Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass aktives frühes Lernen die Gehirnstruktur von Erwachsenen prägt | Biologie, Bildung, Neurowissenschaften

In einer neuen Forschung, die in der . veröffentlicht wurde Zeitschrift für kognitive Neurowissenschaften, wurden Säuglinge mit niedrigem sozioökonomischem Status randomisiert entweder einer fünfjährigen kognitiv und sprachlich stimulierenden zentrumsbasierten Versorgung oder einer Vergleichsbedingung zugeteilt; die Intervention führte zu großen und statistisch signifikanten Veränderungen der Gehirnstruktur, die in der Lebensmitte gemessen wurden, insbesondere bei männlichen Personen.

Auf diesem historischen Foto des Abecedarian Project führt ein Lehrer einen Schüler durch eine Aufgabe. Bildnachweis: Virginia Tech.

Wie prägen frühe Lebenserfahrungen das menschliche Gehirn? Die Frage ist überraschend schwer zu beantworten, da es sich um die Ursachen und nicht nur um die Korrelate individueller Unterschiede in der menschlichen Entwicklung handelt.

Studien zu solchen Unterschieden sind normalerweise beobachtend und daher zum Thema Kausalität stumm.

Im Gegensatz dazu haben Tierstudien einen kausalen Einfluss von Umweltstimulation auf die Gehirnstruktur durch zufällige Zuordnung zu physikalischen Umgebungen mit geringer oder hoher Komplexität gezeigt.

Sie können uns jedoch nichts über die Merkmale der Umwelt sagen, die für die menschliche Entwicklung am wichtigsten sind: die sprachliche und kognitive Stimulation.

Die Rolle der Umwelt bei der Gestaltung der Gehirnentwicklung ist ein zentrales Thema für die Neurowissenschaften, und eine wichtige offene Frage betrifft den Einfluss einzigartiger menschlicher Merkmale der Umwelt, nämlich der sprachlichen und kognitiven Stimulation.

Während eine umfangreiche Tierliteratur zeigt, dass komplexere Käfigumgebungen zu mikroskopischen und makroskopischen Veränderungen des Gehirns führen, einschließlich eines größeren Kortex, liefern solche Manipulationen ein unvollständiges Modell für die Umweltunterschiede, die für die menschliche Entwicklung am wichtigsten sein können.

Dazu gehören Unterschiede in komplexen Formen kognitiver und sprachlicher Erfahrung.

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„Unsere Forschung zeigt einen Zusammenhang zwischen der Gehirnstruktur und fünf Jahren hochwertiger, pädagogischer und sozialer Erfahrungen“, sagte Professor Craig Ramey, Forscher am Fralin Biomedical Research Institute am Virginia Polytechnic Institute and State University.

„Wir haben gezeigt, dass bei gefährdeten Kindern, die anregende und emotional unterstützende Lernerfahrungen gemacht haben, statistisch signifikante Veränderungen der Gehirnstruktur im mittleren Alter auftreten.“

„Die Ergebnisse unterstützen die Idee, dass die frühe Umgebung die Gehirnstruktur von Personen beeinflusst, die mit sozioökonomischen Herausforderungen mit mehreren Risiken aufwachsen“, fügte Dr. Martha Farah, Direktorin des Center for Neuroscience and Society an der University of Pennsylvania, hinzu.

„Dies hat spannende Implikationen für die Grundlagenwissenschaft der Gehirnentwicklung sowie für Theorien der sozialen Schichtung und Sozialpolitik.“

An der Studie nahmen Teilnehmer des Abecedarian Project teil, das Anfang der 1970er Jahre in North Carolina gegründet wurde.

An dem Projekt nahmen zunächst 112 überwiegend afroamerikanische Säuglinge aus Haushalten mit sehr niedrigem SES (niedriges Einkommen und mütterliche Bildung) mit mehreren damit verbundenen Risikofaktoren wie Abwesenheit des Vaters, Sozialhilfebezug und niedrigem elterlichen IQ, aber ohne neurologische Entwicklungsstörungen teil.

Eines der 112 Säuglinge erhielt später die Diagnose einer angeborenen Erkrankung, die aufgrund der Ausschlusskriterien disqualifiziert wurde, was dazu führte, dass 111 Säuglinge an der Studie teilnahmen.

Sowohl die Vergleichs- als auch die Behandlungsgruppe erhielten zusätzliche Gesundheits-, Ernährungs- und Familienunterstützungsdienste.

Ab dem Alter von sechs Wochen erhielt die Behandlungsgruppe jedoch auch fünf Jahre lang hochwertige pädagogische Unterstützung, fünf Tage die Woche, 50 Wochen im Jahr.

Während der Nachuntersuchungen wurden strukturelle MRT-Scans von 47 der Abecedarian-Stichprobe, 29 der Frühinterventionsgruppe und 18 der Vergleichsgruppe angefertigt.

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Beim Scannen waren die Teilnehmer Ende 30 bis Anfang 40, was den Forschern einen einzigartigen Einblick in die Auswirkungen von Kindheitsfaktoren auf das erwachsene Gehirn bietet.

Bei der Analyse der Scans betrachteten die Autoren die Gehirngröße als Ganzes, einschließlich des Kortex, der äußersten Schicht des Gehirns, sowie fünf Regionen, die aufgrund ihres erwarteten Zusammenhangs mit der Stimulation der Sprache und der kognitiven Entwicklung der Kinder durch die Intervention ausgewählt wurden.

Dazu gehörten der linke vordere Gyrus frontalis und der linke obere Gyrus temporalis, die für die Sprache relevant sein können, und der rechte Gyrus frontalis inferior und der bilaterale vordere cinguläre Kortex, die für die kognitive Kontrolle relevant sind.

Ein fünfter, der bilaterale Hippocampus, wurde hinzugefügt, da sein Volumen häufig mit Widrigkeiten im frühen Leben und dem sozioökonomischen Status in Verbindung gebracht wird.

Die Wissenschaftler stellten fest, dass das gesamte Gehirn einschließlich des Kortex bei denjenigen in der Behandlungsgruppe der frühen Ausbildung zugenommen hatte. Mehrere spezifische kortikale Regionen erschienen auch größer.

Sie stellten auch fest, dass die Ergebnisse der Gruppeninterventionsbehandlung für das Gehirn bei Männern wesentlich höher waren als bei Frauen.

Die Gründe dafür sind nicht bekannt und überraschend, da sowohl die Jungen als auch die Mädchen im Allgemeinen vergleichbar positive Verhaltens- und Bildungseffekte aus ihrer frühen bereicherten Bildung zeigten.

„Als wir dieses Projekt in den 1970er Jahren starteten, wusste das Feld mehr über die Bewertung von Verhalten als über die Bewertung der Gehirnstruktur“, sagte Professor Ramey.

„Aufgrund der Fortschritte in der Neuroimaging-Technologie und durch starke interdisziplinäre Kooperationen konnten wir strukturelle Merkmale des Gehirns messen.“

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„Der präfrontale Kortex und die mit der Sprache verbundenen Bereiche waren definitiv betroffen; und unseres Wissens ist dies der erste experimentelle Beweis für einen Zusammenhang zwischen bekannten frühen Bildungserfahrungen und langfristigen Veränderungen beim Menschen.“

„Wir glauben, dass diese Ergebnisse eine sorgfältige Prüfung erfordern und den Wert einer positiven Lern- und sozial-emotionalen Unterstützung für alle Kinder weiter untermauern – insbesondere, um die Ergebnisse für Kinder zu verbessern, die in den ersten Lebensjahren anfällig für unzureichende Stimulation und Betreuung sind. ”

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Martha J. Farah et al. 2021. Randomisierte Manipulation der frühen kognitiven Erfahrung beeinflusst die Gehirnstruktur von Erwachsenen. Zeitschrift für kognitive Neurowissenschaften 33 (6): 1197-1209; doi: 10.1162 / jocn_a_01709

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