Bereits bei der Geburt hat das Gehirn eines menschlichen Babys mit circa 400 ml etwa die Größe eines erwachsenen Schimpansengehirns. Die Gehirnentwicklung des Menschen ist jedoch weit beeindruckender: Vor allem in den letzten zwei Millionen Jahren kam es zu einer dramatischen Größenzunahme des menschlichen Gehirns. Heute ist unser Gehirnvolumen etwa dreimal so groß wie das von Schimpansen. In diesem Artikel beleuchten wir die evolutionäre Reise unseres Gehirns, die verschiedenen Phasen der Gehirnentwicklung vom Embryo bis ins Erwachsenenalter und die genetischen Faktoren, die uns von unseren nächsten Verwandten unterscheiden.
Die evolutionäre Reise: Vom aufrechten Gang zum großen Gehirn
Australopithecus und der Beginn vor 6 Millionen Jahren
Um die Gehirnentwicklung beim Menschen zu verstehen, müssen wir sechs Millionen Jahre zurückblicken. Zu diesem Zeitpunkt trennte sich die Schimpansenlinie von der Linie der menschlichen Vorfahren, den Homininen. Vor etwa sechs Millionen Jahren entwickelte sich innerhalb der Homininen eine für Primaten ungewöhnliche Fortbewegungsart: der aufrechte Gang. Fußabdrücke in einer Schicht feuchter Vulkanasche belegen, dass Vertreter von Australopithecus afarensis vor 3,6 Millionen Jahren aufrecht gehen konnten. Diese Chronologie ist entscheidend, denn die Evolution des aufrechten Gangs ging der dramatischen Expansion des Gehirnvolumens um bis zu vier Millionen Jahre voraus.
Der aufrechte Gang brachte weitreichende Vorteile. Nachdem die Hände die Fortbewegung nicht mehr unterstützen mussten, wurden sie frei für andere Aufgaben. Das Laufen auf zwei Beinen war eine energiesparende und effiziente Fortbewegung im offenen Grasland. Gleichzeitig veränderten sich die Druckverhältnisse im Schädel durch den bipeden Gang, was zur Ausbildung neuer Blutbahnen führte. Das Gehirn konnte bei starker körperlicher Belastung und Hitzestress kühl gehalten werden.
Die Verdreifachung des Gehirnvolumens in 2 Millionen Jahren
Die Gehirnentwicklung beim Menschen vollzog sich in bemerkenswertem Tempo. Vor etwa drei Millionen Jahren hatten die Homininen Gehirne, die hinsichtlich ihrer Größe sehr denen der Menschenaffen ähnelten. Erst vor etwa zwei Millionen Jahren kam es mit dem Auftauchen von Homo rudolfensis zu einer größeren Gehirnleistung mit einem Schädelvolumen von nahezu 800 cm³. Bei etwa gleicher Körpergröße war sein Gehirn damit fast doppelt so groß wie das eines Schimpansen.
Das Durchschnittsvolumen wuchs von 440 Kubikzentimetern beim Australopithecus africanus über 640 beim Homo habilis und 940 beim Homo erectus auf 1230 beim Homo sapiens weltweit. Mit einem Volumen von 1230 Kubikzentimetern im weltweiten Durchschnitt ist das menschliche Gehirn ungefähr dreimal so groß wie das der Großen Menschenaffen. Beim Gemeinen Schimpansen beträgt es 385, beim Orang-Utan 405 und selbst beim Gorilla nur 495 Kubikzentimeter im Schnitt. Diese rasche Vergrößerung war kaum ohne fortschreitende Verbesserung der Energieversorgung denkbar.
Das evolutionäre Dilemma: Geburtskanal versus Kopfgröße
Die evolutionären Anpassungen an den aufrechten Gang veränderten das Skelett dramatisch. Das menschliche Becken wurde schmaler und der weibliche Geburtskanal verengte sich. Im Laufe der Evolution musste ein Baby mit immer größerem Kopf durch den bereits verengten knöchernen Geburtskanal. Die Geburt wurde zu einem immer größeren Risiko für Mutter und Kind.
In drei bis fünf Prozent aller Schwangerschaften besteht ein Becken-Kopf-Missverhältnis. Von allen Primaten haben Menschen die schwerste Geburt. Frauen mit großen Köpfen besitzen einen Geburtskanal, der so geformt ist, dass ihn Neugeborene mit großen Köpfen leichter passieren können. Das Kreuzbein ist bei diesen Frauen kürzer und lässt mehr Platz im Geburtskanal. Kleine Frauen haben im Vergleich schwierigere Geburten und ein höheres Risiko, dass der Fötus bei der Geburt nicht durch den Geburtskanal passt.
Nesthocker statt Nestflüchter: Die menschliche Lösung
Die evolutionäre Lösung für dieses Dilemma war ein Strategiewechsel mit dramatischen Folgen. Im Vergleich zu Menschenaffen nimmt das Gehirn des Menschen im Laufe der Kindesentwicklung deutlich schneller an Volumen zu und wächst über einen etwas längeren Zeitraum. Die ersten Lebensjahre sind entscheidend für die Vernetzung des Gehirns.
Menschenkinder lernen länger als Schimpansen und sind dafür länger von elterlicher Fürsorge abhängig. Die verlängerte Wachstumsphase des Gehirns bei Australopithecus afarensis könnte auf eine lange Abhängigkeit der Kinder von den Eltern hindeuten. Das Wachstum des Gehirns beansprucht 60 bis 70 Prozent der verfügbaren Energie. Diese frühe Geburt verursacht hohe biologische Kosten, denn die Kleinkinder müssen lange über die Zeit hinaus versorgt werden, wie sie bei Menschenaffen üblich ist.
Gehirnentwicklung Embryo: Die Anfänge im Mutterleib
Die Gehirnentwicklung beginnt bereits in der dritten Schwangerschaftswoche, zu einem Zeitpunkt, an dem die meisten Frauen noch nicht wissen, dass sie schwanger sind. Nur 16 Tage nach der Empfängnis bildet sich die neurale Platte des Fötus, die die Grundlage des Gehirns und Rückenmarks des Babys bildet. Am 18. Lebenstag des Embryos bildet sich im Ektoderm eine erste Vertiefung, die sich kurz darauf abschnürt: das Neuralrohr, der Vorläufer des Rückenmarks.
Woche 3-4: Neuralrohr und erste Hirnbläschen
Die neurale Platte wächst länger und faltet sich in sich selbst, bis diese Falte in eine Rinne übergeht und sich diese in das sogenannte Neuralrohr verwandelt. An seinem vorderen Ende bilden sich drei Ausstülpungen, Hirnbläschen genannt. Vor dem 25. Tag, also noch vor dem Schluss des vorderen Neuroporus, entstehen am vorderen Ende des Neuralrohrs drei primäre Hirnbläschen: das Prosencephalon, das Mesencephalon und das Rhombencephalon.
Sobald sich das Neuralrohr um die 6. Schwangerschaftswoche schließt, krümmt es sich und wölbt sich in drei Abschnitte, die gemeinhin als Vorderhirn, Mittelhirn und Hinterhirn bekannt sind. Gleich hinter dem Hinterhirn sitzt der Teil, der sich in das Rückenmark des Babys verwandeln wird. Nach sechs Wochen entstehen die Anlagen zu Hirnstrukturen wie Brücke und Kleinhirn, Thalamus, Basalganglien und Großhirnrinde.
In der 4. bis 5. Schwangerschaftswoche kommt es zu einer zusätzlichen Segmentierung der primären Hirnbläschen. Aus dem 3-Bläschen-Stadium entwickelt sich das 5-Bläschen-Stadium mit den fünf sekundären Hirnbläschen. Das Prosencephalon untergliedert sich in das vordere Telencephalon und das hintere Diencephalon. Aus dem Rhombencephalon geht das Myelencephalon und das Metencephalon hervor. Das Mesencephalon weist keine weitere Untergliederung auf. Bald blähen sich diese Bereiche in die fünf Gehirnregionen Zerebrum, Kleinhirn, Hirnstamm, Hypophyse und Hypothalamus auf.
250.000 neue Nervenzellen pro Minute ab Woche 10
Etwa am 20. Tag nach der Befruchtung entstehen beim menschlichen Embryo erste Vorläufer von Nervenzellen. Diese vermehren sich zunächst durch wiederholte Teilungen in immer gleiche Tochterzellen. Etwa am 26. Tag setzt eine deutliche Spezialisierung ein, es entstehen erste Nervenzellen.
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. Am Höhepunkt der Gehirnentwicklung werden unfassbare 250.000 neue Nervenzellen pro Minute gebildet.
Zwischenzeitlich bilden sich spezielle Nervenzellen, die sich durch den Embryo bewegen, um die Nervenentwicklung zu starten. Das Nervensystem besteht aus Millionen und Abermillionen von Neuronen. Jede dieser mikroskopischen Zellen hat winzige Verzweigungen, über die sie sich verbinden und miteinander kommunizieren. Daraus resultieren die ersten Synapsen. Das bedeutet im Wesentlichen, dass Neuronen interagieren und frühe Bewegungen wie das Einrollen in die fetale Position bzw. Kindslage erzeugen können. Weitere Bewegungen folgen schnell, wobei der Fötus seine sich entwickelnden Gliedmaßen in der Regel um die 8. Woche herum bewegen kann.
Die Faltung der Großhirnrinde ab Woche 24
Weil nun 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. Die Furchung der Grosshirnrinde ist sichtbar. Dieser Prozess setzt sich auch nach der Geburt fort, bis etwa zum ersten Geburtstag des Kindes.
Messbar sind Gehirnaktivitäten erst zwischen der 20. bis 24. Schwangerschaftswoche, wenn sich die Grundstruktur des Gehirns mit dem Thalamus und seinen Verbindungen zum Großhirn bereits relativ weit entwickelt hat. Hirnstrommuster beweisen, dass in der Phase von der Woche 24 bis zur Geburt die Seh- und Hörzentren aktiv sind. Unzählige Verbindungen zwischen Nervenzellen des Gehirns werden hergestellt.
Ab der 30. Schwangerschaftswoche reagieren Föten außerdem unterschiedlich auf Reize, die ihnen oft vorgespielt werden, und auf solche, die sie selten wahrnehmen. Diese Fähigkeit zur Unterscheidung ist wichtig für die Sprachentwicklung.
Gehirnentwicklung Phasen: Von der Geburt bis zum Kleinkind
400 ml Gehirnvolumen bei der Geburt
Bei der Geburt verfügt ein Säugling bereits über ebenso viele Nervenzellen wie ein erwachsenes Gehirn, nämlich rund 100 Milliarden Neuronen. Das Gewicht beträgt allerdings nur zwischen 250 und 400 Gramm, also etwa ein Viertel des Erwachsenengehirns. Der Grund liegt darin, dass die kindlichen Neuronen noch nicht ausgewachsen sind und die Zahl der Verschaltungen enorm ansteigen muss. In der Regel ist bei der Geburt die rechte Hemisphäre etwas weiter entwickelt als die linke.
Ein Neuron hat bei Neugeborenen durchschnittlich nur 2.500 Synapsen, während Kleinkinder hingegen bis zu 15.000 Synapsen pro Nervenzelle ausbilden. Das Neugeborene fängt geistig praktisch bei null an: Abgesehen von ein paar angeborenen Verhaltensweisen ist es weitgehend auf Wahrnehmung und Reaktion beschränkt.
Verdreifachung des Volumens in den ersten drei Jahren
Das Gehirn durchläuft nach der Geburt einen enormen Wachstumsschub. Im ersten Lebensjahr wächst es um das Dreifache. Die Gewichtszunahme verläuft rasant: von 250 bis 400 Gramm bei der Geburt über 750 Gramm am Ende des ersten Lebensjahres bis 1.300 Gramm im fünften Lebensjahr. Mit zwei Jahren hat das Gehirn sich verdreifacht und circa 75 Prozent der späteren Größe erreicht.
Dieser Wachstumsschub geht zum Teil auf die Entstehung neuer Neuronen und zum Teil darauf zurück, dass die Nervenfasern durch die Myelinisierung dicker werden. Pro Sekunde werden in den ersten beiden Lebensjahren bis zu 700 neue Nervenverbindungen gebildet. Das kindliche Gehirn reagiert in dieser Phase hochsensibel auf Erfahrungen, und alles, was ein Baby erlebt, beeinflusst seine Gehirnentwicklung.
200 Billionen Synapsen: Die explosive Vernetzung bis zum dritten Lebensjahr
In den ersten drei Lebensjahren nimmt die Zahl der Synapsen rasant zu. Eine Gehirnzelle kann bis zu 10.000 Synapsen ausbilden. Mit zwei Jahren entspricht die Menge der Synapsen derjenigen von Erwachsenen. Mit drei Jahren hat ein Kind bereits doppelt so viele Synapsen wie Erwachsene, nämlich 200 Billionen. Diese Anzahl bleibt dann bis zum Ende des ersten Lebensjahrzehnts relativ konstant.
Das Gehirn eines Dreijährigen ist mehr als doppelt so aktiv wie das eines Erwachsenen. Folglich hat es auch einen fast doppelt so hohen Glukoseverbrauch. Bis zu 50 Prozent des täglichen Kalorienbedarfs wird für das Gehirn benötigt, bei Erwachsenen sind es nur rund 18 Prozent. Die Ausbildung von doppelt so vielen Synapsen wie letztlich benötigt ist ein Zeichen für die große Plastizität des Gehirns und die enorme Lern- und Anpassungsfähigkeit des Säuglings.
Warum Menschenkinder länger abhängig bleiben
Die ersten 18 Monate entscheiden, ob das Kind im späteren Leben Beziehungsfähigkeit erlangt und seine Affekte angemessen regulieren kann. Die ungestörte Entwicklung in den ersten Lebensjahren basiert auf feiner Wahrnehmung kindlicher Bedürfnisse, intuitiver elterlicher Empathie und Affektresonanz. Anhaltender frühkindlicher Stress führt im unreifen Gehirn zu einer bleibend erhöhten Empfindlichkeit der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse sowie zu einer Volumenverminderung des Hippocampus durch erhöhte Glukokortikoidspiegel.
Frühkindliche Traumata oder Stress bedingen Dysfunktionen in der Ausbildung von Synapsen, Störungen der Migration sich entwickelnder Nervenzellen oder fehlerhafte Differenzierung funktioneller Neuronenverbände im Bereich der Amygdala, des Hippocampus, des anterioren Gyrus cinguli und des präfrontalen Kortex.
Kurzzeitgedächtnis und erste Erinnerungen ab drei Jahren
Erst ab dem Alter von drei bis vier Jahren kann auf das Gedächtnis zurückgegriffen werden. Eine reproduzierbare Erinnerung an Erfahrungen ist vor Vollendung des dritten Lebensjahres nicht möglich, da der Hippocampus bis dahin noch nicht ausgereift ist. Erfahrungen und Erlebnisse aus den ersten Lebensjahren können noch nicht so in das Langzeitgedächtnis abgespeichert werden, dass sie auch wieder aufgerufen werden können. Dementsprechend gibt es keine Erinnerungen an die ersten drei bis vier Lebensjahre, ein Phänomen, das als infantile Amnesie bekannt ist.
Die meisten Menschen erinnern sich an etwas aus ihrem dritten oder vierten Lebensjahr. Ereignisse prägen sich besonders gut ein, wenn mit einer bestimmten Erfahrung starke Emotionen verknüpft sind. Die Fähigkeit, sich an Dinge zu erinnern, ist Studien zufolge wahrscheinlich frühestens mit 18 Monaten ausgebildet.
Gehirnentwicklung bis 25: Pubertät und Umbau
Das große Aufräumen: Synaptisches Pruning in der Pubertät
Nach den Jahren explosiven Wachstums kippt das Verhältnis von neu entstehenden und abgebauten Synapsen während der Pubertät. Das Gehirn räumt auf und löscht, was es nicht gebrauchen kann: Flötespielen oder Französisch, das nie gesprochen wird. Während der Adoleszenz finden zwei Arten von Umbauprozessen statt: einmal in der grauen Substanz und einmal in der weißen Substanz.
Der Kinderneurologe Peter Huttenlocher sammelte in den 1970er Jahren akribisch Gewebeproben aus menschlichen Gehirnen und zählte Synapsen unter dem Elektronenmikroskop. Sein Befund war bemerkenswert: Während der Jugend büßt ein Mensch jede Menge Nervenverbindungen ein, nach seinen Berechnungen rund ein Drittel. Hatten Zweijährige auf den Fotos noch 1,6 Milliarden Synapsen pro Kubikmillimeter Hirngewebe, waren es bei den 15- und 20-Jährigen lediglich 1,1 Milliarden. In diesem Größenbereich blieb die Zahl bis ins hohe Alter.
Beim sogenannten synaptischen Pruning werden überflüssige Nervenverbindungen wieder gekappt. Dieser Abbau findet erfahrungsabhängig statt. Es herrscht das „Use it or lose it“-Prinzip: Die Verbindungen, die wenig genutzt und damit überflüssig werden, werden abgebaut. Die häufig gebrauchten Nervenverbindungen hingegen werden gestärkt. Dadurch können einzelne Nervennetzwerke effizienter arbeiten.
Die Reifung der grauen Substanz verläuft im Gehirn sozusagen von hinten nach vorne. Zuerst wird das Maximum der Dichte im primären sensomotorischen Kortex erreicht, zuletzt in höheren Assoziationsarealen wie dem dorsolateralen präfrontalen Kortex. Das bedeutet, dass insbesondere Hirnareale wie der präfrontale Kortex, der für höhere kognitive Funktionen wie die Handlungskontrolle, das Planen oder die Risikoabschätzung von Entscheidungen verantwortlich ist, später reift als jene Kortexareale, die mit sensorischen oder motorischen Leistungen assoziiert sind.
Myelinisierung und Effizienzsteigerung
Anders als die graue Substanz nimmt die weiße Substanz nicht erst zu und dann wieder ab. Stattdessen legt sie kontinuierlich zwischen der Kindheit und dem Erwachsenenleben zu. Die Ursache liegt darin, dass Nervenfasern mit fetthaltigem Myelin umhüllt werden. Dadurch werden die Nervenfasern isoliert, ähnlich wie ein Stromkabel von einer Plastikummantelung.
Folglich können Nervenimpulse schneller weitergeleitet werden. Entfernte Hirnareale können so immer schneller und besser miteinander kommunizieren. Dieser vermutlich stark erblich bedingte Reifungsprozess führt dazu, dass die Informationsverarbeitung von Jugendlichen ähnlich schnell wird wie bei Erwachsenen.
Darüber hinaus agiert die Myelinisierung als Stabilisator, der Netzwerkverbindungen verfestigt, sobald sie etabliert sind. Gleichzeitig funktioniert sie als Isolierung, wodurch Informationen schneller und effizienter weitergeleitet werden können. Jugendliche, die mit dem Alter resilienter wurden, zeigten eine stärkere Myelinisierung im präfrontalen Kortex. Ein effizienterer Ausbau präfrontaler Netzwerke kann damit zusammenhängen, dass Jugendliche ihre Emotionen besser regulieren, Situationen besser einschätzen und kognitive Strategien entwickeln, um mit emotional herausfordernden Situationen besser umzugehen.
Wann ist die Gehirnentwicklung abgeschlossen: Der 25-Jahre-Meilenstein
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.
Genetische Unterschiede: Was uns von Neandertalern unterscheidet
Neandertaler und moderne Menschen hatten ähnlich große Gehirne, dennoch unterscheiden uns entscheidende genetische Veränderungen von unseren ausgestorbenen Verwandten. Diese molekularen Unterschiede werfen ein neues Licht auf die Gehirnentwicklung beim Menschen und erklären möglicherweise, warum sich unsere kognitiven Fähigkeiten so unterschiedlich entwickelt haben.
ARHGAP11B: Die Punktmutation vor 500.000 Jahren
Das Gen ARHGAP11B existiert ausschließlich beim Menschen und unseren nächsten ausgestorbenen Verwandten, dem Denisova-Menschen und Neandertaler. Es entstand durch teilweise Duplikation des ubiquitären Gens ARHGAP11A vor rund fünf Millionen Jahren, nachdem sich zwei Evolutionslinien voneinander getrennt hatten. Die rasante Zunahme der Gehirngröße setzte jedoch erst später ein, vor rund zwei bis 1,5 Millionen Jahren.
Der Schlüssel liegt in einer einzelnen Punktmutation: Ein C wurde durch ein G ersetzt. Dieser Austausch eines einzelnen Basenpaars im ARHGAP11B-Gen führte dazu, dass 55 Nukleotide bei der Bildung der Boten-RNA wegfallen und somit eine menschenspezifische Sequenz von 47 Aminosäuren im ARHGAP11B-Protein gebildet wird. Die Mutation dürfte irgendwann während der dramatischen Zunahme der Gehirngröße im Zeitraum von vor 1,5 Millionen bis rund 500.000 Jahren erfolgt sein.
ARHGAP11B bringt Hirn-Stammzellen dazu, sich zu vermehren und letztlich eine größere Anzahl an Nervenzellen zu bilden. Die archaische Variante des Gens, so wie es vor rund fünf Millionen Jahren entstanden sein dürfte, besitzt diese Fähigkeit nicht.
TKTL1 und die vermehrte Neuronenzahl im Frontallappen
Das Protein TKTL1 unterscheidet sich bei modernen Menschen nur um eine einzige Aminosäure von der Neandertaler-Variante. Bei modernen Menschen enthält TKTL1 an der betreffenden Sequenzposition ein Arginin, während es bei Neandertalern die verwandte Aminosäure Lysin ist. Diese winzige Veränderung hat weitreichende Konsequenzen für die Gehirnentwicklung.
In den Vorläuferzellen des Frontallappens ist die Konzentration von TKTL1 besonders hoch. Die moderne Menschen-Variante von TKTL1 führt zu einer vermehrten Bildung basaler radialer Gliazellen, während die Neandertaler-Variante dies nicht bewirkt. Infolgedessen können wir annehmen, dass moderne Menschen mehr Nervenzellen im Frontallappen des Gehirns haben, wo die TKTL1-Aktivität am höchsten ist, als Neandertaler.
Unterschiedliche Wachstumsmuster nach der Geburt
Moderne Menschen unterscheiden sich durch eine frühe Phase der Gehirnentwicklung von Neandertalern. Die Gehirnentwicklung in dem für die kognitiven Fähigkeiten entscheidenden ersten Lebensjahr verlief bei beiden Menschenformen unterschiedlich. Neurale Stammzellen beim modernen Menschen nehmen sich mehr Zeit, um ihre Chromosomen auf die Zellteilung vorzubereiten, als beim Neandertaler. Dies führt zu weniger Fehlern bei der Verteilung der Chromosomen auf die Tochterzellen.
Basale radiale Gliazellen und ihre Bedeutung
Basale radiale Gliazellen produzieren den Großteil der Nervenzellen im sich entwickelnden Neokortex. Sie gelten als treibende Kraft für ein größeres Gehirn. Diese Zellen durchlaufen wiederholte asymmetrische Teilungen, die sich selbst erneuern und jeweils ein Neuron erzeugen. TKTL1 wirkt beim modernen Menschen durch Veränderungen im Stoffwechsel, insbesondere durch eine Stimulierung des Pentosephosphatweges, gefolgt von einer erhöhten Fettsäuresynthese. Dies erhöht die Synthese bestimmter Membranlipide, die für die Bildung des langen Prozesses der basalen radialen Gliazellen benötigt werden.
Lebenslange Plastizität: Lernen vom Baby bis ins Greisenalter
Die Gehirnentwicklung beim Menschen endet nicht mit 25 Jahren. Das erwachsene Gehirn bleibt plastisch und passt sich lebenslang an neue Anforderungen an.
Use it or lose it: Synapsendichte im Erwachsenenalter
Das Gehirn baut auf, was es regelmäßig nutzt, und es baut ab, was brachliegt. In einer Studie lernten gesunde Erwachsene über drei Monate das Jonglieren. Die Bildgebung zeigte anschließend eine Volumenzunahme von einigen Prozent in jenen Arealen, die komplexe Bewegung verarbeiten. Nach dem Ende des Trainings bildete sich der Zuwachs teilweise wieder zurück. Regelmäßige körperliche Aktivität erhält Hirnvolumen und kognitive Funktion, wobei Sitzungen von vierzig bis sechzig Minuten mit den robustesten Effekten verbunden waren.
Neue Neuronen im Hippocampus auch im Alter
Tatsächlich bilden sich im Hippocampus neue Nervenzellen bis ins hohe Alter. Im Gyrus dentatus wurden bei gesunden Probanden zwischen 43 und 87 Jahren unreife Neuronen nachgewiesen. Beim jüngsten Probanden fanden sich rund 42.000 unreife Hirnzellen pro mm³, beim ältesten mit 87 Jahren knapp 30.000 pro mm³. Bei Alzheimer-Patienten lag die Zahl konstant mehrere Zehntausende niedriger.
Schlaf und Gedächtniskonsolidierung
Im Tiefschlaf wiederholt das Gehirn die Ereignisse des Tages und verschiebt Informationen aus dem Hippocampus in die Hirnrinde. Langsame, synchrone Erregungswellen machen die Hirnrinde besonders empfänglich für Informationen. Die Synapsen arbeiten am effizientesten direkt nachdem die Spannung von einem niedrigen auf ein hohes Niveau angestiegen ist. In diesem kurzen Zeitfenster wird eine Erinnerung besonders effektiv ins Langzeitgedächtnis überführt.
Schlussfolgerung
Die Gehirnentwicklung beim Menschen stellt zweifellos eine der faszinierendsten Reisen der Evolution dar. Wir haben gesehen, wie sich unser Gehirn über sechs Millionen Jahre dramatisch veränderte, insbesondere durch die Verdreifachung des Volumens in nur zwei Millionen Jahren. Vom Neuralrohr in der dritten Schwangerschaftswoche über die explosive Synapsenentstehung in der frühen Kindheit bis zum abschließenden Umbau mit 25 Jahren durchläuft jeder Mensch bemerkenswerte Entwicklungsphasen. Genetische Besonderheiten wie ARHGAP11B und TKTL1 unterscheiden uns von Neandertalern und erklären unsere einzigartigen kognitiven Fähigkeiten. Letztendlich bleibt unser Gehirn lebenslang plastisch und passt sich kontinuierlich neuen Herausforderungen an.
FAQs
Q1. Wie lange dauert die Entwicklung des menschlichen Gehirns? Die Gehirnentwicklung beginnt bereits in der dritten Schwangerschaftswoche und ist erst mit etwa 25 Jahren vollständig abgeschlossen. Während dieser Zeit durchläuft das Gehirn verschiedene Phasen: von der Bildung des Neuralrohrs im Embryo über die explosive Synapsenentstehung in den ersten drei Lebensjahren bis zum Umbau während der Pubertät. Mit 25 Jahren hat das Gehirn seine spätere Grundstruktur erreicht, bleibt aber lebenslang plastisch und anpassungsfähig.
Q2. Warum hat sich das menschliche Gehirn in der Evolution so stark vergrößert? In den letzten zwei Millionen Jahren verdreifachte sich das menschliche Gehirnvolumen von etwa 440 Kubikzentimetern beim Australopithecus auf durchschnittlich 1230 Kubikzentimeter beim modernen Menschen. Diese dramatische Vergrößerung wurde durch genetische Mutationen wie ARHGAP11B ermöglicht, die vor etwa 500.000 Jahren entstanden. Der aufrechte Gang, der vor etwa sechs Millionen Jahren begann, schuf die Voraussetzungen für diese Entwicklung durch verbesserte Energieversorgung und Kühlung des Gehirns.
Q3. Wann bilden sich die meisten Nervenverbindungen im Gehirn? Die intensivste Phase der Synapsenentstehung findet in den ersten drei Lebensjahren statt. Ab der zehnten Schwangerschaftswoche entstehen etwa 250.000 neue Nervenzellen pro Minute. Mit drei Jahren hat ein Kind bereits 200 Billionen Synapsen – doppelt so viele wie Erwachsene. In den ersten beiden Lebensjahren werden bis zu 700 neue Nervenverbindungen pro Sekunde gebildet, was diese Phase entscheidend für die spätere Gehirnfunktion macht.
Q4. Was passiert mit dem Gehirn während der Pubertät? Während der Pubertät findet ein großer Umbau im Gehirn statt, bekannt als synaptisches Pruning. Dabei werden etwa ein Drittel der Nervenverbindungen abgebaut – nach dem „Use it or lose it“-Prinzip bleiben nur häufig genutzte Verbindungen erhalten. Gleichzeitig werden Nervenfasern durch Myelinisierung isoliert, wodurch Informationen schneller weitergeleitet werden können. Dieser Prozess macht das Gehirn effizienter und ist erst mit etwa 25 Jahren abgeschlossen.
Q5. Kann das Gehirn auch im Erwachsenenalter noch neue Nervenzellen bilden? Ja, das Gehirn bleibt lebenslang plastisch. Im Hippocampus bilden sich auch im hohen Alter neue Nervenzellen – selbst bei 87-Jährigen wurden noch knapp 30.000 unreife Neuronen pro Kubikmillimeter nachgewiesen. Regelmäßige geistige und körperliche Aktivität fördert diese Neurogenese und erhält das Hirnvolumen. Das Prinzip „Use it or lose it“ gilt ein Leben lang: Was regelmäßig genutzt wird, wird gestärkt, was brachliegt, wird abgebaut.
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