15-Jährige „ticken“ anders

Wissenschaftler haben nachgewiesen, dass sich die Funktionsweise des Gehirns in der Adoleszenz grundlegend verändert. Insbesondere im Alter von 15 bis 17 Jahren treten Modifikationen in der Hirnaktivität auf, so die Forscher in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS). Diese spiegeln offenbar eine Reorganisation neuronaler Netzwerke in der Großhirnrinde wider und sind damit ein wichtiger Hinweis auf die Bedeutung der Adoleszenz als einer empfindlichen Phase der Gehirnentwicklung.

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Die Adoleszenz – die Phase der Reifung vom Jugendlichen zum Erwachsenen – stellt einen entscheidenden Abschnitt in der Entwicklung dar und ist mit tief greifenden emotionalen und kognitiven Veränderungen verbunden. Die physiologischen Mechanismen dieser späten Entwicklungsprozesse waren jedoch bisher weitestgehend unbekannt.

Schwarz-Weiß-Darstellungen von menschlichen Gesichtern

In ihrer neuen Studie präsentierten die Forscher um Peter Uhlhaas vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung nun Probanden im Alter von sechs bis 21 Jahren Schwarz-Weiß-Darstellungen von menschlichen Gesichtern, so genannte Mooney faces, die unvollständig erscheinen und die Integration der verschiedenen Elemente zu einem einheitlichen Ganzen erfordern. Die Aufgabe der Testpersonen war, per Knopfdruck anzugeben, ob ein Gesicht erkannt werden konnte oder nicht. „Im Laufe der Entwicklung, das heißt mit zunehmendem Alter nahm die Reaktionszeit der Probanden signifikant ab, während die visuelle Integrationsfähigkeit zunahm“, erklärt Uhlhaas.

Die Wissenschaftler untersuchten die Hirnaktivität mit Hilfe des Elektroenzephalogramms (EEG). Das EEG erfasst die Summe der elektrischen Aktivitäten von Abermillionen Nervenzellen in der Nähe jener Elektroden, die zuvor auf die Kopfhaut geklebt wurden. Wenn sich die Nervenzellen synchronisieren, feuern sie in einem gemeinsamen Takt. Damit addieren sich ihre Signale, und das EEG zeigt einen stärkeren Ausschlag (Amplitude). Darüber hinaus schwingt das Signal wellenförmig auf und nieder. Diese Oszillationen treten in verschiedenen Frequenzbändern – Theta-, Beta-, Alpha-, Gamma-Band genannt – auf und haben eine zentrale Bedeutung für die Informationsverarbeitung im Gehirn.

Wichtige Veränderungen zwischen 15 und 17

Die Analyse der EEG-Daten zeigte bei erwachsenen Probanden im Vergleich zu Jugendlichen eine signifikant erhöhte Amplitude der Schwingungen im Frequenzbereich von 30 bis 75 Hz, dem Gamma-Band, sowie eine bessere Synchronisation in den Frequenzbändern darunter.

„Interessanterweise war die Entwicklung von hochfrequenten Oszillationen nicht kontinuierlich“, sagt Uhlhaas: Probanden in der Altersstufe zwischen 15 bis 17 Jahren zeigten im Vergleich zu zwölf- bis 14-jährigen Jugendlichen und jungen Erwachsenen (18 bis 21 Jahren) eine Abnahme in der Amplitude und der Synchronisation der Oszillationen im Beta- und Gamma-Band.

Umbau der Netzwerke

„Diese Reduktion geht einher mit einer Reorganisation der Synchronisationsmuster. Wir schließen daraus auf einen Umbau der kortikalen Netzwerke in der Adoleszenz, da bei Kindern und heranwachsenden Jugendlichen ganz andere Netzwerke aktiviert wurden als bei Erwachsenen“, erklärt der Hirnforscher.

Die Studie der Max-Planck-Forscher macht deutlich, dass die Adoleszenz eine zentrale Entwicklungsperiode darstellt, in der sich die funktionelle Architektur des Gehirns grundlegend verändert. Das erwachsene Gehirn ist gekennzeichnet durch synchrone, oszillatorische Aktivitätsmuster in verschiedenen Frequenzbändern, die für die Koordination verteilter neuronaler Aktivität und kognitive Funktionen eine zentrale Rolle spielen. Die Befunde der Frankfurter Hirnforscher zeigen, dass diese Aktivitätsmuster erst vollständig in der späten Adoleszenz heranreifen und mit einer vorübergehenden Destabilisierung kortikaler Netzwerke verbunden sind.

Ergebnisse werfen neues Licht auf psychiatrische Erkrankungen

Neben der Bedeutung für die normale Gehirnentwicklung könnten diese Erkenntnisse auch für das Verständnis von psychiatrischen Erkrankungen wichtig sein. „Schizophrenie beispielsweise manifestiert sich typischerweise im Übergang von der Adoleszenz zum Erwachsenenalter“, sagt Uhlhaas. „Wir konnten bereits nachweisen, dass die Schizophrenie mit einer Beeinträchtigung synchronisierter, oszillatorischer Aktivität verbunden ist.“

Demnach könnte eine Störung der späten Entwicklung von synchronen Oszillationen in der Adoleszenz mit dem Ausbrechen von psychotischen Symptomen zusammenhängen, so die Forscher.

(idw – MPG, 03.06.2009 – DLO)