Teratogene Wirkungen von Alkohol auf Gehirn und Verhalten

Kinder, die pränatal Alkohol ausgesetzt sind, können an schwerwiegenden kognitiven Defiziten und Verhaltensproblemen sowie an alkoholbedingten Veränderungen der Gehirnstruktur leiden. Neuropsychologische Studien haben Defizite beim Lernen und Gedächtnis sowie bei der exekutiven Funktion sowohl bei Kindern mit fetalem Alkoholsyndrom als auch bei Kindern mit weniger schweren Beeinträchtigungen festgestellt. Beide Gruppen von Kindern zeigen auch Problemverhalten wie Alkohol- und Drogenkonsum, Hyperaktivität, Impulsivität sowie schlechte Sozialisierungs- und Kommunikationsfähigkeiten. Bildgebende Untersuchungen des Gehirns haben strukturelle Veränderungen in verschiedenen Hirnregionen dieser Kinder identifiziert, einschließlich der Basalganglien, des Corpus callosum, des Kleinhirns und des Hippocampus, die für die kognitiven Defizite verantwortlich sein können. Funktionelle Bildgebungsstudien des Gehirns haben auch Veränderungen bei alkoholexponierten Kindern festgestellt, die auf Defizite bei der Informationsverarbeitung und Gedächtnisaufgaben hinweisen. SCHLÜSSELWÖRTER: fetales Alkoholsyndrom; pränatale Alkoholexposition; Teratogenese; Bildgebung des Gehirns; neuropsychologische Beurteilung; kognitive und Gedächtnisstörung; Basalganglien; Corpus callosum; Kleinhirn; Hippocampus; elektroenzephalographie; Magnetresonanztomographie; Positronen-Emissions-Tomographie; Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie

Pränatale Alkoholexposition kann schwerwiegende und dauerhafte nachteilige Auswirkungen auf Kinder haben. Das Ausmaß und die Schwere des Zustands eines Kindes hängt von mehreren Faktoren ab, z. B. wie viel Alkohol die schwangere Mutter konsumiert hat und wie oft und zu welchem Zeitpunkt sie während ihrer Schwangerschaft getrunken hat. Das schwerwiegendste Ergebnis ist das fetale Alkoholsyndrom ( FAS) , dessen Diagnose auf drei Kriterien basiert: (1) Wachstumsmangel manifestiert sich durch geringe Gesamthöhe und kleine Kopfgröße (d. H. Mikrozephalie) ; (2) Störungen des Zentralnervensystems; und (3) ein charakteristisches Muster abnormaler Gesichtszüge. Andere Kinder mit einer starken pränatalen Alkoholexposition in der Vorgeschichte erfüllen jedoch häufig nicht die diagnostischen Kriterien von FAS. Diese Kinder, denen typischerweise die charakteristischen Gesichtszüge von FAS fehlen, wurden verschiedentlich als fetale Alkoholeffekte ( FAE) , alkoholbedingte neurologische Entwicklungsstörung ( ARND) oder pränatale Exposition gegenüber Alkohol ( PEA) bezeichnet . Sowohl Kinder mit FAS als auch solche mit verwandten Störungen können von Frauen geboren werden, von denen bekannt ist, dass sie während der Schwangerschaft stark episodisch oder regelmäßiger trinken. Für den Rest dieses Artikels, Kinder mit vorgeburtlicher Alkoholexposition in der Vorgeschichte, die die diagnostischen Kriterien von FAS nicht erfüllen, werden entweder als FAE oder PEA bezeichnet. Wenn verfügbar, werden Daten von solchen Kindern notiert; Andernfalls beziehen sich die in diesem Artikel vorgestellten Ergebnisse auf Kinder, bei denen FAS diagnostiziert wurde. Kinder mit einer Vorgeschichte von starker pränataler Alkoholexposition zeigen Hinweise auf Veränderungen der Gehirnstruktur und -funktion sowie eine Vielzahl von Verhaltenseffekten, die vermutlich aus dieser Beleidigung des Gehirns resultieren. Die meisten Untersuchungen, die bei alkoholexponierten Kindern und Jugendlichen durchgeführt wurden, konzentrierten sich entweder auf die strukturellen oder die Verhaltenseffekte. Erst vor kurzem haben Studien begonnen, die Beziehung zwischen den beiden Bereichen zu demonstrieren, dass Veränderungen in der Gehirnstruktur das Verhalten negativ beeinflussen könnten. Dieser Artikel fasst die Ergebnisse neuropsychologischer Studien zusammen, in denen die teratogenen (d. h. für den sich entwickelnden Fötus schädlichen) Auswirkungen von Alkohol auf das Verhalten und die bildgebenden Untersuchungen des Gehirns analysiert wurden, in denen die Auswirkungen von Alkohol auf die Gehirnstruktur analysiert wurden. Anschließend werden die bestehenden Verbindungen zwischen diesen beiden Forschungsbereichen hervorgehoben. Für eine umfassendere Abdeckung dieser Themen wird der Leser auf Übersichtsartikel von Mattson und Riley (1998) und Roebuck und Kollegen (998) verwiesen .Ergebnisse aus neuropsychologischen StudienIm Allgemeinen ist eine starke pränatale Alkoholexposition mit Defiziten in einer Vielzahl von Funktionsbereichen verbunden, darunter sowohl kognitive Funktionen ( z. B. allgemeine intellektuelle Funktionen, Erlernen neuer verbaler Informationen und Leistung bei visuell-räumlichen Aufgaben) als auch fein- und grobmotorische Leistung. Neuropsychologische Studien haben die kognitive Beeinträchtigung von Kindern mit vorgeburtlicher Alkoholexposition analysiert. Obwohl sich viele dieser Studien auf Kinder konzentrierten, bei denen FAS diagnostiziert wurde, Mehrere Analysen haben Kinder mit FAE oder PEA eingeschlossen. Wichtig ist, dass viele Studien zeigen, dass starke Ähnlichkeiten zwischen Kindern mit FAS und Kindern mit FAE / PEA bestehen. Zum Beispiel berichten Studien über die allgemeinen kognitiven Fähigkeiten bei FAS-Kindern typischerweise über durchschnittliche IQ-Werte im Grenzbereich des Funktionierens ( dh in den niedrigen 70ern) , obwohl sie von intellektuell mangelhaft ( ( IQ-Werte weniger als 70) bis durchschnittlich ( IQ-Werte zwischen 90 und 109) reichen können . Kinder mit FAE oder PEA zeigen ebenfalls Defizite in den IQ-Werten, obwohl diese Defizite typischerweise nicht so schwerwiegend sind wie bei Kindern mit FAS (Streissguth et al. 1991; Mattson et al. 1997) . Zusätzlich zu den allgemeinen intellektuellen oder kognitiven Defiziten haben Forscher ein breites Spektrum kognitiver Funktionsbereiche bei Kindern mit FAS, FAE oder PEA untersucht, darunter Sprachkenntnisse, visuell-räumliche Funktionen, feinmotorisches Verhalten, nonverbales Lernen und akademische Leistung. Im Allgemeinen zeigen alkoholexponierte Kinder mit und ohne FAS signifikante Beeinträchtigungen in allen neuropsychologischen Bereichen mit wenigen qualitativen Unterschieden zwischen der FAS- und der PEA / FAE-Gruppe. In ähnlicher Weise ist eine hohe pränatale Alkoholexposition mit einem erhöhten Risiko für kognitive Defizite in einer Reihe von Funktionsbereichen verbunden, die wiederum bei Kindern mit und ohne FAS-Diagnose auftreten können.

Lernen und Gedächtnis

Sowohl anekdotische Informationen als auch Ergebnisse aus Tierstudien haben gezeigt, dass pränatale Alkoholexposition das Lernen und Gedächtnis beeinflussen kann. Studien an Kindern mit FAS haben diese Beobachtung im Allgemeinen unterstützt, obwohl die Gedächtnisdefizite möglicherweise nicht so global sind, wie einst angenommen. Zum Beispiel untersuchte eine Studie verbales Lernen und Gedächtnis bei Kindern mit FAS und bei nicht alkoholexponierten Kontrollkindern ( Mattson et al. 1996 b ) . Die Studie ergab, dass die FAS-Kinder zwar einige Defizite beim Auswendiglernen verbaler Informationen aufwiesen, diese Defizite jedoch eher auf Schwierigkeiten beim Erwerb der Informationen als auf die Fähigkeit zurückzuführen waren, sich die Informationen im Laufe der Zeit zu merken. Andere Studien haben auch ähnliche Defizite beim Erwerb nonverbaler Informationen bei alkoholexponierten Kindern aufgedeckt ( Mattson und Roebuck in press) , was darauf hindeutet, dass Lerndefizite sowohl im verbalen als auch im nonverbalen Bereich auftreten und wahrscheinlich zu erheblichen Beeinträchtigungen in verschiedenen Funktionsbereichen führen. Es ist jedoch unklar, ob sich der Grad der Beeinträchtigung für jedes Kind zwischen den verbalen und nonverbalen Funktionsbereichen unterscheidet. Einige Studien deuten darauf hin, dass Kinder mit FAS gut abschneiden können, wenn die Gedächtnisfunktion auf andere Weise getestet wird, zum Beispiel in Tests des impliziten Gedächtnisses, einer Art von Gedächtnis, die nicht unter bewusster Kontrolle steht. Wenn Probanden erfolgreich implizite Gedächtnistests durchführen, können sie Informationen aus früheren Aufgaben verwenden, ohne sich dessen bewusst zu sein. In einer Studie zeigten die Forscher Kindern mit FAS-Wortlisten und baten die Kinder, diese Wörter nach Sympathie zu bewerten ( Mattson und Riley 1999) . (Diese Bewertungskomponente diente dazu, die Aufmerksamkeit der Kinder auf die Wörter zu lenken. ) Später in der Testsitzung wurden die Kinder gebeten, Teilwörter ( z. B. MO oder SM) mit dem ersten Wort zu vervollständigen, das ihnen in den Sinn kam ( z. B. MAUS oder LÄCHELN) . Die Kinder wurden weder an die vorherigen Wörter erinnert noch vom Prüfer aufgefordert, sich an sie zu erinnern. Dennoch vervollständigten sowohl FAS- als auch Kontrollkinder die Teilwörter eher mit Wörtern aus der vorherigen Aufgabe als mit neuen Wörtern. Diese Ergebnisse zeigten, dass beide Gruppen von Kindern implizites Gedächtnis verwendeten und dass eine vorherige Exposition ihnen half, die Wörter zu lernen und auswendig zu lernen. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass Kinder mit FAS zwar erhebliche Beeinträchtigungen beim Erlernen neuer Informationen haben können, ihre allgemeine Gedächtnisfunktion jedoch komplex ist und möglicherweise nicht so global betroffen ist, wie allgemein angenommen. Dennoch können bestimmte Aspekte des Gedächtnisses durch pränatale Alkoholexposition beeinflusst werden.

Exekutive Funktion

Der Begriff „exekutive Funktion“ bezieht sich auf eine Gruppe von kognitiven Fähigkeiten auf höherer Ebene, wie das Lösen von Problemen, abstraktes Denken, Vorausplanung und Flexibilität in den eigenen Denkprozessen. Diese Arten von Fähigkeiten sind unabhängig von der allgemeinen intellektuellen Funktion und beeinflussen, ob und auf welche Weise eine Person eine Aufgabe erledigen kann. Umgekehrt neigen Tests anderer kognitiver Fähigkeiten dazu, zu beurteilen, wie gut oder auf welcher Ebene eine Person eine Fähigkeit ausführt ( Lezak 1995) . ( Weitere Informationen über die exekutive Funktion und die Auswirkungen der pränatalen Alkoholexposition auf diese Fähigkeiten finden Sie im Artikel in dieser Ausgabe von Kodituwakku und Kollegen, S. 192 198. )

Kinder mit starker pränataler Alkoholexposition ( sowohl mit als auch ohne FAS) zeigten Beeinträchtigungen der exekutiven Funktionsaufgaben ( Kodi tuwakku et al. 1995; Mattson et al. 1999) . Wichtig ist, dass in diesen Studien die Defizite der Kinder in der Exekutivfunktion in keinem Zusammenhang mit ihrem allgemeinen intellektuellen Niveau standen. Dieser Befund wird durch eine kürzlich durchgeführte Studie unter Erwachsenen mit FAS oder FAE gestützt, in der festgestellt wurde, dass die Defizite der Probanden in der Exekutivfunktion größer waren, als vorhergesagt worden wäre, wenn sie mit den allgemeinen IQ-Werten in Zusammenhang gestanden hätten ( Connor et al. im Druck) . Defizite in der exekutiven Funktion können reale Auswirkungen auf Menschen haben, die pränatal Alkohol ausgesetzt sind. Zum Beispiel können Menschen mit starker pränataler Alkoholexposition handeln, ohne zuerst die Konsequenzen ihres Verhaltens zu berücksichtigen, oder sie haben Schwierigkeiten mit Aktivitäten, die eine Problemlösung erfordern, oder mit der Planung einer Abfolge von Aktivitäten. Diese Art von Defiziten könnte erklären, warum Kinder mit starkem pränatalem Alkoholkonsum, selbst solche mit durchschnittlichen IQ-Werten, Schwierigkeiten haben, in der Schule erfolgreich zu sein.

Psychosoziale Defizite und Problemverhalten

Studien mit Elternberichten und Interviews haben gezeigt, dass alkoholexponierte Kinder mit oder ohne FAS nicht nur kognitive Defizite haben, sondern auch ein hohes Risiko für Problemverhalten haben, das ihre Teilnahme am häuslichen, schulischen und sozialen Umfeld beeinträchtigen kann. Zum Beispiel scheinen diese Kinder ein erhöhtes Risiko für psychiatrische Störungen, Probleme mit dem Gesetz, Alkohol- und anderen Drogenmissbrauch und andere maladaptive Verhaltensweisen zu haben ( Streissguth et al. 1996) . Darüber hinaus werden sie häufiger als nicht alkoholexponierte Kinder als hyperaktiv, störend, impulsiv oder delinquent eingestuft ( Roebuck et al. 1999; Mattson und Riley 2000) . In ähnlicher Weise weisen Jugendliche und Erwachsene mit FAS bei Messungen der Anpassungsfähigkeit und der Fähigkeiten, die für die Durchführung altersgerechter Aktivitäten im täglichen Leben erforderlich sind, häufig schlechte Sozialisierungs- und Kommunikationsfähigkeiten auf. Impulsivität) und sind weniger wahrscheinlich, unabhängig zu leben ( Streissguth et al. 1991; Thomas et al. 1998) . Es ist bemerkenswert, dass diese Probleme bei Personen auftreten, die pränatal Alkohol ausgesetzt sind, unabhängig davon, ob sie die Kriterien von FAS erfüllen oder nicht, und in größerem Maße auftreten, als dies durch die allgemeinen intellektuellen Funktionen oder demografischen Faktoren der Person vorhergesagt würde.

Ergebnisse aus bildgebenden Untersuchungen des Gehirns

Die im vorherigen Abschnitt beschriebenen neuropsychologischen und Verhaltensdefizite stellen reale Manifestationen der Auswirkungen einer pränatalen Alkoholexposition dar. Obwohl angenommen wird, dass Defizite bei diesen Maßnahmen Hinweise auf zugrunde liegende Veränderungen der Gehirnstruktur oder -funktion liefern, stellen sie nur indirekte Maßnahmen für solche Gehirnveränderungen dar. Die direkten Auswirkungen von Alkohol auf die Gehirnentwicklung wurden bereits in den frühesten Berichten von FAS ( Jones et al. 1973) und Autopsiestudien von Gehirnen von Menschen mit FAS stellten jedoch zahlreiche und weit verbreitete Hirnanomalien fest. Da diese Fälle nur die am stärksten betroffenen Kinder darstellten, ist es problematisch, die Ergebnisse auf alle mit FAS lebenden Menschen zu verallgemeinern. Mit dem Aufkommen zahlreicher struktureller Bildgebungstechniken wie der Magnetresonanztomographie ( MRT) und funktioneller Bildgebungstechniken wie der Elektroenzephalographie ( EEG) , der Positronen-Emissions-Tomographie ( PET) und der Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) können Forscher nun jedoch die lebenden Gehirne von alkoholkranken Kindern auf relativ nichtinvasive Weise untersuchen.

Strukturelle Bildgebung des Gehirns

Bildgebungsstudien mit MRT haben mehrere Unterschiede zwischen den Gehirnen alkoholexponierter und nicht exponierter Personen aufgedeckt. In Übereinstimmung mit der charakteristischen kleinen Kopfgröße, die eines der diagnostischen Kriterien für FAS ist, zeigen bildgebende Studien eine Abnahme der Gesamtgröße des Gehirns von FAS-Kindern (Roebuck et al. 1998) . Um festzustellen, ob diese Größenreduktion aus globalen und diffusen Alkoholeffekten auf alle Hirnareale resultiert oder auf bestimmte Regionen beschränkt ist, haben Forscher spezifische Strukturen im Verhältnis zur Gesamtgröße des Gehirns bewertet. Dieser Ansatz kann bestimmen, ob in einigen Hirnarealen spezifische, unverhältnismäßige Reduktionen auftreten. Diese Untersuchungen konzentrierten sich auf mehrere Hirnareale, darunter Basalganglien, Corpus callosum, Kleinhirn und Hippocampus (siehe Abbildung 1) .

Abb.1: Hirnareale, die von pränataler Alkoholexposition betroffen sind.

Basalganglien. Die Basalganglien sind eine Gruppe von Nervenzellclustern ( d. h. Kerne) , einschließlich des Nucleus caudatus, Putamen und Globus pallidus. Sie sind an motorischen Fähigkeiten und kognitiven Funktionen beteiligt, wie z. B. den zuvor beschriebenen Exekutivfunktionen. MRT-Studien haben gezeigt, dass die Basalganglien von einer starken pränatalen Alkoholexposition betroffen sind und bei Kindern mit FAS und PEA überproportional volumenreduziert sind. Eine detailliertere Untersuchung der Komponenten der Basalganglien ergab, dass die Reduktionen nicht einheitlich sind und dass der Nucleus caudatus für den größten Teil der Größenreduktion der Basalganglien verantwortlich zu sein scheint ( Mattson et al. 1996 a ; Archibald et al. 2001) . Der Nucleus caudatus ist der Teil der Basalganglien, der an kognitiven Funktionen beteiligt ist. Zum Beispiel wurden Fähigkeiten wie die Fähigkeit, von einer Aufgabe zur anderen zu wechseln, die Hemmung unangemessenen Verhaltens und das räumliche Gedächtnis, die bei Menschen mit pränataler Alkoholexposition beeinträchtigt sind, mit den Basalganglien in anderen Populationen, wie Patienten mit Huntington-Krankheit, in Verbindung gebracht ( Mattson et al. 1996 a ; Mattson und Riley 1999; Archibald et al. 2001) . Dementsprechend ist es möglich, dass die Verringerung des Nucleus caudatus für einige der kognitiven Defizite verantwortlich ist, die bei Menschen mit pränataler Alkoholexposition auftreten. Diese Hypothese ist besonders ansprechend, da der Nucleus caudatus auch umfangreiche neuronale Verbindungen zu den Frontallappen des Gehirns aufweist, von denen traditionell angenommen wird, dass sie höhere kognitive und exekutive Funktionen vermitteln. Corpus Callosum. Das Corpus callosum ist ein großes Bündel von Nervenfasern, die die beiden Hemisphären des Gehirns verbinden, wodurch die linke und rechte Seite des Gehirns miteinander kommunizieren können. Anomalien des Corpus callosum wurden mit Aufmerksamkeitsdefiziten in Verbindung gebracht, intellektuelle Funktion, Lesen, Lernen, verbales Gedächtnis, und exekutive und psychosoziale Funktionen, Alle sind bei alkoholexponierten Menschen beeinträchtigt. MRT-Studien und Autopsieberichte deuten auf eine Anfälligkeit des Corpus callosum für pränatale Alkoholexposition hin; Solche Studien ergaben, dass Menschen mit FAS Anomalien aufweisen, die von einer Ausdünnung bis zur vollständigen Abwesenheit ( d. H. Agenese) des Corpus callosum reichen ( Roebuck et al. 1998) . Bei der Analyse bestimmter Regionen des Corpus callosum stellten die Forscher fest, dass der vorderste Bereich, der Genu, und die hintersten Bereiche, der Isthmus und das Splenium, überproportional verkleinert waren ( Riley et al. 1995) . Darüber hinaus kann die Rate der Agenese des Corpus callosum bei Menschen mit FAS höher sein als bei jeder anderen Entwicklungsstörung ( Jeret und Serur 1991; Riley et al. 1995) . Kürzlich analysierten Forscher die Form und Lage des Corpus callosum von FAS- und PEA-Kindern sowie von Kontrollkindern genauer ( Sowell et al. 2001) . Die Studie bestätigte nicht nur, dass der Corpus callosum speziell im Splenium verkleinert war, sondern dass er auch im dreidimensionalen Raum signifikant verschoben war ( siehe Abbildung 2) . Nach dem Ausgleich aller Gehirne für die Gehirngröße und die Lage anderer Strukturen entlang der Mittellinie des Gehirns wurde die durchschnittliche Lage des Corpus callosum für die alkoholexponierten Kinder mit der durchschnittlichen Lage für die Kontrollkinder verglichen. Diese Analyse ergab, dass das Corpus callosum bei den alkoholexponierten Kindern im Vergleich zu den Kontrollkindern verschoben war, mit den größten Unterschieden im Bereich des Isthmus und des Spleniums, die sich beide im hinteren Teil des Corpus callosum befinden. Darüber hinaus war diese Verschiebung des Corpus callosum in hohem Maße mit der Leistung der Kinder bei einer verbalen Lernaufgabe verbunden. Mit anderen Worten, Kinder mit größerer Verschiebung zeigten stärkere Leistungsbeeinträchtigungen.

Abbildung 2 ( Oben) Durchschnittliche Umrisse des Corpus callosum ( d. h. des Nervenfaserbündels, das die rechte und linke Hemisphäre des Gehirns verbindet) bei alkoholexponierten Probanden ( ALC) und nicht alkoholexponierten Kontrollpersonen. Der Corpus callosum ist so ausgerichtet, dass die Vorderseite des Kopfes rechts und der Hinterkopf links ist. Die Abbildung zeigt, dass der Corpus callosum des ALC im dreidimensionalen Raum im Vergleich zu dem der Kontrollpersonen verschoben ist, wobei die größte Verschiebung im Isthmus und im Splenium auf der Rückseite des Corpus callosum auftritt. ( Unten) Eine Karte, die die durchschnittliche Verschiebung in Millimetern zwischen dem ALC und den Kontrollpersonen zeigt. Ein dunklerer Bereich ( siehe Pfeil) zeigt eine größere Verschiebung zwischen den beiden Gruppen an. Eine größere Verschiebung ist mit einer größeren Leistungsbeeinträchtigung bei bestimmten Aufgaben verbunden.
QUELLE: Abbildung mit freundlicher Genehmigung von Dr. Elizabeth Sowell.

Kleinhirn. Ein weiterer Bereich des Gehirns, der von pränataler Alkoholexposition betroffen ist, ist das Kleinhirn, das sowohl an motorischen als auch an kognitiven Fähigkeiten beteiligt ist und sich an der Basis des Gehirns befindet. Zum Beispiel wurde eine Schädigung des Kleinhirns mit Lerndefiziten sowie mit Gleichgewicht und Koordination in Verbindung gebracht, die alle durch pränatale Alkoholexposition beeinträchtigt werden. Eine kürzlich durchgeführte Studie ergab, dass das Gesamtvolumen des Kleinhirns bei Menschen mit FAS im Vergleich zu Kontrollpersonen überproportional zur Gesamtgröße des Gehirns reduziert war ( Archibald et al. 2001) . Diese Ergebnisse replizieren teilweise frühere Berichte über eine verringerte Kleinhirngröße bei FAS- und PEA-Kindern ( Sowell et al. 1996) . Zusätzlich zu der allgemeinen Verringerung der Größe des Kleinhirns legen Studien, die sowohl bei Menschen als auch bei Tieren durchgeführt wurden, nahe, dass eine bestimmte Region des Kleinhirns, der vordere Teil des Kleinhirnwurms, besonders von Alkoholexposition vor oder kurz nach der Geburt betroffen ist1 (Goodlett et al. 1990; Sowell et al. 1996) (1Die Studien an Tieren, hauptsächlich Nagetieren, wurden kurz nach der Geburt durchgeführt, ein Zeitraum, der dem dritten Schwangerschaftstrimester beim Menschen in Bezug auf die Gehirnentwicklung entspricht). In:Hippocampus. Der Hippocampus ist eine Struktur, die tief im Temporallappen des Gehirns liegt und am Gedächtnis beteiligt ist. Obwohl die genaue Funktion des Hippocampus in bestimmten Aspekten des Gedächtnisses umstritten ist, spielt er wahrscheinlich eine Rolle bei der Konsolidierung von Erinnerungen. Zum Beispiel ist bei Erwachsenen mit Hüftpokampusschäden der offensichtlichste Effekt ein Verlust der Fähigkeit, neue Erinnerungen zu speichern ( d. H. anterograde Amnesie) . Tierstudien haben lange darauf hingewiesen, dass dieser Bereich von pränataler Alkoholexposition betroffen ist ( Berman und Hannigan 2000) . Darüber hinaus dokumentierte eine MRT-Untersuchung von Kindern mit FAS Volumenasymmetrien im Hippocampus, wobei das absolute Volumen des Hippocampus im linken Temporallappen kleiner war als das des entsprechenden Bereichs im rechten Temporallappen ( Riikonen et al. 1999) . Obwohl solche Unterschiede auch bei Erwachsenen mit normaler neurologischer Funktion bestehen, war das Ausmaß der Asymmetrie bei den FAS-Kindern größer als bei den Kontrollkindern. Umgekehrt ergab eine andere Studie, dass der Hippocampus bei FAS-Kindern weniger betroffen war als einige andere Gehirnregionen ( Archibald et al. 2001) . In dieser Studie war die Verringerung des Hippocampusvolumens proportional zur Verringerung der Gesamtgröße des Gehirns, während andere Gehirnareale eine stärkere Volumenreduzierung aufwiesen.Verhaltensstudien haben die Hypothese gestützt, dass der Hippocampus bei Kindern mit pränataler Alkoholexposition betroffen sein könnte. Zum Beispiel wurde berichtet, dass Menschen mit pränataler Alkoholexposition Defizite im räumlichen Gedächtnis sowie andere Gedächtnisfunktionen im Zusammenhang mit dem Hippocampus aufweisen ( Uecker und Nadel 1996) . Die Gedächtnisdefizite bei alkoholexponierten Kindern erfordern jedoch eine detailliertere Untersuchung und sollten mit Informationen über die Integrität des Hippocampus integriert werden. Dieses Problem weist auch auf eine Einschränkung der strukturellen Bildgebung hin, nämlich dass dieser Ansatz nur die Größe einer bestimmten Gehirnstruktur bestimmt, jedoch nicht anzeigt, ob die Struktur korrekt funktioniert. Um zu bestimmen, wie ein bestimmter Gehirnbereich unter verschiedenen Bedingungen funktioniert und ob diese Funktionen durch pränatale Alkoholexposition verändert werden, wenden sich die Forscher an funktionelle Bildgebungsansätze des Gehirns, die im folgenden Abschnitt diskutiert werden.

Funktionelle Bildgebung des Gehirns

Mit funktionellen Bildgebungstechniken können Forscher untersuchen, wie das Gehirn entweder in Ruhe oder bei einer Aufgabe funktioniert. Da einige funktionelle Techniken bei Kindern invasiver oder technisch schwieriger durchzuführen sind, wurde bei FAS-Kindern nur eine geringe Anzahl von Studien mit diesen Techniken durchgeführt. Die am häufigsten verwendete Technik in diesen Studien ist die Elektroenzephalographie ( EEG) . In:

EEG. Das EEG misst die spontane elektrische Aktivität des Gehirns, indem es Signale vom Gehirn mit Elektroden auf der Kopfhaut aufzeichnet. Diese Signale können als Wellen mit bestimmten Frequenzen wie Alpha-, Beta- und Theta-Wellen visualisiert werden. Frühe Studien an Säuglingen deuteten darauf hin, dass das EEG ein empfindliches Maß für Veränderungen der Gehirnfunktion sein kann, die sich aus der pränatalen Alkoholexposition ergeben (Ioffe und Chernick 1990) . Neuere Studien an Kindern und Jugendlichen mit FAS ergaben, dass etwa die Hälfte dieser Probanden klinisch verdächtige EEG-Werte aufwies ( Kaneko et al. 1996 b ) . Darüber hinaus zeigten Probanden mit FAS eine Verringerung der Kraft oder Stärke der Alpha-Frequenzen, was die vorherrschende Art von Aktivität ist, wenn eine Person entspannt ist. Diese Reduktionen wurden vorwiegend in der linken Hemisphäre beobachtet und deuten auf eine unreife Gehirnaktivität hin. Mit ähnlichen Techniken ist es möglich, die elektrische Reaktion des Gehirns auf bestimmte Sinnesreize (d. h. ereignisbezogene Potentiale) zu messen . Diese ereignisbezogenen Potentiale können als Spitzen in bestimmten Gehirnwellen visualisiert werden. Eine dieser Spitzen wird P300 genannt, weil sie typischerweise etwa 300 Millisekunden nach dem Stimulus auftritt; Es scheint die kognitiven Aspekte der Informationsverarbeitung widerzuspiegeln. Mithilfe von EEG-Analysen fanden die Forscher heraus, dass die P300-Spikes bei FAS-Kindern verzögert ( d. h. mit längerer Latenz) in einer bestimmten Hirnregion, dem parietalen Cortex, auftreten ( Kaneko et al. 1996 a , b ) . Dieser Befund legt nahe, dass Kinder mit FAS Defizite in der Informationsverarbeitung haben können. Somit sind elektrophysiologische Messungen leistungsfähige Werkzeuge bei der Untersuchung von FAS; zukünftige Studien, die sie mit der Lokalisierung der Bildgebung des Gehirns kombinieren, können weitere Informationen über die Gehirnfunktion liefern.

HAUSTIER. Mit der PET-Technik können Forscher die Aktivität bestimmter Hirnregionen überwachen, indem sie Bilder von metabolischen oder physiologischen Prozessen wie dem Blutfluss oder dem Abbau von Zuckermolekülen im Gewebe erzeugen. Für diesen Ansatz wird dem Probanden kleine Mengen radioaktiven Materials injiziert, so dass die Gehirnaktivität in der interessierenden Region gemessen werden kann, während das Subjekt eine Aufgabe ausführt. Diese Aufgaben können von einfachen Aufgaben wie dem Bewegen eines Fingers bis hin zu komplexen Aufgaben wie dem Abrufen von Informationen reichen. Eine PET-Studie untersuchte die Gehirnaktivität bei Jugendlichen und Erwachsenen mit FAS, die keine schwere geistige Behinderung zeigten ( d. h. die hoch funktionierten) . Die Studie zeigte eine verminderte metabolische Aktivität im Nucleus caudatus und im Thalamus, wenn die Probanden in Ruhe waren ( Clark et al. 2000) . Diese funktionellen Daten unterstützen die strukturellen Daten, wie die reduzierte Größe des Nucleus caudatus, was darauf hindeutet, dass subkortikale Hirnregionen besonders empfindlich auf pränatale Alkoholeinwirkung reagieren können.

SPECT. Die SPECT-Technik ähnelt der PET, und obwohl sie weniger leistungsfähig ist, ist sie häufiger verfügbar. Allerdings hat nur eine Studie von FAS-Kindern diese Technik verwendet. In dieser Studie fanden die Forscher heraus, dass FAS-Kinder in beiden Gehirnhälften eine ähnliche metabolische Aktivität aufwiesen ( Riikonen et al. 1999) . Normal entwickelnde Kinder zeigen dagegen in der linken Hemisphäre eine größere Ruheaktivität als in der rechten Hemisphäre. Diese Ergebnisse stimmen mit den oben beschriebenen EEG-Befunden überein und können verbale oder sprachliche Defizite bei FAS-Kindern unterstützen.

Funktionelle Magnetresonanztomographie ( fMRT) . Die neueste funktionelle Technik zur Untersuchung der Aktivität im lebenden Gehirn ist die fMRT. Sein Hauptvorteil besteht darin, dass es weniger invasiv ist als PET oder SPECT, da es keine Injektion radioaktiver Substanzen in das Subjekt erfordert. Ähnlich wie PET und SPECT ermöglicht fMRT Forschern, Gehirnberichte aus fMRT-Studien bei Menschen mit pränataler Alkoholexposition zu visualisieren; Solche Studien sind jedoch derzeit im Gange. Ein vorläufiger Bericht beschrieb eine fMRT-Studie des Arbeitsgedächtnisses unter Verwendung von Informationen, die bei vier Erwachsenen mit FAS oder FAE für kurze Zeit im Gedächtnis gehalten wurden ( Connor und Mahurin 2001) . Die Studie ergab eine Aktivierung in einem Bereich namens dorsolateraler präfrontaler Kortex bei den FAS-Probanden, jedoch nicht bei den Kontrollpersonen. Es wird angenommen, dass dieser Bereich eine Rolle bei höheren kognitiven Funktionen spielt, wie z. B. den oben beschriebenen Exekutivfunktionen. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die Arbeitsgedächtnisaufgabe für die alkoholexponierten Probanden schwieriger war und eine stärkere Beteiligung dieser Region des Frontallappens im Vergleich zu den Kontrollpersonen erforderte.

Neue Bildanalysetechniken

Zusätzlich zu den Verbesserungen der bildgebenden Verfahren im Gehirn bieten neue Methoden zur Analyse der mit diesen Techniken gewonnenen Daten Wissenschaftlern Einblicke in die schädlichen Auswirkungen der pränatalen Alkoholexposition. Eine dieser Techniken wird als Brain Mapping bezeichnet. Es verwendet eine strukturelle MRT-Analyse, bietet jedoch eine bessere Visualisierung aller Gehirnstrukturen. Infolgedessen können Forscher das gesamte Gehirn auf einmal untersuchen, anstatt sich auf bestimmte Gehirnregionen zu konzentrieren, und können daher Gehirnanomalien leichter lokalisieren als mit früheren Techniken. Sowell und Kollegen ( 2001 b ) haben die Brain-Mapping-Technik verwendet, um Gehirnbilder von Menschen mit FAS oder PEA und nicht alkoholexponierten Kontrollpersonen zu analysieren und zu vergleichen. In Übereinstimmung mit den Ergebnissen von Archibald und Kollegen ( 2001) wurde in der Studie eine unverhältnismäßige Verringerung der weißen Substanz des Gehirns festgestellt, die die Verlängerungen der Nervenzellen (d. H. Axone) enthält, die Nervenzellen miteinander verbinden. Umgekehrt zeigte die graue Substanz des Gehirns, die die Nervenzellkörper enthält, Reduktionen, die nicht so groß waren. Darüber hinaus schien der Parietallappen, der an der visuell-räumlichen Verarbeitung und an der Integration sensorischer Informationen beteiligt ist, besonders anfällig für Alkoholwirkungen zu sein. Sobald also die Gesamtgröße des Gehirns berücksichtigt wurde, sowohl das Volumen ( Archibald et al. 2001) und die Dichte ( Sowell et al. 2001 b) der weißen Substanz in dieser Region signifikant reduziert ( siehe Abbildung 3) . Umgekehrt war die Dichte der grauen Substanz im parietalen Cortex signifikant erhöht ( Sowell et al. 2001 b ) . Diese Ergebnisse unterstützen zusätzlich den Vorschlag, dass die Wirkung von Alkohol auf das sich entwickelnde Gehirn nicht globaler Natur ist, sondern bestimmte Gehirnregionen selektiv beeinflusst.

Abbildung 3 Veränderungen der Hirngewebedichte bei Kindern mit starkem pränatalem Alkohol
Exposition. Ein repräsentatives Gehirn wird mit der Rückseite des Gehirns nach rechts des Lesers gezeigt. Brain-Mapping-Studien ergaben Bereiche mit erhöhter
Dichte der grauen Substanz ( links gelb dargestellt) sowie Bereiche mit reduzierter
Dichte der weißen Substanz ( rechts rot dargestellt) im Parietallappen.
QUELLE: Abbildung mit freundlicher Genehmigung von Dr. Elizabeth Sowell.