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Brain meets spine: the neural origin of toddler’s first steps

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Auf der Suche nach dem neuronalen Ursprung der ersten Schritte eines Kleinkindes

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Rehabilitationsverfahren für Kinder mit zerebraler Lähmung (infantile Zerebralparese) im Kleinkindalter unter zwei Jahren hilfreicher sein könnten.

Gesellschaft

Der Mensch geht seit Millionen Jahren zu Fuß. Wie genau sich dieses Verhalten manifestiert, stellt allerdings nach wie vor ein Rätsel dar. Kinder folgen von Geburt an – und sogar schon vorher – ihrem Instinkt zu laufen. Dieser „Schreitreflex“ ist in unseren neuronalen Schaltkreisen fest verankert: Wenn man ein Neugeborenes unter den Achseln hält, versucht es instinktiv, sich vorwärts zu bewegen. Im Alter von ungefähr einem Jahr sind Kinder mit gewöhnlicher Entwicklung in der Lage, ohne fremde Hilfe zu laufen. „Dieser Moment löst grundlegende Entwicklungsveränderungen aus“, sagt Nadia Dominici, außerordentliche Professorin an der Fakultät für Verhaltens- und Bewegungswissenschaften der Vrije Universiteit Amsterdam. „Wenn dieser Meilenstein im Alter von 18-20 Monaten noch nicht erreicht ist, kann dies auf eine Entwicklungsverzögerung hindeuten“, fügt sie hinzu. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt Learn2Walk untersuchte die Unterschiede in der Gehentwicklung zwischen gewöhnlich entwickelten Kindern und Kindern mit zerebraler Lähmung, indem es das Zusammenspiel zwischen Gehirn und Muskeln untersuchte. „Dank der fantastischen Arbeit meines Teams und der Mitarbeitenden waren wir in der Lage, in einem komplexen experimentellen Umfeld einen riesigen Datensatz zu erheben“, sagt Dominici.

Die Verbindungen zwischen Gehirn und Körper erforschen

In ihrer früheren Forschung wies Dominici nach, dass die koordinierte Muskelaktivierung beim Versuch erster Schritte von Neugeborenen durch zwei grundlegende Aktivierungsmuster beschrieben werden kann. Das erste, die „angeborenen Synergien“, sind Muster, die während der gesamten Entwicklung beibehalten werden. Diese werden von zwei neuen Mustern, den „ergänzenden Synergien“, überlagert, die sich bei Kleinkindern herausbilden. „Wir wollten verdeutlichen, dass die neuen Muster, die bei Kleinkindern beim selbstständigen Laufen sichtbar werden, durch eine neu entstehende Gehirnaktivität ergänzt werden“, erklärt Dominici. Sie stellte die Hypothese auf, dass diese neu entstehende Gehirnaktivität zu Beginn des selbstständigen Gehens in einem Phasenübergang auftritt. Während dieser Zeit schaltet das Gehirn in einen neuen, stabilen Zustand um, sobald ein bestimmter „kritischer Punkt“ überschritten ist.

Versuche zur Entwicklung des Gehens bei Kleinkindern

Um diese Zusammenhänge näher zu beleuchten, führten Dominici und ihr Team einige Versuche durch, bei denen sie die Entwicklung des Gehens bei zwei Gruppen von Kleinkindern verfolgten – einer Gruppe von Kindern mit üblicher Entwicklung und einer Gruppe von Kindern mit zerebraler Lähmung. Sie überwachten die Muskel- und Gehirnaktivität während der Spaziergänge und setzten außerdem Bewegungserfassungstechnologie ein, um die Bewegungsabläufe der Kleinkinder einzufangen. „Eltern und ihre Babys besuchten unsere Labore mehrfach, vom ersten Lebensmonat bis zum Alter von 24-32 Monaten“, erklärt Dominici und betont, dass die Einbeziehung der Eltern für das Projekt von enormer Bedeutung war. Eine wichtige Aufnahmesitzung war die „Sitzung der ersten Schritte“; während des gesamten Projekts stand das Team in Kontakt mit den Eltern, um die Entwicklung ihrer Babys zu beobachten, die sich diesem entscheidenden Moment näherten. Es waren nach Angaben von Dominici komplexe Aufnahmen, aber: „Jedes Mal verließ ein lächelndes Baby das Labor.“

Möglichkeit der Rehabilitation vor dem zweiten Lebensjahr

Das Team fand heraus, dass die Synchronisation des Gehirns mit den zusätzlichen „Synergien“ – den Mustern – für die Entwicklung des selbständigen Gehens entscheidend ist und dass Kleinkinder mit zerebraler Lähmung im Vergleich zu gewöhnlich entwickelten Kleinkindern zu Beginn ihrer Bewegungsentwicklung weniger Synergien benötigen. „Das kritische Entwicklungsfenster könnte also vor dem Alter von zwei Jahren liegen, wenn das Gehirn sehr plastisch ist und die kortikospinalen Bahnen noch reifen“, fügt Dominici hinzu. „Rehabilitationsverfahren, die diese Synchronisationen von einem sehr frühen Alter an stimulieren oder verstärken können, könnten eine neue Strategie zur Förderung des unabhängigen, funktionellen und effizienten Gehens bei Kindern mit zerebraler Lähmung sein“, erklärt sie.

Schlüsselbegriffe

Learn2Walk, Gehen, Kleinkind, Gehirn, Plastik, Zerebralparese, zerebrale Lähmung, Entwicklung

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29 November 2022