ROTTERDAM / LONDON (IT BOLTWISE) – Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass Kinder mit besseren rhythmischen Fähigkeiten eine langsamere Gehirnentwicklung in bestimmten Regionen aufweisen. Diese verlängerte Plastizität könnte durch musikalisches Engagement gefördert werden und bietet eine längere Lernphase.
Neue Forschungen legen nahe, dass Kinder mit ausgeprägten rhythmischen Fähigkeiten eine langsamere und länger anhaltende Gehirnentwicklung in bestimmten Regionen zeigen, die mit motorischer Kontrolle und Emotionen verbunden sind. Diese verzögerte Reifung deutet darauf hin, dass eine bereicherte Umgebung, wie sie durch musikalisches Engagement geschaffen wird, das Fenster der neuronalen Plastizität verlängern kann, das für das Lernen notwendig ist.
Die Ergebnisse belegen, dass die Beziehung zwischen Gehirnstruktur und musikalischen Fähigkeiten nicht nur genetisch bedingt ist, sondern auch durch Umweltfaktoren wie Übung beeinflusst wird. Die Studie wurde in der Zeitschrift Brain Research veröffentlicht.
Wissenschaftler haben festgestellt, dass die menschliche Gehirnentwicklung einem komplexen Verlauf folgt, der zwischen Individuen erheblich variiert. Die äußere Schicht des Gehirns, bekannt als Kortex, nimmt in der frühen Kindheit normalerweise an Dicke zu, bevor sie sich mit zunehmendem Alter des Kindes verdünnt. Dieser Verdünnungsprozess ist oft ein Zeichen dafür, dass das Gehirn effizienter wird, indem es ungenutzte Verbindungen abbaut.
Frühere Studien haben häufig auf benachteiligte Umgebungen fokussiert, wie sie durch einen niedrigen sozioökonomischen Status gekennzeichnet sind. In diesen Kontexten wird Widrigkeit oft mit einer beschleunigten Gehirnentwicklung in Verbindung gebracht, was die verfügbare Zeit für das Gehirn, sich anzupassen und zu lernen, einschränken kann.
Weniger verstanden ist, wie bereicherte Umgebungen, wie sie durch musikalische Ausbildung bereitgestellt werden, diese Entwicklungspfade beeinflussen. Musikalische Darbietung ist eine anspruchsvolle Aktivität, die die gleichzeitige Integration von motorischer Planung, auditiver Verarbeitung und emotionalem Engagement erfordert.
Die Autoren dieser Studie wollten herausfinden, ob musikalische Fähigkeiten mit der Geschwindigkeit der Gehirnreifung zusammenhängen und inwieweit diese Beziehung durch genetische Veranlagungen im Vergleich zu Umwelterfahrungen geprägt ist.
„Die Wissenslücke war zweifach. Erstens hebt sich diese Studie dadurch hervor, dass sie die Gehirnentwicklung in einer typischen Kindheitsstichprobe von Nicht-Musikern untersucht, die sich in instrumenteller Exposition und Übungsdauer unterscheiden, während ein Zwillingsdesign verwendet wird, um genetische und Umweltfaktoren zu entwirren. Trotz der Untersuchung einer Stichprobe mit unterschiedlicher musikalischer Erfahrung anstelle einer hochtrainierten Musikergruppe beobachteten wir messbare Effekte auf die Gehirnentwicklung“, erklärte Lina van Drunen, Postdoktorandin an der Erasmus-Universität Rotterdam.
„Zweitens hat die Forschung zu sensiblen Perioden weitgehend negative Erfahrungen betont, die die Gehirnreifung beschleunigen und das Potenzial für langfristiges Lernen reduzieren. Im Gegensatz dazu untersuchte unsere Studie eine positive Umweltanreicherung, wie instrumentales Training, während dieser Entwicklungsfenster, ein Thema, das vergleichsweise wenig erforscht ist.“
Das Forschungsteam nutzte Daten aus dem Leiden Consortium on Individual Development, einem großen Längsschnittprojekt in den Niederlanden. Die Studie verfolgte gleichgeschlechtliche Zwillingspaare, um die Analyse genetischer und umweltbedingter Beiträge zu ermöglichen. Die endgültige Stichprobe für die Gehirnbildanalyse umfasste Daten aus Erhebungswellen, als die Kinder etwa 7 bis 9 Jahre alt, 9 bis 11 Jahre alt und 11 bis 14 Jahre alt waren.
Insgesamt trugen 418 Teilnehmer Daten zum ersten Zeitpunkt bei, wobei 367 und 228 an den nachfolgenden MRT-Wellen teilnahmen. Die Forscher verwendeten die Magnetresonanztomographie, um Veränderungen in der Gehirnstruktur im Laufe der Zeit zu kartieren, insbesondere die Messung der kortikalen Dicke, der Oberfläche und des Volumens subkortikaler Regionen.
Als die Teilnehmer zwischen 11 und 13 Jahre alt waren, absolvierten sie eine Verhaltensbewertung, um ihre musikalische Begabung zu messen. Die Forscher verwendeten eine sensorimotorische Synchronisationsaufgabe, die eine Standardmethode zur Bewertung der rhythmischen Fähigkeit darstellt.
Während dieser Aufgabe klopften die Kinder mit ihrem Finger auf ein Percussion-Pad im Takt eines akustischen Beats. Der Test umfasste verschiedene Bedingungen mit zunehmender Schwierigkeit, wie das Klopfen zu einem einfachen Metronom und das Mitklopfen bei Popsongs, die in ihrer rhythmischen Komplexität variierten.
Die Stabilität und Genauigkeit des Klopfens diente als Stellvertreter für die musikalische Fähigkeit des Kindes. Zusätzlich gaben die Eltern Informationen über die Musikunterrichtserfahrung ihrer Kinder und die Anzahl der Jahre an, die sie ein Instrument geübt hatten.
„Was mich am meisten beeindruckte, waren die erheblichen individuellen Unterschiede in der Klopfgenauigkeit der Kinder, wenn sie sich mit dem Beat von Musikstücken synchronisierten“, sagte van Drunen. „Diese Variationen unterstreichen, dass es im Jugendalter bedeutenden Raum für Wachstum gibt: Musikunterricht ist nicht einfach nur eine außerschulische Aktivität, sondern eine Gelegenheit, die neben der Stärkung motorischer Fähigkeiten, des Timings, der Sprache, der Emotionen und der Koordination auch die neuronale Entwicklung unterstützen kann.“
Die Forscher fanden heraus, dass Kinder, die eine überlegene rhythmische Leistung zeigten, in etwa 27 Prozent der untersuchten Gehirnregionen unterschiedliche Muster der Gehirnentwicklung aufwiesen. Für die Mehrheit dieser Regionen war eine hohe musikalische Fähigkeit mit einer verzögerten oder langsameren Entwicklung verbunden.
Insbesondere Kinder, die besser im Takt bleiben konnten, zeigten eine langsamere Rate der kortikalen Ausdünnung in der Pars orbitalis und der Pars triangularis. Diese Regionen befinden sich im unteren Stirnhirnwindung und sind dafür bekannt, an der Bewegungsplanung und der Verarbeitung struktureller Hierarchien beteiligt zu sein, wie sie in Musik und Sprache vorkommen.
Ein ähnliches Muster der verzögerten Entwicklung wurde im Volumen des Kleinhirns und der Amygdala beobachtet. Das Kleinhirn ist entscheidend für das Timing und die Koordination, während die Amygdala emotionale Inhalte verarbeitet. Die Autoren schlagen vor, dass diese langsamere Reifungsrate die neuronale Plastizität bewahrt und effektiv das Lernfenster länger offen hält, um die Verfeinerung komplexer sensorimotorischer und emotionaler Fähigkeiten zu ermöglichen.
„Kinder absolvierten eine Klopfaufgabe zum Beat (Metronom und Musik) und ihre Rhythmusgenauigkeit diente als solider Stellvertreter für die musikalische Fähigkeit“, sagte van Drunen gegenüber PsyPost. „Darüber hinaus fragten wir die Eltern nach ihrer Musikerfahrung. Kinder, die besser im Takt bleiben konnten, hatten eine langsamere (verzögerte) Gehirnentwicklung in Teilen des Gehirns, die Bewegung, Koordination und emotionales Engagement mit Musik steuern. Langsamer bedeutet jedoch nicht, dass es schlechter für die Entwicklung ist, wir vermuten, dass diese Kinder wahrscheinlich längere Fenster der Plastizität haben und mehr Zeit, sich anzupassen, zu lernen und Fähigkeiten zu verfeinern.“
Während der dominierende Trend zu einer langsameren Entwicklung tendierte, identifizierte die Studie auch zwei spezifische Gehirnregionen, in denen eine bessere rhythmische Leistung mit einer beschleunigten Entwicklung korrespondierte. Der fusiforme Gyrus und der postzentralen Gyrus zeigten schnellere Reduktionen in der kortikalen Dicke und der Oberfläche bei Kindern mit hoher rhythmischer Genauigkeit. Der fusiforme Gyrus wird oft mit der Erkennung von Harmonie und visueller Notation in Verbindung gebracht, während der postzentralen Gyrus sensorische und motorische Informationen integriert.
Die Forscher schlagen vor, dass die schnelle Reifung in diesen spezifischen sensorischen Verarbeitungsbereichen die Fähigkeit unterstützen könnte, komplexe rhythmische Reize schnell zu dekodieren und darauf zu reagieren. Dieser Kontrast zeigt, dass musikalisches Engagement nicht das gesamte Gehirn gleichmäßig verlangsamt oder beschleunigt, sondern die Entwicklung in regionsspezifischer Weise moduliert, um die Leistung zu optimieren.
„Zwei Gehirnregionen zeigten entgegengesetzte Effekte“, sagte van Drunen. „Bereiche, die beim Dekodieren von Rhythmus und der Koordination von Bewegung helfen, zeigten eine schnellere Gehirnentwicklung in Bezug auf bessere Rhythmusleistungen. So verlangsamten sich die meisten musikalischen Gehirnteile, während einige beschleunigten, alles für eine bessere musikalische Leistung.“
Ein wesentlicher Bestandteil dieser Studie war die Verwendung von Zwillingsmodellen zur Schätzung der Erblichkeit. Durch den Vergleich der Ähnlichkeit von Merkmalen zwischen eineiigen Zwillingen, die 100 Prozent ihrer Gene teilen, und zweieiigen Zwillingen, die etwa 50 Prozent teilen, konnten die Forscher den relativen Einfluss von Natur und Umwelt berechnen.
Die Modellierungsergebnisse zeigten, dass die Assoziation zwischen Gehirnentwicklung und rhythmischer Fähigkeit nicht ausschließlich durch Genetik getrieben wird. Die Analyse zeigte, dass gemeinsame Umweltfaktoren und einzigartige individuelle Erfahrungen einen signifikanten Teil der Varianz erklärten.
Zum Beispiel erklärten im Pars orbitalis gemeinsame Umweltfaktoren etwa 13 Prozent der Beziehung zwischen Gehirnveränderung und rhythmischer Fähigkeit, wobei einzigartige Umweltfaktoren den Rest erklärten. Dies deutet darauf hin, dass, obwohl genetisches Potenzial eine Rolle spielt, aktives Engagement mit der Umwelt, wie das Üben eines Musikinstruments, erheblich zu den beobachteten Gehirnveränderungen beiträgt.
Wie bei allen Forschungen gibt es Einschränkungen. Die Forscher stützten sich auf drei Zeitpunkte von MRT-Daten, die einen allgemeinen Überblick über Entwicklungspfade bieten, aber möglicherweise subtilere, nichtlineare Wachstumsmuster übersehen, die in den Jahren zwischen den Scans auftreten. Die Stichprobe bestand hauptsächlich aus Nicht-Musikern oder Amateurspielern anstelle intensiver Profis, was bedeutet, dass die Effekte bei Kindern, die ein rigoroses musikalisches Training durchlaufen, ausgeprägter sein könnten.
Zukünftige Forschungspläne beinhalten die Erweiterung dieser Untersuchungslinie, um breitere soziale Ergebnisse zu untersuchen. Die Autoren beabsichtigen zu untersuchen, ob das musikalische Training und die mit diesen Gehirnentwicklungsmustern verbundenen Fähigkeiten auch mit prosozialem Verhalten, wie Empathie und Perspektivenübernahme, in Verbindung stehen. Durch das Verständnis, wie bereicherte Umgebungen das sich entwickelnde Gehirn formen, hoffen Wissenschaftler, Mechanismen zu entdecken, die Bildungsstrategien und Therapien für kognitive und emotionale Entwicklung informieren könnten.
„Kunstbildung, insbesondere Musik, wird oft gedacht, um die Entwicklung über die instrumentelle Fähigkeit hinaus zu beeinflussen“, erklärte van Drunen. „Während sich die meisten Forschungen auf kognitive akademische Ergebnisse konzentriert haben, sind breitere soziale Fähigkeiten ebenso wichtig. Das Folgeprojekt (#220,243 | AsPredicted) wird untersuchen, ob musikalisches Training und Fähigkeiten mit prosozialem Verhalten, Empathie und Perspektivenübernahme in Verbindung stehen.“
Die Studie, „Brain development and musical skills: A longitudinal twin study on brain developmental trajectories and sensorimotor synchronization,“ wurde von L. van Drunen, B.G. Schultz, A.I. Becht, R.S. Schaefer und L.M. Wierenga verfasst.
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