Was passiert im Gehirn? AD(H)S, Legasthenie, Dyskalkulie und Hochbegabung

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1 Dresden, 19. April, 2008 Was passiert im Gehirn? AD(H)S, Legasthenie, Dyskalkulie und Hochbegabung Jörg Bock Institut für Biologie, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

2 Lese-Rechtschreib-Schwäche (LRS): Bezeichnung für alle Störungen, die dazu führen, dass Lesen und/oder Schreiben nicht oder nur schlecht erlernt werden kann. Dyslexie (Legasthenie): Entwicklungsstörung der Lese-Rechtschreib- Fertigkeiten bei normal entwickelter Intelligenz. Schwächen beim Erlernen von Lesen, Schreiben oder Rechtschreibung, die nicht durch körperliche Gebrechen (z.b. an Ohr oder Auge), allgemeine geistige Minderbegabung oder unzureichenden Unterricht verursacht sind. Hirnbiologische Ursachen? Dyskalkulie (Rechenschwäche): Entwicklungsverzögerung des mathematischen Denkens bei Kindern, Jugendlichen und auch Erwachsenen. Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS)

3 Gehirn Funktionelle Gliederung Sekundärer motorischer Cortex Prämotorischer Cortex (Koordination komplexer Bewegungen) Präfrontaler Assoziationscortex (bewusstes Planen; Entscheidungsfindung, Persönlichkeitseigenschaften) Frontallappen Broca-Areal (Sprachbildung, motorisch) Primärer auditorischer Cortex Primärer motorischer Cortex (bewusste Bewegung) Sulcus centralis Somatosensorischer Cortex Posteriorer Parietalcortex (Integration somatosensorischer und visueller Informationen) Parietallappen Wernicke-Areal (Sprachverständnis) Parietal-temporaloccipitaler Assoziationscortex (Integration aller sensorischer Eingänge für Sprache) Okzipitallappen Limbischer Assoziations Cortex (Motivation, Emotion, Gedächtnis) Temporallappen Primärer visueller Cortex

4 Dyslexie Entwicklung der Lesefähigkeiten Defizit oder Entwicklungsverzögerung? Shaywitz & Shaywitz, 2005

5 Dyslexie Sprachentwicklung und Legasthenie

6 Dyslexie Magnozelluläre Theorie Beeinträchtigung d. magnozellulären Systems (vor allem visuell) Sensorische Defizite Kognitive Defizite Defizite auf Verhaltensebene : - motorische, visuelle u. auditorische Fähigkeiten - Bedeutung/Inhalt von Lauten - Lesefähigkeiten Ramus, 2003

7 So sieht ein von ADHS und Legasthenie betroffenes Kind den Text:

8 Dyslexie Störungen der auditiven Differenzierung Fischer & Hartnegg, 2004

9 Dyslexie Phonologische Theorie (Gestörte Lautverarbeitung) Hirnbiologische Störung Umkodierung von Sprachlauten in Schriftsymbole (Phonem-Graphem-Konversion) Verarbeitung von Sprachlauten Kognitive (Wahrnehmungs-) Defizite Defizite auf Verhaltensebene : - Bedeutung/Inhalt von Lauten - Lesefähigkeiten Ramus, 2003

10 Dyslexie Moderne Theorie Biologie Kognition Verhalten Ramus, 2004

11 Dyslexie Verminderte Funktionalität v. sprach- und leserelevanten Gehringebieten phonologische Verarbeitung Wortbedeutung Erkennung v. Buchstaben Démonet et al., 2004

12 Dyslexie Veränderte Gehirnaktivität bei Dyslexikern Gehirnaktivierung während visueller Präsentation von sich reimenden Pseudowörtern Shaywitz & Shaywitz, 2005

13 Dyslexie Veränderte Gehirnaktivität bei Dyslexikern Gehirnaktivität nach systematischer Förderung (Experimental Intervention, EI) blau, lila = 1 Jahr EI gelb, rot = 3 Jahre EI Shaywitz & Shaywitz, 2005

14 Dyslexie Poor Reader verwenden andere Hirnsysteme Funktionelle Verbindungen d. linken temporal/okzipitalen Region während einer Leseaufgabe (Real Words) Verbindungen zum Lese- /Sprachsystem d. linken Gehirnhälfte (Broca-Areal) Verbindungen zu präfrontalen Gedächtnis-(Assoziationsarealen) d. rechten Gehirnhälfte Shaywitz & Shaywitz, 2005

15 Dyskalkulie Entwicklung mathematischer Fähigkeiten Grauer Bereich = Arbeitsgedächtnis Aster & Shalev, 2007

16 Dyskalkulie Reduziertes Volumen grauer Substanz in frontalen und parietalen Gehirnarealen Rotzer et al., 2008

17 Dyskalkulie Reduziertes Volumen weißer Substanz in frontalen und parahippocampalen Gehirnarealen Rotzer et al., 2008

18 Dyskalkulie Reduzierte Gehirnaktivität bei bestimmten Rechenaufgaben (approximate calculation)

19 AD(H)S Vererbung

20 AD(H)S Umweltfaktoren Risikofaktoren für das Auftreten von AD(H)S Gen x Umwelt Interaktionen!

21 AD(H)S Developmental delay (Entwicklungsverzögerung) hypothesis! Gilt vor allem für den Präfrontalcortex

22 AD(H)S Verminderte Kortexdicke bei ADHS-Patienten (Kinder/Judendliche) Shaw et al., 2006

23 AD(H)S Verminderte Kortexdicke bei ADHS-Patienten (Erwachsene) Makris et al., 2007

24 AD(H)S Veränderte Gehirnaktivität bei ADHS-Patienten ohne Methylphenidatbehandlung Gelb = erhöhter Blutfluss mit Methylphenidatbehandlung Blau = Verminderter Blutfluss Lee et al., 2005

25 Lese-Rechtschreib-Schwäche (LRS): Bezeichnung für alle Störungen, die dazu führen, dass Lesen und/oder Schreiben nicht oder nur schlecht erlernt werden kann. Dyslexie (Legasthenie): Entwicklungsstörung der Lese-Rechtschreib- Fertigkeiten bei normal entwickelter Intelligenz. Schwächen beim Erlernen von Lesen, Schreiben oder Rechtschreibung, die nicht durch körperliche Gebrechen (z.b. an Ohr oder Auge), allgemeine geistige Minderbegabung oder unzureichenden Unterricht verursacht sind. Hirnbiologische Ursachen? Dyskalkulie (Rechenschwäche): Entwicklungsverzögerung des mathematischen Denkens bei Kindern, Jugendlichen und auch Erwachsenen. Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS)

26 Gehirnentwicklung

27 Lern- und Erfahrungsprozesse modulieren die genetischen und molekularen Entwicklungsprogramme Stress Nach der Geburt Geburt Vor der Geburt Moleküle G e n e basic networks Umwelt Erfahrungen Emotionen Lernen fine-tuning Vorteil: Optimal an die Umweltbedingungen angepaßte Schaltkreise des Gehirns (sensorisch, motorisch und emotional) Nachteil: Vulnerabilität, d.h. Anpassung an negative oder fehlende Umweltstimulation ( funktionelle Narben ), die die intellektuellen und emotionalen Fähigkeiten langfristig einschränken

28 Postnatales Hirnwachstum

29 Postsynapse = Empfänger Präsynapse = Sender

30 Postnatale Veränderungen synaptischer Verschaltungen Geburt 6 Jahre 14 Jahre Innerhalb der ersten drei Lebensjahre werden Synapsen mit erstaunlicher Geschwindigkeit gebildet. Während der ersten 10 Lebensjahre besitzt das Kind doppelt so viele Synapsen wie ein Erwachsener From Rethinking the Brain; New Insights into Early Development

31 Postnatale Veränderungen synaptischer Verschaltungen aus Carlson, Physiologische Psychologie Prinzip Use it or lose it?

32 Emotionale Lern- und Erfahrungsprozesse wirken als Bildhauer im Gehirn Festlegung von Verschaltungsmustern und Denkkonzepten?

33 Neugier, Begeisterung, Interesse (emotional) Neuron im ventralen Tegmentum (Dopamin) starke Synapse Assoziatives Lernen Neuron im Präfrontalcortex die Worte des Lehrers (neutral) Neuron im Hörcortex schwache Synapse

34 Kritische Zeitfenster während der Hirnentwicklung menschliches Gehirn aus Carlson, Physiologische Psychologie Prinzip Use it or lose it

35 Kritische Zeitfenster während der Hirnentwicklung Limbisches System, Emotionale Entwicklung aus Kalat, Biological Psychology Unreife limbische Areale (während früher Entwicklungsphasen) sind experience-expectant critical period

36 Kritische Zeitfenster während der Hirnentwicklung adapted from Doherty, 1997 kritisches Zeitfenster Beendigung des kritischen Zeitfensters

37 Gehirn Funktionelle Gliederung Sekundärer motorischer Cortex Prämotorischer Cortex (Koordination komplexer Bewegungen) Präfrontaler Assoziationscortex (bewusstes Planen; Entscheidungsfindung, Persönlichkeitseigenschaften) Frontallappen Broca-Areal (Sprachbildung, motorisch) Primärer auditorischer Cortex Primärer motorischer Cortex (bewusste Bewegung) Sulcus centralis Somatosensorischer Cortex Posteriorer Parietalcortex (Integration somatosensorischer und visueller Informationen) Parietallappen Wernicke-Areal (Sprachverständnis) Parietal-temporaloccipitaler Assoziationscortex (Integration aller sensorischer Eingänge für Sprache) Okzipitallappen Limbischer Assoziations Cortex (Motivation, Emotion, Gedächtnis) Temporallappen Primärer visueller Cortex

38 Welchen Einfluß haben Störungen der sozioemotionalen Umwelt auf die Entwicklung des Gehirns?

39 Kaspar Hauser ca

40 Kritischer Einfluß des Kind-Mutter Kontaktes auf die Verhaltensentwicklung: Tierexperimentelle Untersuchungen von Harlow & Harlow, Lorenz... und anderen...

41 Frühkindliche Lernprozesse Positive emotionale Erfahrungen (soziale Kontakte) Negative emotionale Erfahrungen/Stress (soziale Deprivation, Mißhandlung etc.) Entwicklung Entwicklung sozialer sozialer und und intellektueller intellektueller Fähigkeiten Fähigkeiten Lernstörungen Lernstörungen und und psychosoziale psychosoziale Erkrankungen Erkrankungen

42 Was ist Stress? Stress Stress ist wenn unser Wohlbefinden bedroht ist (oder scheint) UND Wir versuchen uns vor dieser Bedrohung zu schützen bzw. zu verteidigen

43 Soziale Kontrolle der Stressantwort während der frühen Entwicklung Increase in Cortisol Crying Social Buffering? Age in Months

44 Soziale Kontrolle der Stressantwort während der frühen Entwicklung Bsp. Betreuungseinrichtung Sensitive and Responsive Cold and Distant To

45 Soziale Kontrolle der Stressantwort während der frühen Entwicklung Bsp. Betreuungseinrichtung Cortisol High Low Sensitive/Responsive Care

46 Frühe Lern-/Erfahrungsprozesse Frühe Erfahrungen modulieren bzw. prägen das limbische System ( Emotionssystem ) des Gehirns. In der frühen Kindheit wird im Wechselspiel zwischen Kind und Bezugsperson die Grammatik und die Sprache der Gefühle erworben und somit die emotionalen Kapazitäten im späteren Leben festgelegt. Defizite der emotionalen Umwelt führen zur fehlerhaften Entwicklung emotionaler Schaltkreise im Gehirn. Der Einfluss dieser Erfahrungen ist geschlechtssepzifisch Der Einfluss dieser Erfahrungen ist abhängig von spezifischen Entwicklungszeitfenstern (und spezifisch für jedes Gehirnareal). Durch Störungen oder inadäquate Förderung während dieser Entwicklungsphasen entstandene Defizite sind nach Ablauf der sensiblen Phasen nur noch bedingt korrigierbar, dies gilt sowohl für die Hirnentwicklung als auch für das Verhalten.

47 Optimale Förderung?

48 Schlussfolgerungen Frühkindliche Lernprozesse More than just learning your ABC! Die geistige und emotionale (!!) Förderung des Kindes durch Eltern und Erzieher/Lehrer stellt die Weichen für das (vor-) schulische Lernen.

49 Kritische Zeitfenster während der Hirnentwicklung adapted from Doherty, 1997 kritisches Zeitfenster Beendigung des kritischen Zeitfensters

50 Hochbegabung Intelligenz(test) % Hochbegabung IQ

51 Hochbegabung Hirnsysteme Lee et al., 2006

52 Hochbegabung Modelle Triadisches Interpendenzmodell nach Mönks Gen x Umwelt Interaktionen!

53 Hochbegabung Modelle Gen x Umwelt Interaktionen!

54 Positive Erfahrungen (z.b. Erfolge!) und Lernen verändern die Hirnfunktionen Sozio-emotionales und intellektuelles Umfeld (Familie, Schule) Lernleistungen, soziale Kompetenz, emotionale Stabilisierung, Optimale Entwicklung der Hirnfunktionen Limbisches System: kognitive und emotionale Interaktion mit der Umwelt?

55 Ein Teufelskreis... gestörtes sozioemotionales Umfeld (Familie, Schule) Verhaltensstörungen: (Hyperaktivität, Aufmerksamkeitsstörungen, Angststörungen, Aggressivität) Lernstörungen reversibel? unter- oder fehlentwickelte Hirnfunktionen dejustierte limbische Funktionen: pathologische Wahrnehmung der Umwelt?

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