Soziale und wirtschaftliche Ungleichheit im Zusammenhang mit Unterschieden in den Gehirnverbindungen von Kindern

Laut einer großen neuen Studie kann das Aufwachsen in einem sozioökonomisch benachteiligten Haushalt nachhaltige Auswirkungen auf die Gehirnentwicklung von Kindern haben.

Verglichen mit Kindern aus wohlhabenderen Familien und Nachbarschaften haben Kinder aus Familien mit weniger Ressourcen unterschiedliche Verbindungsmuster zwischen den vielen Regionen und Netzwerken ihres Gehirns, wenn sie in der Oberstufe der Grundschule sind, so die Forschungsergebnisse.

Ein sozioökonomischer Faktor stellte sich in der Studie als wichtiger für die Entwicklung des Gehirns heraus als andere: die Anzahl der Bildungsjahre, die die Eltern eines Kindes haben, so die neue Studie, die von zwei Neurowissenschaftlern der University of Michigan geleitet und in Developmental Cognitive Neuroscience veröffentlicht wurde.

Aber als die Forscher tiefer gruben, stellten sie fest, dass die Anzahl der Diplome oder Abschlüsse, die Eltern erworben haben, nicht das einzige ist, was den Unterschied für die Gehirnkonnektivität ausmachen kann. Sie fanden auch eine Rolle für elterliche Aktivitäten, wie das Lesen mit Kindern, das Reden mit ihnen über Ideen, das Mitnehmen in Museen oder andere kognitiv bereichernde Aktivitäten.

Die neue Studie stützt sich auf Gehirnscans und Verhaltensdaten von mehr als 5.800 Tween-Kindern mit unterschiedlichem Hintergrund im ganzen Land. Es ist der bisher umfassendste Blick darauf, wie sozioökonomische Faktoren die „funktionellen Connectome“ von Kindern beeinflussen – der Begriff für Karten der Interkonnektivität über Hunderte von Gehirnregionen.

Es ist auch potenziell relevant für die öffentliche Ordnung. Eins von sieben amerikanischen Kindern lebt gemäß der Standarddefinition in Armut, und die Hälfte hat Anspruch auf ein kostenloses oder ermäßigtes Mittagessen in der Schule.

Wir müssen besser verstehen, wie soziale und wirtschaftliche Ungleichheit das Gehirn von Kindern formt, während sie wachsen und sich entwickeln, und unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass das Bildungsniveau der Eltern und die Art der Bereicherung, die sie zu Hause bieten, eine Schlüsselrolle spielen. Aufgrund unserer Stichprobengröße und unseres ‚gehirnweiten‘ Analyseansatzes halten wir die Ergebnisse dieser Studie für zuverlässiger als frühere Arbeiten, die dazu neigten, ein paar Dutzend Kinder und eine kleine Gruppe von Gehirnregionen gleichzeitig zu untersuchen.“

Chandra Sripada, MD, Ph.D., Hauptautorin und Professorin für Psychiatrie und Philosophie an der UM

Scans und Sozioökonomie

Die große Studiengröße wurde durch das nationale ABCD-Studienforschungsprojekt ermöglicht, das landesweit mehr als 11.000 Kinder an 22 Standorten einschrieb – darunter Hunderte, die über das UM Department of Psychiatry and Addiction Center teilnahmen. Die neue Studie basiert auf Daten von mehr als der Hälfte von ihnen, darunter Gehirnscans, die mit funktioneller Magnetresonanztomographie oder fMRI erstellt wurden.

Diese Scans maßen die Gehirnaktivität der Kinder, während sie einfach im Scanner lagen, ohne dass sie um etwas gebeten wurden. Dieser Ruhezustand ermöglicht es Neurowissenschaftlern, den Grad des Verkehrs zwischen verschiedenen Bereichen des Gehirns entlang funktioneller Verbindungen zu sehen, die sich von vor der Geburt über die Kindheit und Jugend hinweg entwickeln.

Sripada und seine Kollegen, darunter die leitende Autorin und Psychiatrie-Professorin Mary Heitzeg, Ph.D., analysierten die Daten auf drei Arten – über das gesamte Gehirn, über alle wichtigen Netzwerke innerhalb des Gehirns und über alle einzelnen Gehirnverbindungen – um dies sicherzustellen Ihre Ergebnisse sind so zuverlässig wie möglich.

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Das Team verwendete maschinelles Lernen, um einem Computer beizubringen, zu versuchen, das Niveau der sozioökonomischen Ressourcen eines Kindes ausschließlich auf der Grundlage von Mustern von Verbindungen zwischen Gehirnregionen vorherzusagen. Sie zeigten, dass die vom Computer gelernten Muster auf neue Gruppen von Kindern verallgemeinert werden können, die der Computer zuvor noch nicht „gesehen“ hatte. Diese Analyse zeigte große Unterschiede in den Mustern der Gehirnkonnektivität bei Kindern mit unterschiedlichem sozioökonomischem Hintergrund.

Die Forscher untersuchten ein zusammengesetztes Maß der gesamten sozioökonomischen Ressourcen eines Kindeshaushalts, indem sie Maße der elterlichen Bildung, des Haushaltseinkommens und des Niveaus der Nachbarschaftsressourcen kombinierten. Darüber hinaus untersuchten die Forscher die einzigartigen Beiträge jedes dieser drei sozioökonomischen Faktoren.

Hier rückte die elterliche Bildung in den Vordergrund, da sie am stärksten mit Variationen in den Gehirnverbindungen in Verbindung gebracht wird.

„Die Auswirkungen der sozioökonomischen Haushaltsressourcen auf die funktionale Konnektivität waren massiv über die Gehirne der Jugendlichen verteilt“, sagt Sripada. „Wir haben keine Lokalisierung von Effekten an einer diskreten Stelle oder einem bestimmten Gehirnschaltkreis gesehen. Stattdessen waren relativ kleine Effekte im gesamten Gehirn verteilt, obwohl diese einzelnen Effekte, wenn sie zusammengenommen werden, ein starkes, zuverlässig detektierbares Signal darstellen.“

Er stellt fest, dass dies das sich entwickelnde Verständnis der Genetik widerspiegelt, die an Krankheiten von Schizophrenie bis Diabetes beteiligt ist, wo winzige Effekte vieler Gene zusammenkommen, um das Gesamtbild zu schaffen.

Geht es um Elternbildung oder Erziehungsaktivitäten?

Für eine Untergruppe von 3.223 Kindern konnten die Forscher zusätzliche Daten analysieren, um zu untersuchen, welche Faktoren helfen könnten zu erklären, warum die elterliche Bildung mit Unterschieden in den Gehirnkonnektivitätsmustern von Kindern verbunden ist.

Sie fanden heraus, dass Eltern mit höherem Bildungsniveau mehr zu Hause an bereichernden Aktivitäten teilnahmen, und diese Kinder schnitten bei Tests der kognitiven Funktion besser ab und hatten bessere Noten in der Schule.

„Basierend auf diesen Ergebnissen sehen wir die elterliche Bildung als potenziell wichtigen Teil eines komplexeren Weges, auf dem sozioökonomische Unterschiede ‚unter die Haut‘ gehen und das sich entwickelnde Gehirn formen“, sagt Heitzeg. „Da weiterhin Daten aus der langfristigen ABCD-Studie verfügbar werden, freuen wir uns darauf, zu untersuchen, wie verschiedene Faktoren die körperliche und geistige Gesundheit, den Konsum von Drogen und Alkohol und mehr beeinflussen.“

Sripada hofft, dass die neuen Erkenntnisse dazu beitragen werden, die „Krise der Reproduzierbarkeit“ in den Neurowissenschaften anzugehen, in der Forscher sehr kleine Proben untersuchen und ihre Ergebnisse in nachfolgenden kleinen Studien nicht reproduziert werden. Er hofft, dass solide, verlässliche Ergebnisse aus großen Studien das Vertrauen in die Neurowissenschaften stärken und es wahrscheinlicher machen, dass diese Ergebnisse für soziale und politische Fragen verwendet werden.

Neben Sripada und Heitzeg sind die Autoren der Studie Arianna M. Gard von der University of Maryland, College Park; Die Mitglieder des UM-Psychiatrieteams Mike Angstadt, Aman Taxali, Tristan Greathouse, Katherine McCurry, Alexander Weigard und Peter Walczyk sowie Luke W. Hyde vom UM-Institut für Sozialforschung.

Quelle:

Michigan-Medizin – Universität von Michigan

Referenz:

Sripada, C., et al. (2022) Sozioökonomische Ressourcen sind mit verteilten Veränderungen der intrinsischen funktionellen Architektur des Gehirns in der Jugend verbunden. Kognitive Entwicklungsneurowissenschaften. doi.org/10.1016/j.dcn.2022.101164.

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