Perinatal environmental enrichment affects murine neonates' brain structure before their active engagement with environment

Jedes Lebewesen trägt den Abdruck seiner frühesten Tage in sich. Die Welt, der ein Neugeborenes begegnet, noch bevor es laufen oder sprechen kann, hinterlässt eine Spur darin, wie sich sein Körper und sein Geist entwickeln. Wissenschaftler wissen schon lange, dass eine komplexe, stimulierende Welt das Gehirn umgestalten kann, indem sie es fähiger und belastbarer macht. Bei ausgewachsenen Tieren haben Forscher dies deutlich gesehen: Wenn Nagetiere in Käfigen platziert werden, die voller Spielzeug, Tunnel und Sozialpartner sind, verändert sich ihr Gehen physisch; ihr Gehirn bildet neue Verbindungen und Strukturen aus, insbesondere in dem Bereich, der für das Gedächtnis zuständig ist. Doch eine entscheidende Frage blieb unbeantwortet: Geschieht dies auf die gleiche Weise, wenn das Tier noch ein Baby ist? Formt die Umgebung das Gehirn eines Neugeborenen, das noch zu jung ist, um die Welt zu erkunden, oder ist dieser Effekt jenen vorbehalten, die alt genug sind, mit der Welt zu interagieren?

Ein Forschungsteam machte sich daran, dies zu untersuchen, indem es Mäuse während der perinatalen Phase beobachtete, also der Zeit kurz vor und kurz nach der Geburt. Sie wollten sehen, ob die Umgebung, in der die Mutter lebte, die Gehirnstruktur ihrer Nachkommen verändern konnte, noch bevor die Babys direkten Kontakt zur Außenwelt hatten. Zu diesem Zweck zogen sie einige Mäusemütter in Standardkäfigen, die ruhig waren, und andere in angereicherten Umgebungen auf, die mit neuartigen Objekten und sozialer Komplexität gefüllt waren. Sie warteten, bis die neugeborenen Mäuse sieben Tage alt waren – ein Zeitpunkt, an dem die Jungen noch blind und taub sowie vollkommen von ihren Müttern abhängig sind. In diesem Stadium können die Babys nicht klettern, spielen oder Probleme lösen; sie existieren einfach nur im Nest. Die Forscher nutzten daraufhin die hochauflösende Magnetresonanztomographie, eine leistungsstarke Scantechnik, die es Wissenschaftlern ermöglicht, das Innere des Gehirns zu sehen, ohne es aufzuschneiden, um die physische Struktur dieser sieben Tage alten Gehirne zu messen.

Die Scans ergaben, dass sich die Gehirne der Neugeborenen tatsächlich unterschieden, je nachdem, in welcher Umgebung ihre Mütter gelebt hatten. Die Veränderungen waren jedoch nicht das, was man basierend auf Studien an ausgewachsenen Mäusen erwarten würde. Bei ausgewachsenen Nagetieren treten die dramatischsten Veränderungen meist im Hippocampus auf, der Region, die mit Lernen und Gedächtnis verknüpft ist. In diesen Neugeborenen zeigte der Hippocampus nur sehr geringe Unterschiede. Stattdessen zeigten sich die signifikantesten strukturellen Veränderungen in anderen Teilen des Gehirns: im Hinterhirn, das grundlegende Lebensfunktionen steuert; im dorsalen Striatum, das an Bewegung und Gewohnheitsbildung beteiligt ist; und in der medialen Habenula, einer kleinen Struktur tief im Gehirn. Dies deutet darauf hin, dass das Gehirn auf Umweltkomplexität während der frühen Entwicklung anders reagiert als im Erwachsenenalter.

Da die neugeborenen Mäuse zu jung waren, um mit den angereicherten Spielzeugen oder der komplexen sozialen Umgebung zu interagieren, fragten die Forscher, wie die Umgebung das Gehirn des Babys überhaupt erreichen konnte. Sie stellten die Hypothese auf, dass die Mutter die Brücke war. Sie beobachteten, dass sich die Mütter in den angereicherten Umgebungen anders verhielten als jene in den Standardkäfigen und somit eine andere Art der Fürsorge für ihre Jungen anboten. Die Daten zeigten einen klaren Zusammenhang: Die spezifischen Arten, wie die Mütter sich um ihre Jungen kümmerten, korrelierten direkt mit den strukturellen Veränderungen, die in den Gehirnen der Babys gesehen wurden. Darüber hinaus waren die Effekte der angereicherten Umgebung und die Effekte der mütterlichen Fürsorge ähnlich, was darauf hindeutet, dass das Verhalten der Mutter zumindest teilweise dafür verantwortlich ist, die Vorteile einer komplexen Welt an ihre Nachkommen weiterzugeben. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass das Gehirn einer sich entwickelnden Maus durch ihre Umgebung geformt wird, aber bei einem Neugeborenen geschieht dies nicht durch dessen eigene Exploration, sondern durch die veränderte Fürsorge, die es von seiner Mutter erhält.