GEHIRN UND MULTIPLE BEHINDERUNG

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1 GERHARD ROTH INSTITUT FÜR HIRNFORSCHUNG UNIVERSITÄT BREMEN GEHIRN UND MULTIPLE BEHINDERUNG G. Roth, 2010

2 THEMEN DES VORTRAGS Grundaufbau des menschlichen Gehirns Wie entwickelt sich dieses Gehirn? Wie bilden sich dabei ein Körperschema, eine Raumvorstellung und ein Selbst aus? (Wie) können sensorische und motorische Ausfälle kompensiert werden? Wie ist Kommunikation mit mehrfach behinderten Menschen möglich?

3 GRUNDFUNKTIONEN DES MENSCHLICHEN GEHIRNS Regulierung lebenserhaltender Funktionen: Kreislauf, Atmung, Blutdruck, Hormonhaushalt, Nahrungsaufnahme, Reflexe, grundlegende Affekte wie Abwehr, Flucht usw. Wahrnehmung der Außenwelt und des eigenen Körpers: Sehen, Hören, Tast- und Vibrationssinn, Gleichgewichts- und Körperstellungssinn, Schmecken, Riechen, Wärme-Kältesinn Bewegungssteuerung Formatvorlage des Untertitelmasters (Motorik) durch Klicken bearbeiten Kognitive Leistungen: Konstruktion der Wahrnehmungswelt, Denken, Erinnern, Vorstellen, Handlungsplanung Emotional-motivationale Leistungen: Gefühle, Motive, Bewertung Kommunikative Leistungen: Sprache, Mimik, Gestik

4 QUERSCHNITT DURCH DAS MENSCHLICHE GEHIRN 1 Endhirn Telencephalon 3 Zwischenhirn Diencephalon 4 Mittelhirn Mesencephalon 5 Brücke Pons 6 Kleinhirn Cerebellum 7 Verlängertes Mark Medulla oblongata 8 Rückenmark Medulla spinalis

5 Seitenansicht des menschlichen Gehirns Wiegt durchschnittlich Gramm Enthält ca. 100 Milliarden Nervenzellen, ca. 12 Milliarden davon in der Großhirnrinde (Cortex)

6 QUERSCHNITT DURCH DAS GEHIRN AUF HÖHE DES HIPPOCAMPUS Cortex Corpus callosum Thalamus Basalganglien Hippocampus

7 Funktionale Gliederung der Großhirnrinde BEWEGUNGS- VORSTELLUNGEN ANALYSE PLANUNG ENTSCHEIDUNG MOTORIK SOMATOSENSORIK KÖRPER RAUM SYMBOLE SPRACHE Formatvorlage des Untertitelmasters durch Klicken bearbeiten SEHEN BEWERTUNG AUTOBIOGRAPHIE HÖREN SPRACHE OBJEKTE GESICHTER SZENEN

8 SOMATOSENSORISCHES, PROPRIOZEPTIVES UND MOTORISCHES SYSTEM

9 Aufbau der Haut und Sitz der taktilen Sinnesrezeptoren, Wärme-Kälte-und Schmerzrezeptoren

10 Propriozeption wird durch Muskelspindeln, Sehnenorgane, Gelenkkapsel- Körperchen und Bindegewebs-Rezeptoren vermittelt. Längsansichten von Muskelfasern + Muskelspindel Lichtmikroskopie Schema Muskelspindeln sind Dehnungsrezeptoren, die parallel zu den extrafusalen Fasern angeordnet sind. Es sind spindelförmige Gebilde mit veränderten dünnen Muskelfasern im Innern.

11 SOMATOSENSORISCHER CORTEX Der somatosensorischecortexhat drei Regionen: den primären (SI; Area 1,2,3) und den somatosensorischen sekundären Cortex, den posterior parietalen Cortex(Area 5,7). Coronalschnitt

12 Sensorischer Homunculus Motorischer Homunculus

13 Ohne sensomotorischerückkopplung können wir uns nicht effektiv bewegen. Sie sagt uns, dass Bewegungen so, wie intendiert, ausgeführt wurden. Eine Unterbrechung der Rückkopplung führt zur Fremdheit des entsprechenden Körperteils. SENSOMOTORISCHE RÜCKKOPPLUNG

14 GLEICHGEWICHTSSYSTEM UND AUDITORISCHES SYSTEM

15 Schema der zentralen Verbindungen des N. vestibularis Körpergleichgewicht Körperbewegung Kopfbewegung Augenbewegung

16 Schema der zentralen Verbindungen des Hörnerven Primäre Hörrinde Thalamus des Zwischenhirns Mittelhirndach Verlängertes Mark Innenohr

17 DAS VISUELLE SYSTEM

18 SEHBAHN Netzhaut Optischer Nerv Sehnervkreuzung Optischer Trakt Lateraler Kniehöcker (Thalamus) Formatvorlage des Untertitelmasters durch Klicken bearbeiten Sehstrahlung Primärer visueller Cortex

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21 KONSTRUKTION DER WAHRNEHMUNGSWELT Das sensomotorischesystem (taktiles System, Gleichgewichtssystem und motorisches System) ist zuerst aktiv und bestimmt die Ent-wicklungdes visuellen System (primäre Raumorientierung, Unter-scheidungvon Körper und Nichtkörper durch sensomotorischerückkopplung). Das visuelle System bestimmt teilweise rückwirkend das sensomotorische System und das Hörsystem (multisensorisches Körper - und Raumschema). Das gustatorischeund olfaktorischesystem spielen hier nur eine geringe Rolle (keine Projektionen zum Neocortex ). Diese Sinnesempfindungen werden über aktive Körperbewegungen im parietalen und temporalen Cortex zu einer einheitlichen Körper- Umgebungs-Welt zusammengefügt.

22 FUNKTIONEN DES LIMBISCHEN SYSTEMS Regulation der vegetativen Grundfunktionen des Körpers: Atmung, Blutkreislauf, Stoffwechsel, Verdauung, Hormonhaushalt, Bewusstheit-Schlafen-Wachen, Immunsystem Kontrolle lebenserhaltender Verhaltensweisen und affektiver Zustände: Flucht-Verteidigung-Angriff, Nahrungsaufnahme, Fortpflanzung und Brutfürsorge, grundlegendes soziales Verhalten Formatvorlage des Untertitelmasters durch Klicken bearbeiten Emotionale und motivationaleverhaltenssteuerung und Verhaltensbewertung Steuerung von Bewusstseinzuständen, Aufmerksamkeit, Lernen und Gedächtnisbildung

23 Das limbische System ist Sitz der vegetativen Reaktionen, der unbewussten Affekte, Emotionen und Motive Hypothalamus (nach Spektrum der Wissenschaft, verändert) Limbisches System

24 INSULÄRER CORTEX

25 Selbst empfundener Schmerz und empathischer Schmerz im somatosensorischen und im insulären Cortex( Spiegelneurone )

26 Zentrum für Angeborene affektivemotionale Reaktionen und emotionale Konditionierung Amygdala (Mandelkern)

27 FUNKTIONEN DER MENSCHLICHEN AMYGDALA Erkennen emotionaler Komponenten bei Bildern, Gesichtern und Situationen Furchtkonditionierung Einspeichern (rechts) und Abrufen (links) emotional getönter Inhalte des episodischen Gedächtnisses, aber nicht bei nicht-emotionalen Inhalten. Interaktion mit Hippocampus, anterioremcingulären, insulärem und orbitofrontalem Cortex, Striatum und mesolimbischem System. Generelle Funktion: Regulation spontanen emotional-affektiven Verhaltens und emotionale Steuerung bewussten Verhaltens, Denkens, Erinnerns.

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29 Mesolimbisches System: Reaktion auf neuartige, überraschende Reize Antrieb durch Versprechen von Belohung (Dopamin) Belohnungssystem (hirneigene Opiate) Nucleus accumbens Ventrales Tegmentales Areal

30 FUNKTIONEN DES VENTRALEN STRIATUM -NUCLEUS ACCUMBENS Kontrolle motivationalerund lustbetonter ( hedonischer ) Zustände Steuerung des aktiven Belohnungsverhaltens und der Belohungssuche Repräsentation des Belohnungswerts von Objekten und Handlungen Steuerung von Belohnungserwartung und Registrierung der Belohnungserfüllung

31 HIRNENTWICKLUNG

32 Vorgeburtliche Entwicklung des menschlichen Gehirns

33 VORGEBURTLICHE HIRNENTWICKLUNG Woche: Beginn der Entwicklung limbischerzentren (Hypothalamus, Amygdala, Septum, Nucleus accumbens) Woche: Beginn der Entwicklung der Basalganglien, von Teilen des Kleinhirns, des limbischen Cortex 13. Woche: Beginn der Entwicklung des Hippocampusund der umgebenden Rinde Woche: Beginn der Entwicklung des Cortex, des Gyrus cinguli, des Hinterhaupts- und Scheitellappen 22. Woche: Beginn der Entwicklung des Hippocampo-corticalen Systems Beginn der Entwicklung des präfrontalen Cortex

34 Die Interaktion mit der Umwelt beginnt bereits vor der Geburt!

35 Neurobiologische Erkenntnisse Die menschliche Entwicklung vollzieht sich im Zusammenspiel zwischen Umwelt und Gehirn Erfahrungen tragen zu Verknüpfungen von Neuronen bei Die Verknüpfung der Neuronen erfolgt überproportional häufig in der frühen Kindheit und nimmt zum Erwachsenenalter hin langsam ab

36 FRÜHES LERNEN UND HIRNREIFUNG A Dendrit Axon Synapse B Grobvernetzung Verstärkung Abschwächung C Umwelt emotionale Erfahrungen, Lernen, Erziehung I I I I I Formatierung, Feinvernetzung

37 Entwicklung der Synapsenzahl im Laufe des Lebens

38 NACHGEBURTLICHE HIRNENTWICKLUNG Dendritenentwicklung und Synapsendichte Visueller Hinterhauptscortex: Höhepunkt der Dendritenentwicklung und Synapsendichtemit einem Jahr, dann Reduktion bis zum 11. Jahr. Broca-Sprachareal(grammatisch-syntaktische Sprache): Ausreifung ab Ende des dritten Jahres. Frontalcortex(Intelligenz/Denken/Urteilskraft): Höhepunkt der Dendritenentwicklung und Synapsendichtemit 1 Jahr (doppelt so hoch wie im visuellen Cortex). Reduktion ab 5-7 Jahren, Ende mit ca. 16 Jahren, beim OFC bis 22 Jahren.

39 SENSORISCH-MOTORISCHE PLASTIZITÄT DES GEHIRNS Das menschliche Gehirn kann nach der Geburt Verletzungen nicht mehr regenerieren und fehlende oder fehlentwickeltesysteme nicht mehr neu aufbauen. Es kann jedoch die vorhandenen Systeme reorganisieren und Defizite zumindest teilweise kompensieren, indem vorhandene Systeme fehlende oder ausgefallene Funktionen teilweise übernehmen. Die Plastizität des Gehirns ist vor und in den ersten Jahren nach der Geburt maximal, doch auch später können wichtige Fehlentwicklungen zumindest teilweise kompensiert werden. Ständiges Training ist eine der wichtigsten Grundlagen der Reorganisation und Kompensation. So vergrößern Fingerübungen die corticale Repräsentation der Finger (z.b. bei Klavierspielern), diese geht aberbei Beendigung des Übens wieder zurück.

40 DER EINFLUSS DER KÖPERSENSORIK UND DER BEWEGUNG AUF DIE VISUELLE WAHRNEHMUNG Kohlers Umkehrbrillenexperiment Held und Heins Katzenexperiment

41 Strattonsund Kohlers Experimente mit Umkehrbrillen (oben-unten, rechts-links oder lokale Verzerrungen): Am Anfang ist jede Bewegung und Orientierung sehr schwierig, weil Welt und Körperbewegungen nicht koordiniert sind und die Welt sich falsch zu bewegen scheint, was Übelkeit hervorruft. Am schwierigsten ist die Kontrolle des eigenen Körpers. Durch Bewegungsübungen werden Welt und Körper zunehmend stabiler, auch wenn sie nicht (entgegen vieler Behauptungen) oder nur für wenige Augenblicke nicht wirklich richtig aussieht. Der Körper lernt nach wenigen Tagen, mit dem fremden Aussehen somatosensorischund motorisch umzugehen und sich normal zu verhalten. Helds und Heins Katzenexperimente (1963): Von einem Kätzchenpaar kann eines sich aktivbewegen, das andere wird von ihm passiv bewegt. Letzteres hat dieselben visuellen Erfahrung, führt aber keine aktive Exploration der Umwelt aus. Es kann sich später im Gegensatz zum ersten Kätzchen nicht in seiner normalen Umwelt bewegen, weil es nicht gelernt hat, seine Körperbewegungen und seine visuelle Umwelt aufeinander abzugleichen.

42 Bei Blindgeborenen dehnt sich die corticalerepräsentation der Hand in den Bereich des visuellen Cortexaus (Röder et al., Elbert et al.). Ebenso erhöht sich bei ihnen die taktile Feinauflösung (Röder und Rösler, 2001; Elbert und Rockstroh, 2006) = Kreuzmodale Plastizität. Geburtsblinde Kinder zeigen in der Regel Defizite bei der Entwicklung der räumlichen Repräsentation des Körpers und der Welt. Diese können durch verstärktes Training ausgeglichen werden. Der Erwerb haptischer Erfahrungen ist nicht zwingend an visuelle bzw. visuellauditorischeerfahrungen gebunden. Auch geburtsblinde Kinder sind zu einem 2-D 3-D-Transfer fähig. Ihre räumliche Welt scheint ähnlich strukturiert zu sein wie die sehender Kinder. Geburtsblinde können die Welt taktil bessererfassen als Sehende (Röder und Rösler, 2001, Elbert und Rockstroh, 2006). Aufgrund genetischer Vorgaben bauen sie nicht eine ganz andere Welt auf. Dies zeigt sich bei der Umwandlung des Sehcortex in den Hörcortex und umgekehrt: die typischen corticalenorganisationsmerkmale bilden sich aus, wahrscheinlich unter Einfluss des Thalamus.

43 Aus Röder und Rösler, 2000

44 Blindenschrift-Lesen mit mehreren Fingern: Lesegeschwindigkeit, die mit einem Finger langsam ist, erhöht sich dramatisch. Gleichzeitig zeigen sich im Cortex stark überlappende Projektionen (Diskriminationder einzelnen Finger sinkt zugunsten der Empfindlichkeit (Aus Elbert-Rockstroh, 2006, S. 649).

45 SENSOMOTORISCHE TRAININGSMÖGLICHKEITEN BEI TAUBBLINDGEBORENEN Das taktile, propriozeptiveund motorische System bleiben ein Leben lang sehr plastisch. Bei genügendem Training kann dieses sensomotorischesystem viele Funktionen der visuellen und auditorischenraumorientierung übernehmen. Beim Training muss die Stimulation intensiv, langandauerndund verhaltensrelevant-funktionsbezogenbesetzt sein, dann ist sie kompensatorisch besonders wirksam. Es gibt einen starker Einfluss von Aufmerksamkeitund emotionalerzuwendung (stabile Beziehungen) auf den Grad der Kompensation.

46 WIE IST KOMMUNIKATION MIT TAUBBLINDGEBORENEN MÖGLICH? Menschen verfügen über angeborene nichtsprachlichliche sensomotorische, gustatorischeund olfaktorischekommunikationssysteme. Taktile und somatische Kommunikation: Berühren, Streicheln, in dein Arm nehmen wirken nichtverbal kommunikativ über das limbischesystem. Gegenseitiges Abtasten des Gesichts. Sprachliche Kommunikation mithilfe von Blindenschrift, Stimulation der Hand, der Finger usw. Musik, Tanzen, Vibrationen spüren. Rhythmik ist ein sehr gutes Kommunikationsmittel. Zeichnen: Herstellung taktiler Zeichnungen mit dem Sewell raised line drawingkit, bei denen gezeichnete Striche in erhobene Linien umgewandelt werden. Interessanterweise sind die Kinder beim Zeichnen besser als beim Wiedererkennen (sequentielle Informationsverarbeitung). Geruch und Geschmack scheinen wenig erprobt zu sein.