Das pränatale Gedächtnis, auch fetales Gedächtnis genannt, ist wichtig für die Entwicklung des Gedächtnisses beim Menschen. Viele Faktoren können das fetale Gedächtnis und seine Funktionen beeinträchtigen, vor allem mütterliche Handlungen. Es gibt verschiedene Techniken, um die Existenz des fetalen Gedächtnisses nachzuweisen und zu messen.
Das fetale Gedächtnis ist anfällig für bestimmte Krankheiten, so sehr, dass eine Exposition die Entwicklung des Fötus dauerhaft schädigen und sogar eine Schwangerschaft durch Abtreibung beenden kann. Die mütterliche Ernährung und die Vermeidung von Drogen, Alkohol und anderen Substanzen während der gesamten neun Monate Schwangerschaft (insbesondere während der kritischen Phase der Nervensystementwicklung) sind für die Entwicklung des Fötus und seines Gedächtnissystems von Bedeutung.
Es gibt einige Hinweise darauf, dass das fetale Gedächtnis bereits im zweiten Trimester nach der Empfängnis beginnen kann. Deutliche Beweise für fetale Erinnerungen wurden etwa 30 Wochen nach der Empfängnis gefunden. Das fetale Gedächtnis ist wichtig für die elterliche Erkennung und erleichtert die Bindung zwischen Kind und Eltern. Eine der wichtigsten Gedächtnisarten ist die Speicherung von Informationen, die zur mütterlichen Bindung zwischen Säugling und Mutter beitragen.
Entwicklung des fetalen Gehirns und des Nervensystems
Das Zentralnervensystem (ZNS) und das Gedächtnis im Fötus entwickeln sich aus dem Ektoderm nach der Befruchtung durch einen Prozess, der als Neurulation bezeichnet wird. Das Ektoderm ist die äußerste Schicht des Embryos. Dies geschieht gegen Ende der dritten Schwangerschaftswoche und endet mit dem Beginn der Entwicklung des Neuralrohrs, einer wichtigen Struktur für die Entwicklung des ZNS.
Einige Hinweise deuten darauf hin, dass das Gedächtnis tatsächlich für die Entwicklung des ZNS während der Neurulation verantwortlich ist. Es bedarf jedoch noch viel mehr Forschung in diesem Bereich. Fetales Gedächtnis und Gehirnentwicklung können durch eine Reihe mütterlicher Komplikationen beeinträchtigt werden. Röteln, intrauterine Hypoxie und Hypothyreose sind einige der am besten erforschten Beispiele.
Nach Abschluss der Neurulation und der Entstehung des Nervensystems ist das fetale Gedächtnis für eine Vielzahl von Aufgaben verantwortlich. Eine seiner Hauptfunktionen ist dann die Kontrolle der Atmung des Fötus. Ebenso wurde seine Fähigkeit zur Steuerung der Augenbewegung und Koordination während der gesamten neun Monate Entwicklung festgestellt. Es gibt Hinweise darauf, dass diese im Mutterleib geübt und nach der Geburt ähnlich ausgeführt werden.
Die Rolle des fetalen Gedächtnisses bei Sprache und Erkennung
Das Erlernen der Sprache als Säugling erfordert ebenfalls fetales Gedächtnis. Es ist mittlerweile bekannt, dass die Stimme der Mutter aus dem Mutterleib deutlich zu hören ist und dass der Fötus Sprachlaute, insbesondere Phoneme (eine einzelne Lauteinheit), unterscheiden kann. Dies zeigt sich beim Neugeborenen, das viele Anzeichen eines frühen Sprachverständnisses aufweist.
Es wurde auch gezeigt, dass Säuglinge die Muttersprache ihrer Mutter bevorzugen, nachdem sie diese im Mutterleib gehört haben. Es gibt auch Hinweise darauf, dass Säuglinge nach der Geburt den Geruch ihrer Mutter bevorzugen, da sie diesen als Fötus auswendig gelernt haben. Das Gedächtnis ist entscheidend für den Erkennungsprozess, der zwischen Mutter und Säugling beim Stillen stattfindet. Die Muttermilch enthält Inhaltsstoffe, die vom Säugling erkannt werden und denen er im Fruchtwasser (Flüssigkeit, die den Fötus umgibt und für seine Ernährung im Mutterleib verantwortlich ist) im fetalen Stadium ausgesetzt war.
Einfluss von Ernährung und Substanzen auf die fetale Gehirnentwicklung
Da das Baby so stark von der Mutter abhängig ist, spielt auch die mütterliche Ernährung eine große Rolle für die gesunde Gehirnfunktion des Säuglings, einschließlich der Gedächtnisfunktion, ohne die der Säugling nicht leben kann. Somit ist das fetale Gedächtnis entscheidend für das Überleben und die gesunde Entwicklung des Säuglings vor und nach der Geburt.
Ernährung und Gedächtnis bei Nagetieren
Es gibt zwei Zeitpunkte in der Gehirnentwicklung von Nagetieren, zu denen eine Behandlung mit Cholin, einem Neurotransmitter, zu einer lebenslangen Verbesserung des räumlichen Gedächtnisses führt. Cholin ist ein Neurotransmitter, der für das räumliche Gedächtnis wichtig ist. Der erste Zeitpunkt ist zwischen dem 12. und 17. Embryoentwicklungstag, und der zweite liegt zwischen dem 16. und 30. Tag nach der Geburt der Ratte. Babyratten von Müttern, die während dieser beiden Schwangerschaftsperioden eine Cholin-arme Diät erhielten, haben eine schlechtere Gedächtnisfunktion als Babyratten von Müttern, die Cholin erhielten.
Cholin, das während dieser kritischen Perioden verabreicht wird, führt zu einer erheblichen Verbesserung der Gedächtnisleistung, wenn Ratten in einem Labyrinth trainiert werden. Selbst bei älteren Ratten bleiben diese Gedächtnisveränderungen bestehen und können leicht identifizieren, welche Ratten von Müttern stammen, die ausreichend Cholin erhielten. Die Cholin-Supplementierung scheint die Geschwindigkeit des altersbedingten Gedächtnisverlusts zu verringern.
Cholin vor der Schwangerschaft ist auch mit Veränderungen bei der Geburt, dem Tod und der Wanderung von Zellen im Hippocampus während der Entwicklung der Babyratten im Mutterleib verbunden. In einer anderen Studie mit Ratten wurde festgestellt, dass die Größe des Hippocampus (des zentralen Bereichs der Gedächtnisfunktion) durch Proteinmangel beeinflusst wurde. Genauer gesagt schien nur der CA1-Bereich des Hippocampus eine signifikante Größenreduktion zu zeigen. Der CA1-Teil des Hippocampus war bei Nachkommen von Müttern, die während der Schwangerschaft proteinarm ernährt wurden, um 20 % kleiner. Da beide Studien nur an Ratten durchgeführt wurden, ist es beim Menschen noch ungewiss, ob die gleichen Effekte von Cholin auftreten würden.
Auswirkungen von Drogen und Alkohol
Ähnlich wie die Ernährungsaufnahme können Medikamente, die die Mutter während der Schwangerschaft einnimmt, die Gehirnentwicklung ihres Fötus beeinträchtigen. Es gab eine große Menge an Forschung zu den schädlichen Auswirkungen des pränatalen Drogenkonsums und wie genau dieser die zukünftige Gedächtnisfunktion des Kindes beeinträchtigt. Die meisten Medikamente werden von der Food and Drug Administration einer Schwangerschaftskategorie zugeordnet, einer staatlichen Einschätzung der Risiken für den Fötus, die der Drogenkonsum der Mutter birgt.
Alkohol ist die am weitesten verbreitete dieser Drogen, und aus diesem Grund hat sich die Mehrheit der Forschung zum pränatalen Drogenkonsum auf ihn konzentriert. Die Forschung zeigt, dass die pränatale Exposition gegenüber Alkohol viele negative Folgen haben kann und signifikant mit Gedächtnisproblemen, Aufmerksamkeitsstörungen und verminderter kognitiver Funktion (mentale Prozesse, die Gedächtnis, Wahrnehmung, Denken usw. beinhalten) bei den Nachkommen im späteren Leben verbunden ist.
Eine Studie verglich Daten über das Trinkverhalten von Müttern während der Schwangerschaft (Alkoholkonsum der schwangeren Mutter) mit Beobachtungen der Nachkommen viele Jahre nach der Geburt. Der Alkoholkonsum der Mutter während der mittleren Schwangerschaft wurde durch Selbstauskunft (einen Fragebogen) gemessen. In dieser Längsschnittstudie (einer Studie, die Veränderungen der Teilnehmer im Laufe der Zeit durch wiederholte Messungen misst) berichteten die Nachkommen auch über ihre Trinkgewohnheiten im Alter von 21 Jahren und füllten die Alcohol Dependence Scale (einen Selbstauskunftsbogen) aus.
Die Ergebnisse deuteten auf eine signifikante Korrelation zwischen pränataler Alkoholkonsum und dem Vorhandensein gefährlicher Alkoholprobleme im Alter von 21 Jahren hin. Einer der Punkte auf der Alcohol Dependence Scale, der am positivsten mit ihrer pränatalen Alkoholkonsum korreliert, ist das "Blackout". Blackouts sind alkoholbedingte Amnesien, die auftreten, wenn die Schaffung von Langzeitgedächtnis während einer Trunkenheitsepisode beeinträchtigt ist, was zu einer Unfähigkeit, sich zu erinnern, führt. Die Häufigkeit von Blackouts bei jungen Erwachsenen während des Trinkens ist stark mit der pränatalen Alkoholkonsum verbunden; diejenigen, die als Fötus Alkohol ausgesetzt waren, sind anfälliger für Blackouts als Erwachsene.
Pränatale Alkoholkonsum kann auch zu verminderten Problemlösungsfähigkeiten und/oder Aufmerksamkeitsdefiziten führen. Eine weitere Studie untersuchte die Beziehung zwischen pränataler Alkoholkonsum und exekutiven Funktionen durch eine Reihe von Tests. Exekutive Funktionen sind eine Gruppe von Prozessen, die grundlegendere Gehirnfunktionen wie Gedächtnis, motorische Fähigkeiten und Aufmerksamkeit regulieren. Patienten, die pränatal Alkohol ausgesetzt waren, zeigten eine verminderte Fähigkeit, Informationen im Arbeitsgedächtnis (dem Gedächtnissystem, das verwendet wird, um Dinge während komplexer Aufgaben im Gedächtnis zu behalten) zu halten und zu manipulieren. Personen mit fetaler Alkoholsyndrom (FAS) und fetalen Alkoholspektrumstörungen (FAE) (Schäden, die durch Alkoholkonsum der Mutter während der Schwangerschaft verursacht werden) haben im Vergleich zu Kontrollteilnehmern (Teilnehmer, die weder FAS noch FAE haben) schlechtere Problemlösungsfähigkeiten.
- Consonant Trigrams Test (CTT) - ein Maß für das Arbeitsgedächtnis.
- Digit Span - ein weiteres Maß für das Arbeitsgedächtnis.
Daher zeigten in fast allen Fällen dieser Studie die Patienten mit FAS oder FAE eine unterlegene Leistung.
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Methoden zur Untersuchung des fetalen Lernens und Gedächtnisses
Es gibt drei Paradigmen zur Untersuchung des fetalen Lernens und Gedächtnisses.
Klassische Konditionierung
Die klassische Konditionierung wird als die Paarung eines konditionierten Reizes (CS) (z. B. Vibration) mit einem unkonditionierten Reiz (US) (z. B. lautes Geräusch) beschrieben, um eine konditionierte Reaktion (CR) (Aufregung) hervorzurufen. Bei dieser Paarung wird die Vibration unmittelbar gefolgt von einem lauten Geräusch präsentiert. Zunächst würde die Präsentation des lauten Geräuschs (US) die unkonditionierte Reaktion (UR) (natürliche Aufregung) ohne vorherige klassische Konditionierung hervorrufen. Durch die kontinuierliche Paarung des lauten Geräuschs (US) mit der Vibration (CS) wird die unkonditionierte Reaktion (UR) in eine (CR) umgewandelt, da der Fötus lernt, dass die Präsentation einer Vibration von einem lauten Geräusch gefolgt wird.
Schließlich reagiert der Fötus auf die Vibration (CS), ohne dem lauten Geräusch (US) ausgesetzt zu sein; dies ist der Zeitpunkt, an dem die Konditionierung stattgefunden hat. Föten zwischen 32 und 39 Schwangerschaftswochen wurde ein reiner Ton (CS) präsentiert, der mit einem vibroakustischen Reiz (US) gepaart wurde. Ein vibroakustischer Reiz ist eine tiefe Bass-Schallfrequenz, die vom Fötus als mechanische Vibration wahrgenommen wird. Nach 10-20 Paarungen zeigten etwa 50 % der Föten eine erfolgreiche Konditionierung, unabhängig vom Alter oder Geschlecht des Fötus.
Habituierung
Die Habituierung ist eine der erfolgreichsten Methoden zur Untersuchung des fetalen Gedächtnisses. Habituierung wurde bei Föten bereits ab 22 Wochen nachgewiesen und korrespondiert mit dem Beginn der fetalen Hörfähigkeiten. Sowohl auditive als auch vibroakustische Stimulation wurden bei der Habituierung eingesetzt. Die vibroakustische Stimulation ist eine Technik, bei der der Fötus wiederholt stimuliert wird, indem ein vibroakustischer Reiz (in vordefinierten Intervallen) auf den Bauch der Mutter angewendet wird.
Die Bewegung und Reaktion des Fötus auf den Reiz wird mittels Ultraschalltechnologie aufgezeichnet. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Habituierung erreicht ist, definiert als Ausbleiben der Reaktion des Fötus auf den Reiz. Stimulationsversuche werden bis in die Neugeborenenperiode (die ersten 28 Tage nach der Geburt) fortgesetzt, indem derselbe auditive Reiz präsentiert wird, um zu testen, ob der Fötus Erinnerungen an die Stimulationsereignisse hat.
Expositionslernen
Das Expositionslernen ist die wiederholte Präsentation eines Reizes, wie z. B. einer Fernseh-Titelliedmelodie, während des Aufenthalts im Mutterleib und anschließende Testung der Wiedererkennung (Lernen) dieser Melodie nach der Geburt. Ein Experiment wurde durchgeführt, bei dem Föten die Titelliedmelodie der Fernsehsendung "Nachbarn" im Mutterleib ausgesetzt wurden. In der ersten Bedingung des Experiments wurden Neugeborene im Alter von 2-4 Tagen, die der Melodie im Mutterleib ausgesetzt waren, die Melodie nach der Geburt präsentiert. Beim Hören der Melodie zeigten diese Neugeborenen physiologische Veränderungen, wie z. B. eine Verringerung der Herzfrequenz. Diese beobachtete Veränderung trat bei unbekannten Melodien oder bei Neugeborenen, die der Melodie im Mutterleib nicht ausgesetzt waren, nicht auf; die Melodie musste also im Mutterleib gelernt worden sein.
Ein zweites Expositionslernexperiment mit der Fernseh-Titelliedmelodie wurde durchgeführt, um festzustellen, wann Lernen und Gedächtnis im Mutterleib erstmals stattfinden können. Es wurde festgestellt, dass Föten zwischen 30 und 37 Schwangerschaftswochen, die zuvor der Titelliedmelodie ausgesetzt waren, aktiver waren, wenn ihnen die Melodie präsentiert wurde, als diejenigen, die keine vorherige Erfahrung mit der Melodie hatten.
Gesundheitliche Komplikationen und ihre Auswirkungen auf die fetale Gehirnentwicklung
Intrauterine Hypoxie ist ein Zustand, der durch unzureichende Sauerstoffversorgung des Fötus während der Schwangerschaft verursacht wird und nachteilige Auswirkungen auf die Entwicklung seines Zentralnervensystems (ZNS) hat. In vielen Fällen führt intrauterine Hypoxie zum Tod des Fötus. Bekanntlich ist das ZNS für die Kommunikations- und Reaktionsübertragungen zwischen dem Gehirn und allen Körperteilen eines Organismus von entscheidender Bedeutung. Aufgrund von Funktionsstörungen in diesem System werden kognitive Funktionen und Aufmerksamkeitskapazität beeinträchtigt, was zu einer schlechten Fähigkeit führt, Informationen zu dekodieren oder zu kodieren und Erinnerungen zu bilden.
Es wurde auch entdeckt, dass niedrigere Sauerstoffspiegel, die den sich entwickelnden Fötus erreichen, tatsächlich die Menge an grauer Substanz in seinem Gehirn verringern und die Menge an sulcaler (bezieht sich auf einen Sulcus: eine Furche auf der Gehirnoberfläche) zerebrospinaler Flüssigkeit (CSF) erhöhen können; dies ist wichtig im Frontal- und Temporallappen, die kritische Gedächtniszentren sind. Der spätere Punkt bezüglich sulcaler CSF wurde mit Schizophrenie (einer psychischen Störung, die Denkprozesse beeinträchtigt) in Verbindung gebracht.
Hypothyreose und ihre Folgen
Hypothyreose ist eine Krankheit, die schwere, nachteilige Auswirkungen auf die Gehirnentwicklung eines Fötus haben kann. Hypothyreose wird normalerweise durch einen Jodmangel verursacht, der zu einer Unterproduktion von Schilddrüsenhormonen oder einer unterentwickelten Schilddrüse mit ähnlichen Auswirkungen führt. Die Freisetzung von Schilddrüsenhormonen wird bei einer normal funktionierenden Person durch ein stimulierendes Hormon namens Thyreotropin (TSH) reguliert. In abnormalen Fällen, wenn die Schilddrüsenhormonspiegel niedrig sind, steigen die TSH-Spiegel kompensatorisch an, so dass Ärzte und medizinische Forscher TSH-Spiegel messen können, um Hypothyreose vorherzusagen.
Reduzierte Schilddrüsenhormonspiegel haben viele physische und kognitive Auswirkungen auf einen Fötus, sobald er vollständig entwickelt ist. Aus ethischen Gründen wurden die meisten Forschungen an Ratten und anderen Säugetieren durchgeführt.
Röteln (German Measles)
Röteln, gleichbedeutend mit German Measles, sind eine Krankheit, die durch ein Virus mit demselben Namen verursacht wird und hoch ansteckend ist. Sie wird oft durch vorbeugende Maßnahmen bekämpft, typischerweise durch Impfung.
Spezifische chirurgische Eingriffe im Mutterleib
Das interdisziplinäre Team von Gynäkologen, Neurochirurgen, Anästhesisten und Neonatologen des Universitätsklinikums Heidelberg freut sich über die erfolgreiche Operation und Geburt des Babys. Mit einem in Europa einzigartigen operativen Ansatz hat ein interdisziplinäres Team von Perinatal- und Neurochirurgen am Universitätsklinikum Heidelberg die offene Wirbelsäule (Spina bifida) eines ungeborenen Babys im Mutterleib operiert. Das Baby konnte sich weitere elf Wochen im Bauch seiner Mutter entwickeln, bevor es am 9. August per Kaiserschnitt geboren wurde.
"Für die Operation während der Schwangerschaft öffneten wir die Gebärmutter ähnlich wie bei einem Kaiserschnitt. Mit größter Sorgfalt wurde das Kind teilweise herausgenommen, wobei die Nabelschnur verbunden blieb", erklärte Professor Dr. Christof Sohn, Ärztlicher Direktor der Abteilung für Geburtshilfe und Gynäkologie am Universitätsklinikum Heidelberg. "Während der Operation wurden Rückenmark, Dura mater und Haut Schicht für Schicht verschlossen. So konnten wir diesem Baby den bestmöglichen Start ins Leben ermöglichen: Das Risiko für einen Hydrozephalus wurde reduziert und schwere Schäden am Rückenmark konnten weitgehend verhindert werden", sagt Professor Dr. Andreas Unterberg, Ärztlicher Direktor der Abteilung für Neurochirurgie am Universitätsklinikum Heidelberg. Die schweren Veränderungen am Gehirn des Kindes, die im präoperativen Ultraschall sichtbar waren, bildeten sich während der Schwangerschaft zurück. "Dies ist ein riesiger Erfolg, der nur durch intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit möglich war", sagt Professor Sohn.
Wenn Kinder mit Spina bifida erst nach der Geburt behandelt werden, schädigt das Fruchtwasser das ungeschützte Rückenmark irreparabel. "Studien aus den USA haben beeindruckende Beweise für die großen Vorteile der offenen fetalen Chirurgie bei Spina bifida geliefert", sagt die Kinderneurochirurgin Privatdozentin Dr. Heidi Bächli, die die Wirbelsäule des Babys operiert hat. "Die Babys leiden selten an Hydrozephalus, das Kleinhirn verschiebt sich weniger in den Wirbelkanal und das Ausmaß der Lähmung kann stark reduziert werden." Das Heidelberger Team kooperiert mit einem der größten Zentren für fetale Chirurgie der Welt, dem St. Louis Fetal Care Institute in den USA, das dieses Verfahren seit einigen Jahren erfolgreich durchführt. Das interdisziplinäre Heidelberger Team aus Gynäkologen, Neurochirurgen, Anästhesisten und Neonatologen erwarb die Expertise dafür in St. Louis, und Kollegen aus den USA standen bei diesem ersten Eingriff beratend zur Seite.
Der Defekt, bekannt als "Spina bifida aperta" (offene Spina bifida), entwickelt sich zwischen dem 20. und 28. Schwangerschaftstag, wenn sich der Wirbelkörper und oft die Haut über dem Rückenmark nicht schließen. Abhängig von der Größe und Position des Defekts sind betroffene Kinder später in ihren motorischen Fähigkeiten stark eingeschränkt und entwickeln oft einen Hydrozephalus, bei dem sich zerebrospinaler Flüssigkeit im Schädel ansammelt. Eine schwere und häufige Form der Spina bifida, die das in Heidelberg operierte Kind betraf, ist Meningomyelocele. Hier drückt Rückenmarksgewebe mit Nervenfasern durch eine Lücke in der Wirbelsäule und bildet eine äußere Tasche. Bei dem in Heidelberg operierten Kind war diese Tasche über dem Lendenwirbelbereich über 3,5 cm lang. Aufgrund von Druckveränderungen im offenen Rückenmark verlagerte sich ein Teil des Kleinhirns in den Wirbelkanal. Interdisziplinäre Beratung am Universitätsklinikum Heidelberg Vor dem Eingriff berieten Gynäkologen, Neonatologen, Kinderneurochirurgen und Anästhesisten eingehend und offen. Während der Operation wurde jeder Schritt von den zuständigen Experten durchgeführt, und die Operation am Rückenmark wurde ausschließlich von erfahrenen Kinderneurochirurgen durchgeführt.
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