Fabienne weiß immer noch nicht, warum ihr Kind drei Monate zu früh zur Welt kam. An einem ruhigen Nachmittag im Juni 2007 war es einfach so weit, die Wehen wurden immer stärker, und sie fuhr schließlich zum nächstgelegenen Krankenhaus in der Nähe von Lausanne. Statt in der 40. Schwangerschaftswoche wurde ihr Sohn Hugo schon in der 26. Woche geboren und mit seinen gerade einmal 950 Gramm sofort auf die Intensivstation gebracht. Drei Tage später informierten sie die Ärzte, dass Ultraschalluntersuchungen seines Gehirns starke Blutungen aus unreifen Gefäßen zeigten. "Ich brach einfach nur in Tränen aus", erinnert sie sich.

Fabienne und ihrem Mann war sofort klar, dass die Prognose ausgesprochen düster war. Der Kleine hatte ein sehr hohes Risiko einer Zerebralparese, einer neurologischen Schädigung, die zu einem Leben mit schweren Behinderungen führen kann. Die beiden waren sich einig und wollten das ihrem Kind nicht antun. "Wir sagten den Ärzten gleich, dass wir keine weit reichenden medizinischen Maßnahmen wollten, die ihn einfach nur am Leben erhielten. Und die Ärzte schienen erleichtert zu sein", erzählt uns Fabienne, die ihren Nachname verständlicherweise nicht genannt wissen möchte. Die folgende Nacht war die schlimmste ihres Lebens.

Am nächsten Tag schlugen die Ärzte erst noch eine Kernspintomografie (MRT) zur Bestätigung der Diagnose vor, bevor sie Hugos Behandlung ändern wollten. Mit einer auf Frühgeborene abgestimmten MRT-Untersuchung könne das Risiko einer Zerebralparese genauer hervorgesagt werden, weil weniger falsch-positive Befunde auftreten als bei Ultraschalluntersuchungen. Die MRT-Aufnahmen von Hugos Gehirn zeigten eine nur begrenzte Schädigung des Gehirns, und somit war das Risiko einer schweren Zerebralparese relativ niedrig. Daraufhin machten die Eltern – 24 Stunden nach der ersten Entscheidung – eine Kehrtwende und stimmten zu, das Leben ihres Sohns möglichst zu retten.

Dank medizinischer Fortschritte seit den 1970er Jahren überleben immer häufiger Frühgeborene, also Kinder mit Geburtstermin vor der 37. Schwangerschaftswoche – manche Kliniken versuchen sogar schon Frühgeborene der 22. Woche zu retten. Diese Entwicklung zwingt aber auch immer öfter die Ärzte und Eltern zu schwierigsten Entscheidungen, weil die Wahrscheinlichkeit schwerer Behinderungen umso größer ist, je früher ein Kind geboren wird. So erleiden 1 bis 2 Prozent der termingerecht geborenen Kinder eine Zerebralparese, 9 Prozent sind es bei Geburt vor der 32. Woche und 18 Prozent bei Geburt in der 26. Woche.

Die Neurowissenschaftler wissen allerdings immer mehr über das noch unreife Gehirn der Frühgeborenen, was auch medizinische Entscheidungen und Therapien beeinflusst. So wurde aus den Daten einiger Langzeitstudien ein erhöhtes Risiko für kognitive Störungen und Verhaltensprobleme bei Frühgeburt abgeleitet – in manchen Studien sogar bei jedem zweiten Kind. Inzwischen beschäftigen sich die Fachleute zudem nicht nur mit den Ursachen, sondern sie gehen auch der Frage nach, wie die Folgen einer Frühgeburt vermieden werden können und wie den betroffenen Kindern die bestmögliche Förderung geboten werden kann. "Wir wissen nur leider noch viel zu wenig, um optimale Strategien zu entwickeln", sagt Petra Hüppi, die als Kinderärztin für Neonatologie an der Universität Genf arbeitet und auch die Gehirnentwicklung bei vorzeitig geborenen Kindern untersucht.

Zu früh dran

Frühgeburten sind gar nicht so ungewöhnlich: Wie eine Statistik der Weltgesundheitsorganisation (WHO) aus dem Jahr 2012 zeigt, wird mehr als jedes zehnte Baby vor dem eigentlichen Termin geboren, also jährlich 15 Millionen Kinder auf der ganzen Welt. Bei den meisten geschieht es zwischen der 32. und der 37. Woche; aber 1,6 Millionen Kinder werden auch noch früher, zwischen der 28. und der 32. Woche, geboren und 780 000 Kinder sogar "extrem früh", vor der 28. Woche.

In Ländern mit niedrigem Einkommen sterben mehr als 90 Prozent der extrem früh geborenen Babys schon bald nach Geburt, was auch erklärt, warum Frühgeburtlichkeit bei Kindern unter fünf Jahren die zweithäufigste Todesursache direkt nach Lungenentzündung ist. In reicheren Länder mit hoch entwickelten Neugeborenenintensivstationen überleben dagegen mehr als 90 Prozent, und die Ärzte schaffen es, immer früher geborene Kinder am Leben zu halten. In den USA wird sogar schon unter Ärzten diskutiert, ob die 1991 festgelegte biologische Grenze der Lebensfähigkeit von 24 auf 23 Wochen gesenkt werden soll.

Während die Kinder ums Überleben kämpfen, sind die Eltern zum tatenlosen Warten verdammt – wie die von Hugo. Bei dem Jungen wurde eine ganze Reihe von Operationen durchgeführt, um die geschädigten Organe zu versorgen und wichtige Verbindungen zwischen größeren Blutgefäßen herzustellen, die sich vor Geburt nicht mehr entwickeln konnten. Dabei war den Eltern klar, dass ihr Sohn jederzeit sterben könnte. "Ich fühlte mich so, als wären wir in einen Schnellzug gestiegen", beschreibt es Fabienne. "Der Zug raste dahin und schwankte beängstigend stark – aber wir waren wenigstens wieder dabei."

Nur, wie geht es weiter, wenn die ersten Gefahren überstanden sind? Lediglich einige wenige Studien haben bisher das längerfristige Schicksal von Frühgeborenen untersucht, nicht zuletzt, weil jahrelange, ausgefeilte Testungen von Gedächtnisleistung und Verhalten sehr zeitaufwändig und teuer sind. Die erste Studie hierzu beschrieb schon 1997 das Ausmaß der Entwicklungsprobleme von Frühgeborenen. Zwischen der 22. und der 32. Schwangerschaftswoche geborene Kinder aus neun Regionen Frankreichs wurden damals mit 664 termingerecht auf die Welt gekommenen Babys verglichen. Bei der Hälfte der zu früh geborenen Kinder, die das 5. Lebensjahr erlebten, fanden die Ärzte neuronale Entwicklungsstörungen, und mit jeder Woche weniger im Mutterleib waren die Defizite größer: 44 Prozent der in der 24. und 25. Schwangerschaftswoche geborenen und 26 Prozent der in der 32. Woche geborenen Kinder waren betroffen; unter den vollständig ausgetragenen Kindern der Kontrollgruppe hatten dagegen nur etwas mehr als ein Zehntel kognitive Probleme.

Folgen bis ins Erwachsenenalter?

"Wir waren schockiert, wie viele Kinder betroffen waren", sagt Hüppi. Und auch wenn die kurz vor ihrem Termin geborenen Säuglinge ein niedrigeres Risiko hatten, wäre davon dennoch die große Mehrheit betroffen, gibt sie zu bedenken. Die Folgen scheinen sich noch im Erwachsenenalter bemerkbar zu machen, wie der Entwicklungspsychologe Dieter Wolke in einer Studie mit Hunderten von Teilnehmern aus Bayern zeigte. Die Probanden waren alle Mitte der 1980er Jahre zwischen der 26. und der 31. Schwangerschaftswoche geboren und wurden von ihm im Alter von sechs Jahren und dann wieder mit 26 Jahren untersucht. Nach seinen Daten bleiben die kognitiven Probleme bei vielen Betroffenen bis ins Erwachsenenalter erhalten: Ein Viertel der Teilnehmer hatte mäßige bis schwere Defizite, die Hälfte zumindest schwache. Die meisten besaßen eine kurze Aufmerksamkeitsspanne, und die ganze Gruppe tendierte zu schlechteren Noten und geringeren Erfolgen im Berufsleben.

Wolke arbeitet zurzeit an der University of Warwick in England und ist auch an weniger offensichtlichen Unterschieden im Lebensstil interessiert. "Frühgeborene sind im späteren Leben weniger risikobereit, rauchen und trinken seltener und haben meist erst später sexuelle Beziehungen", hat er festgestellt. Was von der Biologie her anders verläuft und welche Ursachen dahinterstecken, ist den Wissenschaftlern noch nicht ganz klar. Das Gehirn besteht aus so genannter grauer Substanz, einer dicht gepackten Zellkörpermasse, und weißer Substanz aus Leitungsbahnen mit langen Axonen, die unterschiedliche Hirnregionen miteinander verbinden. Die Axone sind von regelmäßig angeordneten Myelinscheiden umgeben, die schon während der Entwicklung in der Gebärmutter gebildet werden und bis in das erste Lebensjahrzehnt hinein als Schutzschild wirken.

In einem noch nicht ausgereiften Gehirn müssen fragile Blutgefäße das Gewebe mit genügend Sauerstoff versorgen, der für eine normale Entwicklung benötigt wird. Platzt eines der Gefäße, werden wichtige Bereiche der weißen Substanz zerstört, und es kann zu Lähmungen, der Zerebralparese, kommen. Bisher ist aber nur sehr wenig über die Ursachen der kognitiven Probleme bekannt, die bei frühgeborenen Kindern in Kohortenstudien festgestellt wurden.

Zu viel und zu früh

Unser Gehirn empfängt ständig Signale aus der Umwelt. Findet ein wesentlicher Teil der Gehirnentwicklung außerhalb der warmen, feuchten Gebärmutter statt, wird laut Wissenschaftlern die Vernetzung der Neurone negativ beeinflusst. "Das nicht ausgereifte Gehirn erhält Eindrücke – visuelle Signale und Einflüsse der Schwerkraft –, die es noch gar nicht verarbeiten kann", meint Ghislaine Dehaene-Lambertz von der INSERM-CEA Cognitive Neuroimaging Unit in Paris, wo sie die Sprachentwicklung von Kleinkindern untersucht. "Die Signale können sehr plötzlich, sehr stark und unvorhersehbar sein." Doch so manche dieser unnatürlichen Sinneseindrücke sind gerade bei der intensivmedizinischen Versorgung zum Lebenserhalt der Frühgeborenen leider nicht vermeidbar.

Inzwischen gibt es erste Studien, in denen Gehirnscans darauf hinweisen, dass Abweichungen im neuronalen Netzwerk kognitive Probleme hervorrufen. Hüppis Kooperationspartner in der Schweiz nutzten eine neue MRT-Methode, die speziell für die Darstellung der Verbindungen zwischen den Neuronen im Gehirn optimiert war. Dabei verglichen sie 52 Frühgeborene mit termingerecht geborenen Kindern, jeweils im Alter von sechs Jahren. Bei den zu früh geborenen fanden sie immer noch weniger gut organisierte Hirnregionen mit stärker verschlungenen Nervenbahnen und eine Korrelation zu geringeren sozialen und kognitiven Fähigkeiten.

In einer anderen Studie untersuchte der damals an der St.-Louis-Kinderklinik in Missouri tätige Neonatologe Jeffrey Neil das Gehirn von Frühgeborenen im Ruhezustand. Über die geringe Stand-by-Aktivität eines ruhenden Gehirns kann man speziell auf die Nervenverbindungen rückschließen, deren Struktur schon vor Geburt angelegt wurde. Neils Team konnte nun zeigen, dass dieses Netzwerk im Ruhezustand bei Frühgeborenen der 23. bis 29. Woche zum altersangepassten Zeitpunkt weniger ausgeprägt und aktiv ist als bei ausgetragenen Babys zum Zeitpunkt der Geburt. Nach Untersuchungen der 26-jährigen Probanden aus Bayern wurde diese geringere Komplexität noch im Erwachsenenalter festgestellt.

Natürlich sind sich die Forscher darüber im Klaren, dass Untersuchungen des Gehirns am besten im Vergleich von frühgeborenen und ausgetragenen Babys erfolgen sollten, beginnend mit der Geburt und dann das ganze Leben lang mit weiteren Scans und Analysen. Aber das ist sehr schwierig und mühevoll, nicht nur weil über lange Zeit hinweg Kontakt zu den Familien gehalten werden muss, die vielleicht umziehen oder kein Interesse mehr haben. Ganz unabhängig vom Geburtstermin sind Eltern auch nur selten begeistert davon, dass ihr Neugeborenes in einen lauten und einsamen Raum mit MRT-Geräten gebracht wird, wenn dies medizinisch nicht unbedingt notwendig ist – in manchen Ländern, wie den Niederlanden, ist das sogar verboten. Es sind auch nicht alle Geburtshelfer mit MRT-Scans in dieser aus medizinischer und emotionaler Sicht belastenden Zeit einverstanden. Fabienne war allerdings froh, dass ihr Hugo noch einmal genauer untersucht wurde; sie weiß aber auch noch, wie lang der Weg von der Kinderstation zum MRT-Raum in ihrem Krankenhaus war. "Ich lief wie benommen durch einen unterirdischen Gang, daneben lag Hugo in seinem Brutkasten", erinnert sie sich. "Genau so stelle ich mir den Tunnel vor, denn man kurz vor dem Tod sehen soll."

Ein paar Wissenschaftler und Kliniker haben inzwischen große, weltweit angelegte Langzeitstudien gestartet, in denen sie von Geburt an Daten zur Neurologie, zu kognitiven Fähigkeiten, zum Verhalten, zur Genetik und auch Gehirnscans sammeln wollen. In Frankreich läuft derzeit die EPIPAGE-2-Studie mit 4200 Frühgeborenen aus dem ganzen Land. Außerdem will in London das Team um den Neonatologen David Edwards vom King's College das Gehirn von Kindern scannen und Blutproben während ihrer Zeit im Mutterleib bis zum Alter von zwei Jahren nehmen – einige der Kinder werden sicherlich vorzeitig geboren. Anhand der Daten wollen sie dann molekulare Signaturen finden, um später einmal vorhersagen zu können, wie anfällig ein Kind für Störungen in der Gehirnentwicklung ist.

"Wir waren schockiert, wie viele Kinder betroffen waren"
Petra Hüppi

Laut Edwards' ersten Analysen wird die Entwicklung durch Gene gesteuert, die unter anderem am Lipidmetabolismus beteiligt sind, der besonders essenziell für die weiße Substanz ist. Damit könnten die Gene auch mit einer veränderten Gehirnentwicklung bei Frühgeborenen im Zusammenhang stehen. "Vielleicht macht ein bestimmtes genetisches Profil die Kinder weniger anfällig für Störungen", sagt er.

Schutz für das Gehirn

Die Hoffnung auf baldige Behandlungsmöglichkeiten scheint noch etwas verfrüht, nachdem die molekularen und zellulären Entwicklungen im Gehirn noch nicht ausreichend verstanden sind. Aber Hüppi versucht es trotzdem und testet das Medikament Erythropoetin (EPO) in einer klinischen Studie. EPO stimuliert die Produktion roter Blutzellen und ist bereits Standardtherapeutikum zur Verbesserung der Sauerstoffversorgung der inneren Organe. Die Lieblingsdopingsubstanz der Ausdauersportler trägt aber wohl ganz allgemein zur Versorgung und zum Schutz unserer Nervenzellen bei.

So soll es angeblich langfristig die Entwicklung des Nervensystems unterstützen, was Hüppi nun in einer prospektiven, randomisierten und kontrollierten Studie mit fast 500 extrem früh geborenen Kindern in der Schweiz testen will, indem sie die Kleinen am Tag ihres eigentlichen Geburtstermins mittels MRT untersucht. Nach den ersten, im Jahr 2014 veröffentlichten Daten haben die mit EPO behandelten Frühgeborenen weniger Probleme in der neuronalen Entwicklung als unbehandelte. Ob sich das bewahrheitet, werden Folgeuntersuchungen im Alter von zwei Jahren zeigen, wenn die Entwicklung des Nervensystems der Kinder vorangeschritten ist, fügt Hüppi hinzu.

Doch was hilft das all jenen Eltern, die über die Behandlung ihrer Kinder entscheiden müssen und bisher nur dürftige Informationen über die Langzeitprognose erhalten? Manchen, wie Fabienne, kann mit MRT-Scans weitergeholfen werden, weil hierbei die Schäden in der weißen und grauen Substanz und das Risiko schwerer Hirnschädigung immerhin genauer als in der Vergangenheit abgeschätzt werden können. Laut Hüppi unterstützen die neuen Technologien damit die Beratung der Eltern. Allerdings ist "die Verantwortung riesig groß, weil wir falschliegen könnten", und anhand der Untersuchungen lassen sich auch nicht die Kinder mit weniger ausgeprägten Entwicklungsstörungen herausfinden.

Nach Ansicht von Edwards und verschiedenen seiner Kollegen wird das Imaging des Gehirns allein niemals solche Aussagen ermöglichen; stattdessen müsste man die Scans mit genetischen und anderen molekularen und klinischen Daten kombinieren. Sollte dies eines Tages tatsächlich möglich sein, stellt sich die Frage, wie sich die zu erwartenden Probleme von Frühgeborenen mildern lassen. Ob sich dies beispielsweise durch besondere Unterstützung im täglichen Leben und in der Schule erreichen lässt, fragen sich inzwischen schon einige Neurowissenschaftler und Bildungsexperten.

Wie viele andere Eltern hätte sich auch Fabienne mehr Entscheidungshilfe gewünscht. Hugo ist inzwischen sieben Jahre alt und bedarf ihrer ganzen Aufmerksamkeit und Zeit. Er hat Schwierigkeiten mit der Feinmotorik sowie dem Sehen und braucht auch in der Schule zusätzliche Betreuung. Fabienne nimmt an vielen Trainingsprogrammen teil und hofft auf deren Nutzen, ohne wirklich etwas zu wissen. Aber Hugo bereitet ihr unglaublich viel Freude, und sie ist unendlich froh um den damals entscheidenden MRT-Scan. "Die Neurologen konnten uns immerhin sagen, dass Hugo einmal eine akzeptable Lebensqualität haben wird", sagt sie. Das neue wissenschaftliche Interesse an der Gehirnentwicklung Frühgeborener verfolgt sie mit einer gewissen Distanz. "All die Erkenntnisse werden hoffentlich bald zu konkreten Maßnahmen führen, die Eltern auch sinnvoll nutzen können."

Der Artikel erschien unter dem Titel "Neuroscience: The brain, interrupted" in Nature 518, S. 24–26, 2015.