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Um diesen Bericht als PDF anzuzeigen, siehe Fetale EEGs: Signale vom Beginn des Lebens

Als Neurowissenschaftlerin und Mutter von zwei Kindern wollte ich schon immer wissen, wie das Gehirn der Kleinen funktioniert. Laut einigen Websites, die ich gelesen hatte, war die elektrische Aktivität nur sechs Wochen und drei Tage nach der Empfängnis aus dem Gehirn eines menschlichen Fötus aufgezeichnet worden (1). Das wäre nur drei Wochen, nachdem das fötale Herz zu schlagen beginnt (2) und eine Woche nach den frühesten aufgezeichneten fötalen Bewegungen (3)., Aber wie jeder Neurowissenschaftler Ihnen sagen wird, ist es schwierig, die elektrische Aktivität von erwachsenen menschlichen Gehirnen mithilfe der Elektroenzephalographie (EEG) aufgrund von Störungen der Kopfhautmuskulatur und der Schädelknochen aufzuzeichnen. Wie könnte ein Baby von der Größe einer Traube genug elektrische Aktivität produzieren, um erkannt zu werden?

Ich machte mich daran, die ursprüngliche Forschung zu finden und festzustellen, ob sie gut gemacht wurde. Ich erwartete, dass elektrische Signale, die von den Muskeln der Mutter kommen, diejenigen aus dem Gehirn des ungeborenen Kindes maskieren würden., Schlimmer noch, die meisten Forscher verwenden fetale EEGs, um die Gehirnaktivität bei Babys während der Geburt oder im letzten Trimester der Schwangerschaft aufzuzeichnen. In der Tat zitierten alle öffentlich online veröffentlichten Papiere die Gehirnforschung an Babys im ersten Trimester aus zweiter Hand. Ich begann zu befürchten, dass die Behauptung, dass ein 45 Tage alter Fötus Gehirnaktivität zeigt, falsch war.

Um die Antwort zu finden, musste ich die Library of Congress besuchen und eine wissenschaftliche Arbeit abstauben, die so alt ist, dass sie nicht öffentlich im Internet verfügbar ist., Das Papier detaillierte Hirnforschung, die während der tragischen medizinischen Notfällen in Philadelphia in den 1950er Jahren stattfand. Im Jahr 1955, Winslow Borkowski und Richard Bernstine, Ärzte am Jefferson Medical College Hospital, vorübergehend erhalten ein winziges ungeborenes Kind entfernt 45 Tage nach der Empfängnis während einer Eileiterschwangerschaft und aus den frontalen und okzipitalen Bereichen des Gehirns aufgezeichnet. Das Team verwendete Nadelelektroden, um die Gehirnaktivität bei 3 Millimetern und 1 Zentimeter unter der Gehirnoberfläche (4) aufzuzeichnen., Diese Elektroden drangen in das Hirngewebe ein, was das Problem elektrischer Störungen durch nahe gelegene Muskeln löst. Nach 45 Tagen nach der Empfängnis ist das Gehirn nach vorne gebogen und fast so groß wie der gesamte Körper des Fötus, so dass diese tiefen Aufnahmen möglich sind (5).

Typischerweise zeichnen Ärzte die Gehirnaktivität oder EEGs mit Elektroden auf der Kopfhaut auf., Durch die Verwendung einer Elektrode, die tatsächlich in das Gehirn gelangt, erhalten Ärzte und Wissenschaftler eine genauere Aufzeichnung, da die Elektroden mehr neuronale Aktivität als Muskelaktivität erkennen, wenn die Elektrode von neuralem Gewebe umgeben ist. Die Aufzeichnungstechnik von Borkowski und Bernstine ist die zuverlässigste Methode zur Aufzeichnung von EEGs, verursacht aber auch dauerhafte Hirnschäden und wird daher nur bei Tieren oder Menschen mit unkontrollierbaren Anfällen angewendet. In diesem Fall hatte der Fötus nur wenige Minuten zu leben, so dass die invasive wissenschaftliche Technik nicht als unethisch angesehen wurde., Insbesondere endete die Anwendung dieser Technik bei Babys, die zu früh geboren wurden, um zu überleben, meines Wissens 1961 (6).

Die Ärzte begannen 10 Minuten nach der Operation, die sie von der mütterlichen Blutversorgung trennte, mit der Aufzeichnung des 45 Tage alten Fötus und setzten die Aufzeichnung fast 90 Minuten lang bis zum vollständigen Hirntod fort, der durch den vollständigen Mangel an EEG-Aktivität bestimmt wurde (4)., Während es überraschend sein mag, dass die Gehirnaktivität des Fötus nach der Trennung vom sauerstoffhaltigen Blutfluss seiner Mutter so lange anhält, verfügen neugeborene Neuronen über Schutzmechanismen, die ihnen helfen, metabolische Belastungen und sauerstoffarme Umgebungen zu überleben (7).

Überzeugt davon, dass die Beweise für die menschliche Gehirnaktivität 45 Tage nach der Empfängnis stark waren, wandte ich mich der Frage zu, was wir aus diesen fetalen EEG-Aufnahmen lernen können.

Elektroenzephalogramme (EEGs) zeichnen die spontane elektrische Aktivität auf, die von aktiven Neuronen im Gehirn erzeugt wird., Im Allgemeinen erzeugt das Gehirn elektrische Aktivität, die in zwei Teile unterteilt ist-simultane rhythmische Komponenten, die häufig als Gehirnwellen bezeichnet werden, und Ereignispotentiale, die mit sensorischer Stimulation oder aufgabenbezogenem Denken zusammenhängen. Wissenschaftler, die ein EEG beobachten, können nicht sagen, was eine Person denkt und fühlt, aber ereignisbezogene Potenziale zeigen, dass das Gehirn seine Umgebung wahrnimmt und wahrnimmt. Ereignispotentiale sind auch leicht von der Kopfhaut oder im Falle eines ungeborenen Kindes von Elektroden auf der Oberfläche des Bauches seiner Mutter zu erkennen., Aus externen Messungen wissen wir, dass ein 26-wöchiger Fötus nach der Empfängnis auf Geräusche mit ereignisbedingten Potenzialen reagiert (8), aber technische Einschränkungen verhindern, dass Forscher im früheren Gestationsalter klare Daten erhalten.

Im Gegensatz dazu können Gehirnwellen mit nicht-invasiven Methoden schwer zu erkennen sein. Wenn sie gemessen werden können, können bestimmte Rhythmen von Gehirnwellen den Bewusstseinszustand einer Person anzeigen, zum Beispiel bei Erwachsenen:

• Langsame Wellenaktivität wird während des Tiefschlafs beobachtet.,
• Kurze Ausbrüche von hochfrequenter rhythmischer Aktivität, die als „Schlafspindeln“ bezeichnet werden, werden beobachtet

während eines leichteren Schlafes.

• Eine schnellere rhythmische Aktivität kann bei Bewegungen und Aufgaben beobachtet werden, die Aufmerksamkeit erfordern.

Schließlich weist das Fehlen jeglicher EEG-Aktivität auf einen Hirntod hin.

Als Borkowski und Bernstine das Gehirn des 45 Tage alten Fötus untersuchten, beobachteten sie Muster der Gehirnaktivität, die sie als ähnlich beschrieben wie bei älteren Föten (6)., Normalerweise entwickeln sich Föten, gesunde Frühgeborene und Vollzeit-Neugeborene zwei Haupt-EEG-Muster: „diskontinuierliche“ Aktivität und „Trace-alternant“ Aktivität (9). Diskontinuierliche Aktivität ist eine Mischung aus langwelliger Aktivität und Bursts, die ereignisbedingten Potentialen ähneln. Trace-alternante Aktivität bezieht sich auf scharfe Ausbrüche elektrischer Aktivität, gefolgt von mehreren Rhythmen mit hoher Amplitude. Wissenschaftler haben vermutet, dass spurenalternative Aktivität ruhigen Schlaf darstellt und diskontinuierliche Aktivität Wachheit oder schnellen Augenbewegungsschlaf darstellt (10)., Ältere Frühgeborene zeigen eine spurenalternative Aktivität als jüngere Frühgeborene, was darauf hindeutet, dass die spurenalternative Aktivität mit der fetalen Reife zunimmt (11).

Von 1955 bis 1961 untersuchten Borkowski und Bernstine die EEGs von insgesamt sechs Föten im Alter von 43 bis 120 Tagen nach der Empfängnis und wurden während einer Eileiterschwangerschaft oder Hysterektomie entfernt. Bernstine beschrieb die Gehirnwellen (6):

„Die elektrische Aktivität war Niederspannungswellen (10 bis 20 Mikrovolt), die bei ½ bis 2 pro Sekunde auftraten. Eine schnellere Aktivität (2-8 Wellen pro Sekunde) war fast genauso häufig vorhanden., Rhythmus bei acht bis zwölf Wellen pro Sekunde war deutlich seltener als Aktivität bei mehr als zwölf Wellen pro Sekunde.“

Die Tatsache, dass diese Wissenschaftler mehrere Arten von Rhythmen beobachteten, zeigt, dass Netzwerke von Neuronen mehr als ein Aktivitätsmuster zeigten. Die fötalen Neuronen feuerten nicht einfach zufällig, sondern synchronisierten sich für kleine Zeiträume mit benachbarten Neuronen. Darüber hinaus ähnelten die Niederspannungs-Slow-Wave-Muster dem Slow-Wave-Schlaf bei Erwachsenen, aber es ist unklar, ob dies bedeutet, dass der Fötus geschlafen hat., Zusätzlich machten die Ärzte eine besondere Beobachtung beim 45 Tage alten Fötus (4):

„Ausbrüche von Schnellwellenaktivität (16 pro Sekunde) aus dem oberflächlichen Kortex und tieferen Strukturen des Hirnstamms wurden zweimal beobachtet. Diese Wellen ähnelten Schlafspindeln, wie sie im erwachsenen Elektroenzephalogramm beobachtet wurden.“

Wie bereits erwähnt, treten“ Schlafspindeln “ häufig im EEGs von Erwachsenen während eines leichteren Schlafes auf. Beim Erwachsenen korrelieren „Schlafspindeln“ mit der Stärkung der Verbindungen zwischen Neuronen und können zur Bildung von Langzeitgedächtnissen beitragen (12)., Es ist möglich, dass sie im Fötus den gleichen Zweck erfüllen; Das fötale Gehirn ist jedoch nicht einfach ein erwachsenes Miniaturgehirn. Es entwickelt sich von innen nach außen. Insbesondere entwickeln sich zuerst tiefe subkortikale Bereiche. Wenn sich der Kortex zu entwickeln beginnt, bildet er zuerst interne Schaltkreise. Anatomische Projektionen von den subkortikalen Bereichen zum Kortex treten erst im zweiten Trimester auf. Projektionen mit Monoaminen wie Dopamin und Serotonin bilden sich zuerst zwischen 12 und 16 Wochen und exzitatorische Projektionen später zwischen 20 und 23 Wochen nach der Empfängnis (9)., Schlafspindeln entstehen typischerweise aus reziproken Verbindungen zwischen einer tiefen subkortikalen Struktur – dem thalamischen retikulären Kern-und dem Kortex (13). Die Verbindung zwischen dem Thalamus-retikulären Kern und dem Kortex hätte sich bei einem 45 Tage alten Fötus jedoch noch nicht entwickelt. Angesichts der Tatsache, dass die fetalen EEG-Aufnahmen aus den oberflächlichen frontalen und okzipitalen Bereichen stammten, zeigen diese Aufnahmen wahrscheinlich Aktivität aus tiefen Hirnregionen, denen Aktivität aus internen kortikalen Kreisläufen gegenübergestellt ist (5).,

Schließlich beendeten Borkowski und Bernstine ihre Aufnahmen nach dem Hirntod (4):

„Die gesamte elektrische Aktivität des Gehirns war in 91 Minuten nach der Ligatur der Uterusarterien vollständig verschwunden.“

Wenn das Fehlen von Gehirnaktivität den Hirntod signalisiert, zeigt das Vorhandensein von Gehirnaktivität das Leben des Gehirns an. Die Wissenschaft zeigt deutlich, dass sich bei der Empfängnis ein einzigartiges menschliches Individuum bildet., Wenn das Vorhandensein von Gehirnaktivität auf ein Leben hindeutet, das eines medizinischen Eingriffs und Schutzes bei einem Menschen außerhalb des Mutterleibs würdig ist, warum garantiert es dann keinen Schutz auch für einen Menschen im Mutterleib?

In Wahrheit kann die fetale Gehirnaktivität lange vor der Schwangerschaft von 45 Tagen beginnen. Das Lernen über das Leben und die Erfahrung des jungen Fötus ist eine Schnitzeljagd: Wissenschaftler müssen Hinweise aus Beobachtungen bei ungesunden Schwangerschaften und Notfällen zusammenstellen, um Einblick in die gesunde Entwicklung des menschlichen Kindes zu erhalten., Während ich als Mutter gerne weiß, wann mein ungeborenes Kind Gehirnaktivität hat, bin ich noch dankbarer, dass unsere Gesellschaft sich mehr um die Sicherheit des ungeborenen Kindes als um die Weiterentwicklung wissenschaftlicher Erkenntnisse kümmert. Wenn wir neue Technologien entwickeln, lernen wir möglicherweise viel mehr über die Erfahrungen im Uterus des Fötus, aber die erste Priorität muss immer die Sicherheit von Mutter und Kind sein.

Katrina Furth, Ph. D. ist Neurowissenschaftlerin und wissenschaftliche Mitarbeiterin am Charlotte Lozier Institute.

1. 6 bis 7 Wochen | Pränatale Überblick . ., Verfügbar unter: http://www.ehd.org/dev_article_unit7.php
2. Gittenberger-De Groot AC, Jongbloed, MRM, Poelmann RE. Normale und abnormale Herzentwicklung. In: MD JHM, FRCP JIEHM, Herausgeber. Pädiatrische kardiovaskuläre Medizin . Wiley-Blackwell; 2012 . p. 1-22. Verfügbar unter: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9781444398786.ch1/summary
3. de Vries JIP, Visser GHA, Prechtl HFR. Die Entstehung von fötalem Verhalten. I. Qualitative Aspekte. Früh Brummen Dev. 1982 Dec 30;7(4):301-22.
4. Borkowski WJ, Bernstine RL. Elektroenzephalographie des Fötus. Neurologie. 1955 1. Mai;5(5): 362.
5. Sadler, T. W. Langmans medizinische Embryologie ., 13.Aufl. Wolters Kluwer Gesundheit; 2015 . Verfügbar unter: http://archive.org/details/LangmansMedicalEmbryology13E2015GHANIM
6. Bernstine RL. Fetale Elektrokardiographie und Elektroenzephalographie. Springfield, Ill: Thomas; 1961. 97 p.
7. Pfisterer U, Khodosevich K. Neuronale überleben im Gehirn: Neuronen-Typ-spezifischen Mechanismen. Zelltod Dis. 2017 Mär;8(3): e2643.
8. Draganova R, Eswaran H, Murphy P, Lowery C, Preissl H. Serielle magnetoenzephalographische Untersuchung fetaler und neugeborener auditorischer diskriminativer evozierter Reaktionen. Früh Brummen Dev. 2007 Mar 1;83(3):199-207.
9. AL Anderson, Thomason MICH., Funktionelle Plastizität vor der Wiege: Eine Überprüfung der neuronalen funktionellen Bildgebung beim menschlichen Fötus. Neurosci Biobehav Rev. 2013 Nov 1;37(9, Teil B):2220-32.
10. Thaler I, Boldes R, Timor-Tritsch I. Echtzeit-Spektralanalyse des fetalen EEG: Ein neuer Ansatz zur Überwachung von Schlafzuständen und fetalem Zustand während der Wehen. Pediatr RES 2000 Sep;48(3):340-5.
11. André M, Lamblin M-D, d’Allest BIN Curzi-Dascalova L, Moussalli-Salefranque F, Nguyen Die Tich S, et al. Elektroenzephalographie bei Früh-und Vollzeitkindern. Entwicklungsmerkmale und Glossar. Neurophysiol Clin Neurophysiol., 2010 Mai 1;40(2): 59-124.
12. Holz J, Piosczyk H, Feige B, Spiegelhalder K, Baglioni C, Riemann D, et al. EEG Sigma und langsame Wellenaktivität während des NREM-Schlafes korrelieren mit der deklarativen und prozeduralen Gedächtniskonsolidierung über Nacht. J Sleep Res. 2012 Dezember 1;21(6): 612-9.
13. Gardner RJ, Hughes SW, Jones MW. Differentielles Spike-Timing und Phasendynamik von retikulären Thalamus-und präfrontalen kortikalen neuronalen Populationen während der Schlafspindeln. J Neurosci. 2013 November 20;33(47): 18469-80.

Abbildung Legende:

EEG-Aufnahmen von 45 Tage alten Fötus während einer Eileiterschwangerschaft entfernt., Der Hirntod ereignete sich zuletzt etwa 91 Minuten nach der Trennung von den Uterusarterien.