im primären sensomotorischen Kortex erreicht, wohingegen der präfrontale Kortex zuletzt reift. Demgegenüber entwickeln sich subkortikale Hirnareale früher, so dass in der Adoleszenz ein Ungleichgewicht zwischen reiferen subkortikalen und unreiferen präfrontalen Hirnstrukturen besteht. Dies könnte im Zusammenhang mit dem Auftreten von adoleszenztypischen Verhaltensweisen stehen.

Summary
New findings in developmental psychology and neuroscience reveal that a fundamental reorganization of the brain takes place in adolescence. In postnatal brain development, the maximum density of gray matter is reached first in the primary sensorimotor cortex, and the prefrontal cortex matures last. Subcortical brain areas, especially the limbic system and the reward system, develop earlier, so that there is an imbalance during adolescence between the more mature subcortical areas and less mature prefrontal areas. This may account for typical adolescent behavior patterns, including risk-taking.

Die Adoleszenz beschreibt den Lebensabschnitt zwischen der späten Kindheit und dem Erwachsenenalter. Sie umfasst nicht nur die physische Reifung, sondern vor allem auch die seelische und psychische Entwicklung zum selbstständigen, verantwortungsbewussten Erwachsenen. Zu den wichtigsten Entwicklungsaufgaben in der Adoleszenz gehören die Aufnahme und der Aufbau intimer Beziehungen, die Entwicklung von Identität, Zukunftsperspektiven, Selbstständigkeit, Selbstsicherheit, Selbstkontrolle und von sozialen Kompetenzen.

Das Verhalten von vielen Jugendlichen und jungen Erwachsenen ist oft gekennzeichnet durch eine erhöhte Risikobereitschaft und Lust an extremen Gefühlen. Dies schlägt sich auch in den Statistiken nieder, die zeigen, dass riskantes Verhalten in der Adoleszenz mit einem erhöhten Gesundheitsrisiko verbunden ist. So machen in Deutschland tödliche Verletzungen 62 % aller Todesfälle bei Jugendlichen zwischen 15 und 20 Jahren aus. Zu den häufigsten Todesursachen zählen Verkehrs- und andere Unfälle, Gewalt sowie Selbstverletzungen. Als Grund für die hohe Mortalität werden Alkohol am Steuer, Fahren ohne Sicherheitsgurt, Tragen von Waffen, Substanzabusus und ungeschützter Geschlechtsverkehr genannt.

Risiken geschlechtsspezifisch

Jungen und Mädchen zeigen ähnlich häufig risikoreiche Verhaltensweisen. So haben sich Jungen und Mädchen in der Häufigkeit des Tabakrauchens in den letzten Jahren mehr und mehr angeglichen, allerdings zeigen sich gewisse qualitative Unterschiede (Jungen rauchen mehr Zigaretten und zudem häufiger „harte“ Tabakprodukte wie zum Beispiel Zigarren, schwarzer Tabak und filterlose Zigaretten). Auch beim Alkoholkonsum zeigt sich, dass Jungen andere Getränke zu sich nehmen (Bier und Spirituosen gegenüber Wein und Sekt et cetera). Jungen konsumieren auch häufiger und größere Mengen an Alkohol. Illegale Drogen werden häufiger von Jungen genommen. Jungen weisen eine erhöhte Unfallhäufigkeit und ein riskanteres Verhalten im Straßenverkehr auf. Mädchen sind hingegen im Bereich Ernährung häufiger von gesundheitsgefährdenden Verhaltensweisen betroffen (zum Beispiel Diäten und Essstörungen).

Noch bis vor einigen Jahren ging man in der Entwicklungspsychologie und in den Neurowissenschaften davon aus, dass wesentliche Veränderungen in der Architektur und Funktionsweise des Gehirns auf die Pränatalzeit beziehungsweise auf die ersten fünf bis sechs Lebensjahre beschränkt sind. Der heutige Kenntnisstand erfordert jedoch eine Revision dieser Annahme.

Groß angelegte Längsschnittstudien konnten darlegen, dass es während der Adoleszenz zu einer grundlegenden Reorganisation des Gehirns kommt. Der Abbau von synaptischen Verbindungen bei der gleichzeitigen Zunahme der weißen Substanz sowie Veränderungen in Neurotransmitter-Systemen zeigen, dass die anatomischen und physiologischen Reifungsprozesse der Adoleszenz weitaus dynamischer sind als ursprünglich vermutet. Demnach ist von einem Umbau der kortikalen Schaltkreise auszugehen, die den adoleszenzspezifischen Veränderungen in kognitiven Funktionen und in der Affektregulation zugrunde liegen könnten.

Das Gehirn ist relativ früh nach der Geburt ausgewachsen, das heißt, das maximale kortikale Gesamtvolumen ist dann erreicht. Dennoch finden wichtige Reifungsprozesse in der anatomischen Struktur in der Adoleszenz statt: Die Reifung der grauen Substanz verläuft im Gehirn sozusagen von hinten nach vorne: Zuerst in der Entwicklung wird das Maximum der Dichte der grauen Substanz im primären sensomotorischen Kortex erreicht, zuletzt in höheren Assoziationsarealen, wie dem dorsolateralen präfrontalen Kortex, dem inferioren parietalen und dem superioren temporalen Gyrus. Das bedeutet, dass insbesondere Hirnareale wie der präfrontale Kortex – der für höhere kognitive Funktionen wie etwa die Handlungskontrolle, das Planen oder die Risikoabschätzung von Entscheidungen verantwortlich ist – später reift als jene Kortexareale, die mit sensorischen oder motorischen Leistungen assoziiert sind.

Neben der Abnahme der grauen Substanz findet man eine Zunahme in der weißen Substanz. Diese wird aus myelinisierten Axonen gebildet, die für eine schnelle Informationsweiterleitung verantwortlich sind. Der Anteil an weißer Substanz nimmt von der Kindheit bis in das frühe Erwachsenenalter hinein an Volumen zu. Es wird vermutet, dass die Veränderung der weißen Substanz primär auf die fortschreitende Myelinisierung der Axone durch Oligodendrozyten zurückzuführen ist. Insgesamt verläuft die Myelinisierung von inferioren zu superioren Hirnarealen und dabei tendenziell von posterior nach anterior.

Die beschriebenen anatomischen Reorganisationsprozesse des adoleszenten Gehirns sind mit tiefgreifenden emotionalen und kognitiven Veränderungen verbunden. Insbesondere kommt es zu einer Weiterentwicklung von exekutiven Funktionen – also von kognitiven Prozessen, die das Denken und Handeln kontrollieren und somit eine flexible Anpassung an neue, komplexe Aufgabensituationen ermöglichen. Neben der Entwicklung dieser grundlegenden kognitiven Fähigkeiten, kommt es während der Adoleszenz auch zu Veränderungen sozial-affektiver Fähigkeiten wie der Gesichtererkennung und der Empathie.

Eltern-Kind-Interaktion ist wesentlich

Dennoch sollte die Entwicklung kognitiver und affektiver Schaltkreise nicht nur als eine Bedingung struktureller neurobiologischer Reifung betrachtet werden, sondern genetische Faktoren interagieren vermutlich sehr stark mit Umweltanforderungen. So werden zum Beispiel die Affektregulation und die zugrunde liegenden Hirnstrukturen durch die Eltern-Kind-Interaktion beeinflusst.

Es konnte aber auch gezeigt werden, dass Jugendliche in Fragebögen Risiken von bestimmten Verhaltensweisen ähnlich gut abschätzen konnten wie Erwachsene. Wurden ökologisch valide Verhaltenstests durchgeführt, so wurde deutlich, dass Jugendliche in Gruppen mehr risikoreiche Entscheidungen trafen. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass in diesem Alter der Nutzen der risikoreichen Handlung durch die soziale Anerkennung von Freunden sehr viel höher bewertet wird. Das könnte auf neuronaler Ebene mit dem nichtlinearen Reifungsmuster von präfrontalen und limbischen Hirnarealen assoziiert sein.

Nichtlineare Reifungsprozesse von subkortikalen und präfrontalen Hirnarealen führen zu einer Imbalance in neuronalen Netzwerken während der Adoleszenz
Nichtlineare Reifungsprozesse von subkortikalen und präfrontalen Hirnarealen führen zu einer Imbalance in neuronalen Netzwerken während der Adoleszenz
Grafik
Nichtlineare Reifungsprozesse von subkortikalen und präfrontalen Hirnarealen führen zu einer Imbalance in neuronalen Netzwerken während der Adoleszenz

Risikoreiches Verhalten in der Adoleszenz, das als Produkt eines biologischen Ungleichgewichts zwischen der Suche nach Abwechslung und neuen Erlebnissen („sensation seeking“) und unreifen selbstregulatorischen Fähigkeiten gesehen werden kann, mag das Ziel haben, dass Jugendliche sich aus der familiären Sicherheitsnische lösen können, um zum Beispiel einen Partner außerhalb der Primärfamilie zu suchen. Ebenfalls scheint der noch unreife präfrontale Kortex bestimmte Lernformen und Flexibilität zu begünstigen. Es ist in der Tat wahrscheinlich, dass über die Lebensspanne mehrere Entwicklungsfenster existieren, in denen unser Gehirn besonders auf bestimmte Lernerfahrungen vorbereitet ist. Von daher könnte es evolutionär sinnvoll sein, dass während der Adoleszenz ein kognitiver Stil, der besonders sensitiv für sozial-affektive Reize und flexibel hinsichtlich der Anpassung von Zielprioritäten ist, optimal für die sozialen Entwicklungsaufgaben in dieser Lebensphase ist. Das heißt auch, dass das adulte Gehirn nicht per se das optimale funktionelle System darstellt und dass die Adoleszenz nicht als defizitärer Zustand betrachtet werden kann.

Die Reifung des Fortpflanzungssystems während der Pubertät ist mit einem Anstieg der gonadalen Steroidhormone verbunden. Das Gehirn hat eine hohe Dichte von Steroidrezeptoren, so dass es plausibel ist, dass die Sexualhormone auch die neuronalen Netzwerke während der Adoleszenz beeinflussen. Der Anstieg von Pubertätshormonen bei Jungen und Mädchen hat auch unterschiedliche Auswirkungen auf die sich entwickelnde Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA-Achse). Der Androgen-Anstieg bei Jungen scheint beispielsweise einen inhibierenden Effekt auf die hypothalamische Corticotropin-releasing-Hormon(CRH)-Produktion zu haben, während Östrogene eher eine Hochregulation der HPA-Achse bewirken. Dies kann bei Mädchen zu einer erhöhten Stressanfälligkeit führen, wohingegen Androgene bei Jungen die Stressresilienz erhöhen.

Fazit: Stand der Forschung

Stand bisher die frühkindliche Forschung im wissenschaftlichen und medialen Mittelpunkt, so zeigen aktuelle Befunde, dass auch die fortwährenden psychologischen und biologischen Veränderungen in der Adoleszenz einen wichtigen Einfluss auf die Funktionsweise und Architektur des Gehirns besitzen. Das Gehirn eines Jugendlichen durchläuft noch einmal eine plastische Phase, in der sich Umwelteinflüsse in besonderer Weise prägend auf kortikale Schaltkreise auswirken. Dies eröffnet Chancen für Bildung und Erziehung. So können Jugendliche in dieser Lebensphase aufgrund ihrer hohen Beeinflussbarkeit durch Emotionen insbesondere von Lernerfahrungen profitieren, die in einem positiven emotionalen Kontext stattfinden und die gezielt eine Emotionsregulation trainieren. Berücksichtigt man die neurobiologische Basis für risikoreiches Verhalten in der Adoleszenz, so erscheint es wenig sinnvoll, Risikoverhalten von Jugendlichen komplett zu unterbinden. Vielmehr könnte es sinnvoller sein, einerseits den Jugendlichen emotionale Erfahrungen in einer sicheren Umgebung zu ermöglichen, andererseits durch regulierende gesetzliche Maßnahmen (zum Beispiel Werbeverbote) und emotional positive Modelle den sozialen Belohnungsaspekt von nichtriskanten Verhaltensweisen zu erhöhen (Beispiel: Cooler Star aus Fernseh-Soap entscheidet sich gegen Rauschtrinkwettbewerb unter Freunden).

Ferner ergibt sich durch die lang anhaltende neuronale Plastizität in der Adoleszenz auch eine erhöhte Vulnerabilität beispielsweise für schädliche Umwelteinflüsse wie etwa Drogenkonsum. So lassen tierexperimentelle und Humanstudien vermuten, dass zum Beispiel ein ausgeprägter Konsum von Cannabis in der Adoleszenz zu dauerhaften kognitiven und hirnstrukturellen Veränderungen führen kann.

Ein weiterer, wichtiger Aspekt der künftigen Entwicklungsforschung wird daher die Untersuchung des Einflusses der Umwelt auf die Funktionsweise und Organisation des Gehirns sein. Die kognitiven Neurowissenschaften haben bisher unzureichend den Einfluss des sozialen und kulturellen Kontexts auf kognitive und affektive Prozesse und deren Entwicklung analysiert. Die Erkenntnis, dass die Adoleszenz eine entscheidende Phase in der Reifung des Gehirns darstellt und Reifungsprozesse möglicherweise bis in die dritte Lebensdekade anhalten, hat somit auch wichtige pädagogische und gesellschaftspolitische Konsequenzen. Dies sollte zum Beispiel bei Entscheidungen, die die Entwicklung von Kindern und Jugendlichen betreffen, berücksichtigt werden. In diesem Zusammenhang sind etwa die Frage der Legalisierung von Cannabiskonsum oder die Anwendung des Jugendstrafrechts zu nennen.

Anschrift für die Verfasser

Prof. Dr. rer. nat. Kerstin Konrad

Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik des Kindes- und Jugendalters

Universitätsklinikum der RWTH Aachen

kkonrad@ukaachen.de

Langfassung des Beitrags unter:
www.aerzteblatt.de/13m425

*Lehr- und Forschungsgebiet Klinische Neuropsychologie des Kindes- und Jugendalters, Klinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie des Kindes- und Jugendalters, Universitätsklinikum der RWTH Aachen, und Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Kognitive Neurowissenschaften (INM-3), Forschungszentrum Jülich: Prof. Dr. rer. nat. Konrad
Klinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie des Kindes- und Jugendalters, Universitätsklinikum der RWTH Aachen: Dr. Firk PhD
Institute of Neuroscience and Psychology, University of Glasgow: Dr. Uhlhaas PhD
Nichtlineare Reifungsprozesse von subkortikalen und präfrontalen Hirnarealen führen zu einer Imbalance in neuronalen Netzwerken während der Adoleszenz
Nichtlineare Reifungsprozesse von subkortikalen und präfrontalen Hirnarealen führen zu einer Imbalance in neuronalen Netzwerken während der Adoleszenz
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Nichtlineare Reifungsprozesse von subkortikalen und präfrontalen Hirnarealen führen zu einer Imbalance in neuronalen Netzwerken während der Adoleszenz

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