die „kritische Periode“ - Fachbereich Biologie der Universität

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die „kritische Periode“ - Fachbereich Biologie der Universität

Titel

Neuronale Grundlagen der

Wahrnehmung – die „kritische

Periode“ in der frühkindlichen

Entwicklung

Eckhard Friauf

Neurobiologie/Tierphysiologie

Fachbereich Biologie

Universität Kaiserslautern


Vortrags-Gliederung

1. Vererbt oder erworben? Historie

2. Neurobiologie, Begriff „Kritische Periode“

3. Neurone: plastische Elemente des Gehirns

4. Kritische Periode:

– Reifung des Sehsystems

– Reifung des Hörsystems

– Plastizität im Tastsinn

– Plastizität durch musikalisches Training


Teil 1

Vererbt oder erworben?

Historie


Empirismus � Rationalismus

Empirismus: klassische Aussage:

„Nothing is in the mind that was not first in the

senses.“ (Thomas Hobbes, 1588-1679)

Konsequenz: alle Menschen sind bei Geburt gleich

Rationalismus: Gene legen Fähigkeiten fest, denn (nur) sie

bestimmen Bau und Funktion des Gehirns.

Genius (natürliche Begabung)

„Genie ist das Talent (Naturgabe), welches der Kunst

die Regel gibt“ (Emanuel Kant, 1688-1772)


John Locke (1632-1704)

Britischer Medizinforscher, Arzt

und Philosoph

Empirismus:

Erfahrung (Empirie) ist der

einzige Weg, durch den

Menschen Wissen erwerben

können.

Mensch als „Tabula rasa“ („blank

slate“), der vollkommen durch

seine Umwelterfahrungen

bestimmt wird.


Die Tabula rasa-Hypothese

Verhalten wird nur durch die

erworbenen Erfahrungen

determiniert

Umwelt - nicht Erbgut -

bestimmt menschliche

Eigenarten

Nature-Nurture-Frage

(angeboren oder erlernt?)


Moderne Evolutions-Psychologie

Psychologen John Tooby und Leda Cosmides (1990er Jahre):

„Monomorpher Geist“

”Monomorphic mind thesis“ “psychic unity of humankind“

Gegenargumente:

Monomorphe Blutgruppe gibt es nicht!

Monomorphe Augenfarbe gibt es nicht! (Blauäugigkeit durch

Gendefekt)

Monomorphe Herzen, Nieren ... gibt es nicht!

Warum wird aber am „monomorphen“ Geist festgehalten?

soziale Brisanz: Rassismus-Problem


Entwicklungs-Psychologie

Reifestand – „Readiness for learning“

Sensitive Periode = besonders empfängliche Phase

Kulturabhängige Meinungen evtl. als Vorurteile:

- „Lesen lernen ist nicht vor dem 6ten Lebensjahr

möglich“

- „Naturwissenschaftliche Zusammenhänge kann man

noch nicht im Vorschulalter begreifen“


Konrad Lorenz (1903-1989)

Prägung in sensitiver Periode

Prägung nur in den ersten beiden Tagen nach Schlüpfen möglich


Teil 2

Neurobiologie

Begriff „Kritische Periode“


Kritische/sensitive Periode

Definition:

Zeit, während der die Kommunikation zwischen

Zellen das Schicksal dieser Zellen festlegt

Neurobiologie:

Aktivitäts-abhängige Veränderungen?

Bestimmt Umwelterfahrung Hirnentwicklung?

Reifung � Lernen

völlig verschieden oder gleich?


Nature/Nurture-Frage:

immer noch aktuell...


Wahrnehmung und Empfindung

Wahrnehmung

objektiv

z.B. Farben; Formen, räumliches Sehen (3D)

Gegenstand neurobiologischer Forschung

Empfindung

subjektiv

z.B. positive bzw. negative Emotionen

Gegenstand psychologischer Forschung


Experimenteller Ansatz

Ausschaltung von Erfahrungsmöglichkeiten im

Tierversuch (Deprivation)

Wohl akzeptierte ethische Schranken beim Menschen

(Wolfskinder, Kaspar Hauser)

Alternativ-Versuch: Experimentelles Überangebot von

Erfahrungsmöglichkeiten


Teil 3

Neurone: plastische Elemente

des Gehirns


Neurone: Einheiten der

Informations- verarbeitung


Wettstreit bei der Neuronenreifung

1. Prinzipielles Muster

genetisch bestimmt.

2. Feinverschaltung

entsteht durch Aktivität/

Wettstreit/ Training.

„Use it or lose it“


Deprivierte Neurone verkümmern


„Synapsen“ als

Kommunikationsstellen

zwischen Neuronen


Mehr

Synapsen

nach

Lernvorgang


Teil 4

Kritische Periode

Sehsystem

Hörsystem

Tastsinn

Musikalisches Training


Organisation des Sehsystems


Amblyopie: Grauer Star

Amblyopie =

Schwachsichtigkeit eines

Auges.

Fehl-Meinungen:

1. Grauer Star muss "reif" sein,

bevor er operiert werden

kann.

2. Kleinkinder sollten nicht

operiert werden. Erst mit 3-5

Jahren.


Reifung des beidäugigen Sehens

(a) bei jungen Tieren

überlappen Eingänge

von beiden Augen

(b) Bei adulten Tieren klare,

streifenförmige Wechsel


Segregation: Verschärfung

der Feinverschaltung


Monokulare Deprivation

Augenverschluss

� Fehlentwicklung

Effekt am drastischsten

30 Tage nach Geburt

(Katze)


Aktivitäts-abhängige Reifung

im Sehsystem

Torsten Wiesel


Schwaches Auge verliert

Use it or lose it


Effekte der

monokularen Deprivation


Kritische Periode im Sehsystem

Dauer der kritischen Periode:

• Katzen: 1.-3. Monat

• Mäuse/Ratten: bis zur 5. Woche

• Makaken: bis 2. Lebensjahr

• Menschen: vermutl. 10. Lebensjahr


Konsequenz für Grauen Star:

Operation möglichst früh!

Birch EE, Swanson WH, Stager DR, Woody M, Everett M.

Invest Ophthalmol Vis Sci 1993 34:3687-3699

Outcome after very early treatment of dense congenital unilateral cataract

Frühe Operation im Alter von 1-6

Wochen mit besten Erfolgsaussichten


Amblyopie durch Schielen

Amblyopie durch Schielen wegen

ungleicher Doppelbilder im Gehirn.

6,5 % der Bevölkerung schielen.

Nur 1/10 davon bei Vorsorgemaßnahmen

(U2-U9) entdeckt.

Therapie:

Abdecken (Brille, Vorsicht!), eventuell Schieloperation.

Gleiche Sehfähigkeit wird wieder hergestellt;

Amblyopie wird verhindert.


Schielen und

Hirnentwicklung

(a)Normale Verteilung

(b)Verteilung nach Schielen

Kompetition, nur 1 Sieger bleibt


Zusammenfassung: Kritische

Periode im Sehsystem

Beidäugiges Sehsystem:

Entwicklung bis ca. zum 6. Lebensjahr.

Bildung der Strukturen im Visuellen Cortex über Aktivität (Reize).

Besonders stark im 1. Lebensjahr.

Gehirn unterdrückt beim Schielen Informationen aus einem Auge

(zur Vermeidung von Doppelbildern).

Kind „sieht“ nur mit dem anderen Auge.

Irreversible Schäden („Blindheit“) nach Ende der „kritischen

Periode“.

Bei Erwachsenen führt Schielen nicht zu Amblyopie.


Innenohr-Prothesen

(Cochlea-Implantate)


Kritische Periode im Hörsystem

Ear and Hearing 23:532-539 (2002)

- 104 taube (bei Geburt oder nach 1 Jahr) Kinder in der Studie

- Cochlea-Implantate zu unterschiedlichen Altersstadien

eingesetzt (1,3 bis 17,5 Jahre)

- Getestet wurde zeitlicher Verlauf der Großhirn-Erregung (6

Monate nach Implantation)


Je früher das Implantat,

desto besser

Bis 3,5 Jahre

problemlos

Bei �7 Jahren

drastisch

verschlechterte

Situation


Bildgebende Verfahren

Aktive Regionen im Gehirn werden sichtbar gemacht


Aktivitätsabhängige Veränderungen

im somato-sensorischen Cortex

Training: 1 Std./Tag, Fingerspitzen 2-3


EEG-Ableitungen


Zuhörem

Stumme Fingerbewegungen

Veränderte Vernetzung

durch Klavierspielen

Änderungen nach der

ersten Sitzung

(20 Minuten)

Änderungen nach zehn

Sitzungen

(5 Wochen)

Bereits 20 Minuten

Klavierspielen führt zu

Veränderungen!

Carpe diem!

Nutze den Tag!


Vergrößerte Hirnstrukturen nach

intensivem musikalischen

Training

Computertomographie

Rot:

Sensomotorische Areale

Orange:

Corpus callosum

Gelb:

Auditive Assoziationsareale


Zusammenfassung

1. Grundbau des Gehirns genetisch bestimmt (nature)

2. Feinverschaltung durch sensorische Erfahrung (nurture)

3. Erfahrung während „Kritischer Periode“ notwendig

4. Sonst irreversible Schädigungen

5. Kritische Phase liegt oft im Vorschulalter

Quintessenz:

Vielseitige Reizmuster, abwechslungsreiches Programm!

Aufmerksame Beobachtung, Vorsorgemaßnahmen!

Auch kleine Beeinträchtigungen haben Folgen!

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