Forscher der Universität Helsinki haben sich mit schwedischen und australischen Forschern zusammengetan, um ein „Brainstorming-Barometer“zu entwickeln, mit dem Computer die Gehirnfunktionen sehr frühgeborener Babys während ihrer ersten Lebensstunden berechnen können. Die neue Forschungsmethode basiert auf der Hypothese, dass die Brainstormings, die von den Milliarden Neuronen im Kopf eines Babys erzeugt werden, den gleichen Gesetzen unterliegen wie andere massive Naturphänomene wie Erdbeben, Waldbrände oder Schneelawinen.
In den letzten zwei Jahrzehnten wurden große Fortschritte bei der Frühbetreuung von Frühgeborenen auf postnatalen Intensivstationen gemacht. Mediziner können heute vor allem die Funktion von Lunge, Herz und Kreislauf unterstützen, um das Überleben der meisten extrem Frühgeborenen zu gewährleisten. Trotz eines guten Starts haben viele von ihnen möglicherweise lebenslange Probleme mit der Gehirnfunktion, wie z. B. Aufmerksamkeitsstörungen oder Schwierigkeiten mit der Sehfunktion. Aus diesem Grund lag der Hauptfokus bei der Entwicklung der Versorgung von Frühgeborenen auf der Sicherstellung der Gehirnentwicklung.
Die größten Risiken in der Entwicklung eines sehr frühgeborenen Kindes konzentrieren sich auf die ersten Lebenstage, wenn intensivmedizinisch versucht wird, für jedes einzelne Kind die passende Betreuungsbalance zu finden.
"In diesem Stadium wäre es von entscheidender Bedeutung, die Gehirnfunktion des Kindes zu verfolgen und die Babys zu identifizieren, deren Gehirne besonders gefährdet sind", sagt Sampsa Vanhatalo, PhD, die das Baby Brain der Universität Helsinki leitet Activity (BABA) Forschungsgruppe am HUS Kinderkrankenhaus.
Die Gehirne von sehr frühgeborenen Babys, die auf der Intensivstation behandelt werden, wurden mit kontinuierlicher Elektroenzephalographie (EEG) überwacht, aber die Auswertung der EEG-Ergebnisse hat sich als Herausforderung erwiesen:
"Die Gehirnfunktion von sehr frühgeborenen Babys ist völlig anders als die von älteren Kindern oder Erwachsenen, was bedeutet, dass die derzeit verwendeten Methoden der EEG-Interpretation für den Einsatz bei Frühgeborenen schlecht geeignet sind", erklärt Vanhatalo.
Stürme helfen dem Gehirn zu reifen
Forscher haben herausgefunden, dass bestimmte Episoden, eine Art Brainstorming, im Gehirn sehr frühgeborener Babys auftreten und für die Reifung des Gehirns des Babys entscheidend sind. Zusammen mit schwedischen und australischen Forschern hat Vanhatalo nun eine völlig neue Methode entwickelt, um solche Brainstormings bei sehr frühgeborenen Neugeborenen auszuwerten.
"Unsere Forschung wurde in der Zeitschrift Brain veröffentlicht und ist das Ergebnis einer außergewöhnlich breit angelegten internationalen Zusammenarbeit. Daran waren Spezialisten verschiedener medizinischer Fachrichtungen, Physiker, Mathematiker und Ingenieure beteiligt", sagt Vanhatalo.
Das Patientenmaterial für die Forschung stammt aus der Forschung von Dr. Lena Hellström-Westas über Frühgeborene in Schweden. Hellström-Westas ist Professorin für Neonatologie an der Universität Uppsala. Vanhatalo steuerte die neurophysiologische Expertise seiner Forschungsgruppe bei. Schließlich entwickelte die Computational Neuroscience-Forschungsgruppe von Professor Michael Breakspear in Australien eine neuartige Analysemethode für das EEG-Signal.
Im Gehirn gelten die Naturgesetze
Die Forschungsgruppe von Breakspear begann mit der Entwicklung mathematischer Methoden, die in der Geologie und physikalischen Grundlagenforschung verwendet werden, nachdem festgestellt wurde, dass die Brainstormings bei sehr frühgeborenen Babys dem "knisternden Geräusch", das auf kleinen Skalen in schwach magnetisierten Metallen auftritt, erstaunlich ähnlich sind großräumig bei Erdbeben.
Letztendlich erarbeiteten die Forschungsgruppen gemeinsam ein übersichtliches Instrument, sozusagen ein Brainstorming-Barometer, mit dem ein Computer den Zustand des Gehirns eines sehr frühgeborenen Babys in den ersten Lebensstunden berechnen kann. Von größtem klinischem Interesse war die Beobachtung, dass die Ergebnisse dieses Barometers signifikant mit der kognitiven Entwicklung des Kindes im Alter von zwei Jahren korrelierten.
"In wissenschaftlicher Hinsicht hat dies bereits die Vorstellung davon revolutioniert, was wir von der Gehirnfunktion bei sehr frühgeborenen Babys beobachten können. Diese Methode ist die erste Quelle objektiver Daten über die Botschaften des Gehirns eines sehr frühgeborenen Babys möglicherweise zu den Ärzten schicken, die das Kind in den ersten Lebensstunden betreuen", beschreibt Vanhatalo. „Es ist noch zu früh, um zu sagen, wie sich die von uns entdeckten Brainstorming-Messungen auf die Pflege jedes Frühgeborenen auswirken werden. Unsere Entdeckung hilft Ärzten zu erkennen, welche Kinder besondere Aufmerksamkeit benötigen und welche ein Gehirn haben, das für sich genommen in Ordnung ist. Dies sind entscheidende Informationen, die die Tür für neue gezielte Pflegestudien öffnen."
Das in der Studie erstellte EEG-Instrument ist eine Sammlung ausgeklügelter mathematischer Funktionen, die raffiniert kombiniert wurden, um eine Softwarekomponente zur Analyse des EEG-Signals zu erstellen. Diese Komponente kann der Software bestehender Gehirnmonitore hinzugefügt werden. Technisch gesehen ist die Übernahme der Methode nicht schwieriger als das Herunterladen neuer Apps auf unsere Smartphones.
"Das Interesse der Hersteller von EEG-Monitoren, sich an der Produktentwicklung zu beteiligen, wird der Engpass sein. Glücklicherweise ist der Markt sehr wettbewerbsintensiv, und neue Hersteller müssen Innovationen einführen, die für die Krankenhausarbeit notwendig sind", betont Vanhatalo.
