Was passiert im Gehirn? AD(H)S, Legasthenie, Dyskalkulie und Hochbegabung - Dresden, 19. April, 2008
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Dresden, 19. April, 2008
Was passiert im Gehirn?
AD(H)S, Legasthenie, Dyskalkulie und Hochbegabung
Jörg Bock
Institut für Biologie, Otto-von-Guericke-Universität MagdeburgLese-Rechtschreib-Schwäche (LRS):
Bezeichnung für alle Störungen, die dazu führen, dass
Lesen und/oder Schreiben nicht oder nur schlecht
erlernt werden kann.
Hirnbiologische Ursachen ?
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.
Dyskalkulie (Rechenschwäche):
Entwicklungsverzögerung des mathematischen
Denkens bei Kindern, Jugendlichen und auch
Erwachsenen.
Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung
(ADHS)Gehirn
Funktionelle Gliederung
Sekundärer motorischer Cortex Primärer motorischer Cortex Somatosensorischer Cortex
(bewusste Bewegung)
Prämotorischer Cortex
(Koordination komplexer Sulcus centralis Posteriorer Parietalcortex
Bewegungen) (Integration somatosensorischer
und visueller Informationen)
Präfrontaler Assoziations-
cortex Parietallappen
(bewusstes Planen;
Entscheidungsfindung, Wernicke-Areal
Persönlichkeitseigenschaften) (Sprachverständnis)
Frontallappen
Parietal-temporal-
Broca-Areal occipitaler
(Sprachbildung, motorisch) Assoziationscortex
(Integration aller sensorischer
Primärer auditorischer Eingänge für Sprache)
Cortex
Okzipitallappen
Limbischer Assoziations Cortex Temporallappen
(Motivation, Emotion, Gedächtnis)
Primärer visueller
CortexDyslexie
Entwicklung der Lesefähigkeiten
Defizit oder Entwicklungsverzögerung ?
Shaywitz & Shaywitz, 2005Dyslexie Sprachentwicklung und Legasthenie
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, 2003So sieht ein von ADHS und Legasthenie betroffenes Kind den Text:
Dyslexie
Störungen der auditiven Differenzierung
Fischer & Hartnegg, 2004Dyslexie
Phonologische Theorie (Gestörte Lautverarbeitung)
Hirnbiologische Störung
Verarbeitung
von Sprachlauten
Umkodierung von Sprachlauten Kognitive
in Schriftsymbole (Wahrnehmungs-) Defizite
(Phonem-Graphem-Konversion)
Defizite auf ‚Verhaltensebene‘:
- Bedeutung/Inhalt von Lauten
- Lesefähigkeiten
Ramus, 2003Dyslexie
Moderne Theorie
Biologie
Kognition
Verhalten
Ramus, 2004Dyslexie
Verminderte Funktionalität v. sprach- und leserelevanten Gehringebieten
phonologische Wortbedeutung
Verarbeitung
Erkennung v.
Buchstaben
Démonet et al., 2004Dyslexie
Veränderte Gehirnaktivität bei Dyslexikern
Gehirnaktivierung während visueller Präsentation von sich reimenden Pseudowörtern
Shaywitz & Shaywitz, 2005Dyslexie
Veränderte Gehirnaktivität bei Dyslexikern
Gehirnaktivität nach systematischer Förderung (Experimental Intervention, EI)
blau, lila
=
1 Jahr EI
gelb, rot
=
3 Jahre EI
Shaywitz & Shaywitz, 2005Dyslexie
‚Poor Reader‘ verwenden andere Hirnsysteme
Funktionelle Verbindungen d. linken temporal/okzipitalen Region
während einer Leseaufgabe (Real Words)
Verbindungen zum Lese- Verbindungen zu präfrontalen
/Sprachsystem d. linken Gedächtnis-(Assoziationsarealen)
Gehirnhälfte (Broca-Areal) d. rechten Gehirnhälfte
Shaywitz & Shaywitz, 2005Dyskalkulie
Entwicklung mathematischer Fähigkeiten
Grauer Bereich = Arbeitsgedächtnis
Aster & Shalev, 2007Dyskalkulie
Reduziertes Volumen grauer Substanz in frontalen und parietalen Gehirnarealen
Rotzer et al., 2008Dyskalkulie
Reduziertes Volumen weißer Substanz in frontalen und
parahippocampalen Gehirnarealen
Rotzer et al., 2008Dyskalkulie Reduzierte Gehirnaktivität bei bestimmten Rechenaufgaben (approximate calculation)
AD(H)S Vererbung
AD(H)S
Umweltfaktoren
Risikofaktoren für das Auftreten von AD(H)S
Gen x Umwelt Interaktionen !AD(H)S
Developmental delay (Entwicklungsverzögerung) hypothesis !
Gilt vor allem für den PräfrontalcortexAD(H)S
Verminderte Kortexdicke bei ADHS-Patienten (Kinder/Judendliche)
Shaw et al., 2006AD(H)S
Verminderte Kortexdicke bei ADHS-Patienten (Erwachsene)
Makris et al., 2007AD(H)S
Veränderte Gehirnaktivität bei ADHS-Patienten
ohne Methylphenidatbehandlung
Gelb
=
erhöhter
Blutfluss
mit Methylphenidatbehandlung
Blau
=
Verminderter
Blutfluss
Lee et al., 2005Lese-Rechtschreib-Schwäche (LRS):
Bezeichnung für alle Störungen, die dazu führen, dass
Lesen und/oder Schreiben nicht oder nur schlecht
erlernt werden kann.
Hirnbiologische Ursachen ?
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.
Dyskalkulie (Rechenschwäche):
Entwicklungsverzögerung des mathematischen
Denkens bei Kindern, Jugendlichen und auch
Erwachsenen.
Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung
(ADHS)Gehirnentwicklung
Lern- und Erfahrungsprozesse modulieren die
genetischen und molekularen Entwicklungsprogramme
Stress
Umwelt
Nach der Geburt Erfahrungen
Emotionen
Geburt Lernen
Moleküle
Vor der Geburt
G e n e
„basic networks“ „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 einschränkenPostnatales Hirnwachstum
Postsynapse Präsynapse = Empfänger = Sender
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 DevelopmentPostnatale Veränderungen synaptischer Verschaltungen
aus Carlson, Physiologische Psychologie
Prinzip “Use it or lose it“ ?Emotionale Lern- und Erfahrungsprozesse wirken als
„Bildhauer“ im Gehirn
Festlegung von Verschaltungsmustern und Denkkonzepten?Neuron im ventralen Assoziatives
Tegmentum Lernen
(Dopamin)
Neugier,
starke
Begeisterung, Synapse Neuron im
Interesse Präfrontalcortex
(emotional)
die Worte
des
Lehrers schwache
(neutral) Synapse
Neuron im
HörcortexKritische Zeitfenster während der Hirnentwicklung
menschliches Gehirn
aus Carlson, Physiologische Psychologie
Prinzip “Use it or lose it“Kritische Zeitfenster während der Hirnentwicklung
Limbisches System, Emotionale Entwicklung
aus Kalat, Biological Psychology
Unreife limbische Areale (während früher Entwicklungsphasen) sind
“experience-expectant“ critical periodKritische Zeitfenster während der Hirnentwicklung
kritisches Zeitfenster
adapted from Doherty, 1997 Beendigung des kritischen ZeitfenstersGehirn
Funktionelle Gliederung
Sekundärer motorischer Cortex Primärer motorischer Cortex Somatosensorischer Cortex
(bewusste Bewegung)
Prämotorischer Cortex
(Koordination komplexer Sulcus centralis Posteriorer Parietalcortex
Bewegungen) (Integration somatosensorischer
und visueller Informationen)
Präfrontaler Assoziations-
cortex Parietallappen
(bewusstes Planen;
Entscheidungsfindung, Wernicke-Areal
Persönlichkeitseigenschaften) (Sprachverständnis)
Frontallappen
Parietal-temporal-
Broca-Areal occipitaler
(Sprachbildung, motorisch) Assoziationscortex
(Integration aller sensorischer
Primärer auditorischer Eingänge für Sprache)
Cortex
Okzipitallappen
Limbischer Assoziations Cortex Temporallappen
(Motivation, Emotion, Gedächtnis)
Primärer visueller
CortexWelchen Einfluß haben Störungen der sozio- emotionalen Umwelt auf die Entwicklung des Gehirns?
Kaspar Hauser ca. 1811 - 1833
Kritischer Einfluß des Kind-Mutter Kontaktes auf die Verhaltensentwicklung: Tierexperimentelle Untersuchungen von Harlow & Harlow, Lorenz .... und anderen...
Frühkindliche
FrühkindlicheLernprozesse
Lernprozesse
Positive emotionale Negative emotionale
Erfahrungen Erfahrungen/Stress
(soziale Kontakte) (soziale Deprivation,
Mißhandlung etc.)
Entwicklung
Entwicklungsozialer
sozialerund
und
intellektueller Fähigkeiten
intellektueller Fähigkeiten
Lernstörungen
Lernstörungenund
und
psychosoziale
psychosozialeErkrankungen
ErkrankungenWas ist Stress?
• Stress ist wenn unser
Wohlbefinden bedroht
ist (oder scheint)
UND
Stress • Wir versuchen uns vor
dieser Bedrohung zu
schützen bzw. zu
verteidigenSoziale Kontrolle der Stressantwort
während der frühen Entwicklung
0.7
0.6
Increase in Cortisol
0.5
0.4 Crying
0.3
Social Buffering?
0.2
0.1
0
2 4 6 12 15 18
Age in MonthsSoziale Kontrolle der Stressantwort
während der frühen Entwicklung
Bsp. Betreuungseinrichtung
Sensitive and Responsive Cold and Distant
ToSoziale Kontrolle der Stressantwort während der
frühen Entwicklung
Bsp. Betreuungseinrichtung
0.25
0.2
∆ Cortisol
0.15
0.1
0.05
0
-0.05
-0.1
High Low
Sensitive/Responsive CareFrühe 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.Optimale Förderung ?
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.Kritische Zeitfenster während der Hirnentwicklung
kritisches Zeitfenster
adapted from Doherty, 1997 Beendigung des kritischen ZeitfenstersHochbegabung
Intelligenz(test)
3
%
2
1
Hochbegabung
0
60 70 80 90 100 110 120 130 140
IQHochbegabung
Hirnsysteme
Lee et al., 2006Hochbegabung
Modelle
Triadisches Interpendenzmodell nach Mönks
Gen x Umwelt Interaktionen !Hochbegabung
Modelle
Gen x Umwelt Interaktionen !Positive Erfahrungen (z.B. Sozio-emotionales und
Erfolge!) und Lernen intellektuelles Umfeld
verändern die Hirnfunktionen (Familie, Schule)
Lernleistungen, soziale
Kompetenz, emotionale
Stabilisierung,
Optimale
Entwicklung der
Hirnfunktionen
Limbisches System: kognitive
und emotionale Interaktion mit
der Umwelt ?Ein Teufelskreis....
gestörtes sozio-
emotionales Umfeld
(Familie, Schule)
Verhaltensstörungen:
(Hyperaktivität, Aufmerksamkeitsstörungen,
Angststörungen, Aggressivität)
Lernstörungen
unter- oder
fehlentwickelte
reversibel?
Hirnfunktionen
?
„dejustierte“ limbische
Funktionen: pathologische
Wahrnehmung der UmweltSie können auch lesen
