Luftverschmutzung in der Kindheit führt zu einer verminderten Konnektivität des Gehirns
Eine neue Studie des Barcelona Institute for Global Health (ISGlobal), einem von der Stiftung „la Caixa“ geförderten Zentrum, hat ergeben, dass Kinder, die in der frühen und mittleren Kindheit einer höheren Luftverschmutzung ausgesetzt sind, schwächere Verbindungen zwischen wichtigen Gehirnregionen aufweisen. Die in Environment International veröffentlichten Ergebnisse unterstreichen die möglichen Auswirkungen früher Luftverschmutzung auf die Gehirnentwicklung.
Die Forschung zeigte eine reduzierte funktionelle Konnektivität innerhalb und zwischen bestimmten kortikalen und subkortikalen Hirnnetzwerken . Diese Netzwerke sind Systeme miteinander verbundener Hirnstrukturen, die zusammenarbeiten, um verschiedene kognitive Funktionen wie Denken , Wahrnehmen und Bewegungssteuerung auszuführen . Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit früheren Studien, die nahelegen, dass Luftverschmutzung mit Veränderungen der funktionellen Konnektivität von Hirnnetzwerken, insbesondere bei Kindern, verbunden sein könnte. Es ist jedoch noch nicht vollständig verstanden, wie sich Luftverschmutzung auf die Entwicklung und Reifung dieser Hirnnetzwerke auswirkt.
Für die Studie wurden Daten von 3.626 Kindern der Generation R aus Rotterdam (Niederlande) analysiert. Die Belastung durch Luftverschmutzung am Wohnort der Teilnehmer, darunter Feinstaub (PM 2,5 und PM 10 ), Stickstoffdioxid (NO 2 ) und Stickoxide (NO X ), wurde anhand statistischer Modelle geschätzt, die tatsächliche Messungen mit Umwelteigenschaften kombinieren. Anschließend wurde die Gehirnkonnektivität sowohl zwischen als auch innerhalb von Netzwerken bewertet, darunter 13 kortikale Netzwerke und drei subkortikale Regionen : die Amygdala – zuständig für die Verarbeitung von Emotionen und das Auslösen von Überlebensreaktionen –, der Hippocampus – zentral für die Gedächtnisbildung und räumliche Orientierung – und der Nucleus caudatus – beteiligt an Bewegungsregulierung, Gedächtnis und Entscheidungsfindung.
Die Kinder wurden mithilfe von Ruhebildgebungsverfahren untersucht , d. h. ihre Gehirne wurden gescannt, während sie keine aktiven Aufgaben ausführten, und zwar zu zwei Zeitpunkten: im Alter von etwa 10 Jahren und erneut im Alter von durchschnittlich 14 Jahren. Die Belastung durch Luftverschmutzung wurde über zwei Zeiträume hinweg analysiert: von der Geburt bis zum Alter von drei Jahren und im Jahr vor der Untersuchung mithilfe der Neurobildgebung.
„Dies ist eine der ersten Studien, die untersucht, wie sich Luftverschmutzung auf die Gehirnverbindungen im Ruhezustand auswirkt. Dazu wurden bei einer großen Gruppe von Kindern seit der Geburt mehrfach Gehirnscans durchgeführt“, sagt Michelle Kusters , Forscherin bei ISGlobal und Erstautorin der Studie.
Anhaltende Assoziationen während der Adoleszenz
Die Ergebnisse zeigen, dass eine stärkere Belastung mit Luftverschmutzung von der Geburt bis zum Alter von drei Jahren mit einer geringeren Konnektivität zwischen der Amygdala und den kortikalen Netzwerken einhergeht, die für Aufmerksamkeit , somatomotorische Funktionen (die die Körperbewegungen koordinieren) und das Hörvermögen zuständig sind . Darüber hinaus war eine höhere Belastung mit PM10- Partikeln im Jahr vor der bildgebenden Untersuchung mit einer geringeren funktionellen Konnektivität zwischen den Salienz- und medial-parietalen Netzwerken verbunden , die für die Reizerkennung in der Umgebung sowie für Introspektion und Selbstwahrnehmung zuständig sind.
Eine weitere aktuelle Studie desselben Teams untersuchte den Zusammenhang zwischen der Belastung durch Luftverschmutzung während Schwangerschaft und Kindheit und Veränderungen des Gehirnvolumens im Jugendalter. Die Studie basierte auf Daten von 4.243 Kindern derselben Generation-R-Kohorte, bei denen wiederholt Untersuchungen der weißen Substanz, der kortikalen grauen Substanz, des Kleinhirns und sieben subkortikaler Volumina durchgeführt wurden.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Belastung durch Luftverschmutzung während der Schwangerschaft, insbesondere durch Feinstaub (PM2,5) und Kupfer , mit einem geringeren Volumen des Hippocampus im Alter von 8 Jahren einherging, einer für die Gedächtnisfunktion entscheidenden Hirnstruktur . Während die Kinder jedoch heranwuchsen, war ein „kompensatorisches Wachstum“ des Hippocampus zu beobachten. Dies deutet darauf hin, dass die Plastizität des Gehirns, insbesondere in diesem Bereich, einige der anfänglichen negativen Auswirkungen der Schadstoffbelastung ausgleichen könnte. Trotz der frühen Auswirkungen auf das Hippocampusvolumen wurden keine signifikanten Zusammenhänge zwischen Luftverschmutzung und anderen Hirnvolumina wie der weißen Substanz, der grauen Substanz der Hirnrinde oder dem Kleinhirn festgestellt.
Bedeutung von Richtlinienänderungen
Laut dem Forschungsteam unterstreichen diese Ergebnisse die potenziellen langfristigen Auswirkungen der Luftverschmutzung im frühen Leben auf die Konnektivität und Entwicklung des Gehirns. „Während einige Hirnregionen ein kompensatorisches Wachstum aufweisen, unterstreichen die beobachteten anhaltenden Störungen in funktionellen Netzwerken die Notwendigkeit weiterer Forschung zu den Mechanismen, die diesen Veränderungen zugrunde liegen. Angesichts der weit verbreiteten Luftverschmutzung unterstreichen diese Ergebnisse die Bedeutung politischer Maßnahmen zur Reduzierung der Schadstoffbelastung , insbesondere in städtischen Umgebungen, um die Gehirnentwicklung von Kindern zu schützen“, sagt Michelle Kusters.