Das intelligente Gehirn. Zum Einfluss von Ernährung und Sport auf die neuronale Entwicklung und kognitive Leistungsfähigkeit von Kindern

Inhaltsverzeichnis

1 Abstract

2 Einleitung

3 Ernährung und Intelligenz
3.1 Der Einfluss der frühkindliche Ernährung auf die Intelligenz
3.1.1 Der Effekt des Stillens auf die neuronale Entwicklung
3.1.2 Der Einfluss der infantilen Ernährung auf die Intelligenz von Kindern mit Phenylketonurie
3.2 Der Effekt von Mikronährstoffen auf die Intelligenz von Kindern

4 Sport und Intelligenz
4.1 Die Rolle von BDNF in der körperlichen Aktivität und neuronalen Entwicklung
4.2 Der Einfluss von aerobem Sport auf die kognitiven Fähigkeiten bei Kindern und Jugendlichen
4.3 Der Effekt körperlicher Aktivität auf den IQ von mental retardierten Kindern

5 Diskussion

6 Literaturverzeichnis

1 Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss der Ernährung und sportlichen Aktivitäten auf die kognitive Entwicklung und Intelligenz. Es wird dabei der Frage nachgegangen, ob eine positive Beeinflussung der kognitiven Fähigkeiten durch eine bestimmte Ernährung und körperliche Bewegung im Kindes- und Jugendalter angenommen werden kann. Ziel ist es zu klären, ob biologische Faktoren, wie die neuronale Entwicklung durch Umwelteinflüsse beeinflusst und so die kognitiven Leistungen verbessert werden können. Im Zuge dessen werden Studien behandelt, die beispielsweise den potentiellen Effekt der Muttermilch oder des aeroben Sports auf die neuronale Entwicklung und die Intelligenz eines Kindes untersuchen. Im Ergebnis der Arbeit wird deutlich, dass vor allem die kognitiven Fähigkeiten von Kindern während der sensiblen Phase ihrer frühen neuronalen Entwicklung durch Umwelteinflüsse leicht beeinflussbar sind. Darüber hinaus zeigten besonders Kinder mit gesundheitlichen Defiziten nach einer Umstellung der Ernährung oder körperlichen Aktivität signifikante Verbesserungen in ihrer kognitiven Leistungsfähigkeit. Inwieweit das Wachstumspotential eines Menschen reicht und ob es in Bezug auf die Intelligenz eine Wechselwirkung zwischen der Ernährung und körperlichen Aktivität gibt, konnte mittels der behandelten Studien in dieser Arbeit nicht beantwortet werden.

2 Einleitung

In der Psychologie gehört Intelligenz zu den am besten erforschten Merkmalen eines Individuums. Schon seit über 100 Jahren wird der bekannte Intelligenz Quotient (IQ) als Maß für die allgemeine Intelligenz eines Menschen berechnet und gilt durch die hohe Präsenz in den Medien und der Forschung, sowie der intensiven Auseinandersetzung in der Erziehung und Bildung, als eines der bedeutungsvollsten menschlichen Merkmale unserer Zeit (Rost, 2009).

Für die Bedeutung der Intelligenz gibt es eine Vielzahl an Definitionen. Laut Pawlik (1968) existiert jedoch noch keine allgemeine Definition der Intelligenz, welche die ungeteilte Zustimmung einer größeren Zahl der an Intelligenzforschung beteiligten Psychologen‘ fände (S.334; zitiert nach Rost, 2009, S.1). Die Herkunft des Wortes Intelligenz stammt aus dem Lateinischen und bedeutet übersetzt „die Einsicht“ oder „der Verstand“. Zwar finden sich diese Bedeutungen in manchen Definitionen wieder, jedoch setzen verschiedene Intelligenzforscher ihren Fokus auf weitere unterschiedliche Konnotationen. Da die unterschiedlichen Begriffsbestimmungen jeweils verschiedene Schwerpunkte und Tragweiten aufweisen, wird folglich ein einheitliches Verständnis von Intelligenz erschwert (Rost, 2009).

Eine sehr kurze Definition für Intelligenz wurde von Terman (1921; nach Rost, 2009) veröffentlicht, in welcher Intelligenz als die Fähigkeit zum abstrakten Denken gilt. Schweizer (2006; zitiert nach Rost, 2009, S.3) definierte Intelligenz als „Überbegriff oder Klammer für vernetztes Wissen, das im Rahmen der wissenschaftlichen Bearbeitung von Fragestellungen zu intellektuellen Leistungen erzielt wurde“. Gardner (2007; zitiert nach Rost, 2009, S.92) nahm neben seiner Theorie der Multiplen Intelligenzen (1983; nach Rost, 2009) weitere fünf „Intelligenzen“, wie unter anderem die „Kreative Intelligenz“ auf, die er als eine der entscheidenden Intelligenzen für die Zukunft‘ nannte.

Der britisch-US-amerikanische Persönlichkeitspsychologe Raymond Bernard Cattell unterschied ferner zwischen Fluider und Kristalliner Intelligenz (1987; nach Rost, 2009). Die Fluide Intelligenz charakterisierte er unter anderem durch die Fähigkeit komplexe Beziehungen zu erkennen und sowohl schlussfolgerndes als auch problemlösendes Denken zu beherrschen (Rost, 2009). Die Fluide Intelligenz ist somit angeboren und gehört zur non-verbalen Intelligenz, die nicht erlernt werden kann und unabhängig vom Sprachverständnis ist. Die Definition der Kristallinen Intelligenz „umfasst die Tiefe und Breite des mit Hilfe der Fluiden Intelligenz erworbenen und akkumulierten, kulturell bestimmten deklarativen und prozeduralen Wissens, welches man benötigt, um in vertrauten Inhaltsfeldern Probleme zu lösen“ (zitiert nach Rost, 2009, S. 250). Folglich kann die erlernbare Kristalline Intelligenz mittels verbalen IQ-Tests gemessen werden.

In der Definition von Gottfredson (1997) werden diese beiden Arten von Intelligenz jedoch nicht voneinander getrennt. Vielmehr beschreibt der Autor Intelligenz als:

[…] eine sehr allgemeine geistige Kapazität, die - unter anderem – die Fähigkeit zum schlussfolgernden Denken, zum Planen, zur Problemlösung, zum abstrakten Denken, zum Verständnis komplexer Ideen, zum schnellen Lernen und zum Lernen aus Erfahrung umfasst. Es ist nicht reines Bücherwissen, keine enge akademische Spezialbegabung, keine Testerfahrung. Vielmehr reflektiert Intelligenz ein breiteres und tieferes Vermögen, unsere Umwelt zu verstehen, ‚zu kapieren‘, ‚Sinn in Dingen zu erkennen‘ oder ‚herauszubekommen‘, was zu tun ist. (S.13)

Auch Brand (1987; nach Rost, 2010) stellte zahlreiche Korrelate der Intelligenz zusammen, wie zum Beispiel kognitive Fähigkeiten, Kreativität, und Gesundheitsverhalten. Unter dem Element des Gesundheitsverhaltens verstand Brand unter anderem die allgemeine Fitness, sportliche Betätigung und Ernährungspräferenzen eines Menschen. Nach dem Autor korrelieren diese drei Gesundheitselemente positiv mit der Intelligenz eines Menschen.

Da Intelligenz ein sehr wünschenswertes und positiv bewertetes Merkmal ist, wird vor allem in der Kindheit großes Interesse an Fördermöglichkeiten gezeigt (Rost, 2010). Schon im Kindergartenalter spielt das Thema Hochbegabung eine einflussreiche Rolle. Neben der intensiven Förderung durch die Eltern besteht auch zunehmend die Möglichkeit, die eigenen Kinder durch ein breites Angebot an spezialisierten Kindertagesstätten, Schulen, Verbänden und anderen Hochbegabtenförderungseinrichtungen professionell zu unterstützen. Auch durch die Medien wird Intelligenz stärker ins öffentliche Bewusstsein gerückt. Online IQ Tests und angeblich intelligenzsteigernde Computer- und Konsolenspiele, wie Gehirnjogging oder World of Warcraft geben an, die Intelligenz der jungen Nutzer zu messen oder durch strategisches und taktisches Denktraining merklich zu fördern. Viele Eltern setzen auf Bücher, wie „Kinder gezielt fördern“ (Nitsch & Hüther, 2011), „Essen, das intelligent macht“ (Schwinghammer, 1999) oder „Turnen macht schlau!“ (Gebhardt, 2013) in der Hoffnung, die Intelligenz und Leistungsfähigkeit ihrer Kinder optimal fördern zu können.

Ist es jedoch wirklich möglich, die Intelligenz im Kindesalter zu beeinflussen und durch bestimmte Umwelteinflüsse zu fördern und gibt es ferner ein unbegrenztes Wachstumspotential für die Intelligenz? In der vorliegenden Arbeit werden die diversen Definitionen für Intelligenz berücksichtigt und somit Elemente, wie Kreativität, Gedächtnis, sowie verbaler- und non-verbaler IQ, allgemein unter den Begriff der Intelligenz gefasst.

Die vorliegende Arbeit thematisiert dabei, inwiefern die Intelligenz und die kognitive Entwicklung von Kindern durch die Ernährung und körperliche Aktivität, sowohl kurzfristig, als auch über lange Zeiträume hinweg beeinflusst werden kann. Der erste Teil widmet sich dem Zusammenhang von Ernährung und Intelligenz. Dabei werden Aspekte der frühkindlichen Ernährung, wie das Stillen und eine spezielle Ernährung als Therapiemaßnahme bei Erbkrankheiten behandelt. Im Fokus des zweiten Teils steht der Einfluss körperlicher Aktivität auf die Intelligenz von Kindern. Die Analyse beschränkt sich dabei auf die Rolle des körpereigenen neurotrophen Wachstumsfaktors BDNF¹ und dem Effekt, den aerobe Sportarten auf die Intelligenz von Kindern und Jugendlichen haben.

3 Ernährung und Intelligenz

Laut Benton (2005; nach Benton, 2012) ist das Gehirn das metabolisch aktivste Organ des Körpers und spiegelt somit als eines der ersten, eine mangelhafte Ernährung wider. In der vorliegenden Arbeit werden die Effekte verschiedener Nährstoffe auf das sich entwickelnde Gehirn und die kognitiven Funktionen von Kindern erläutert. Bestimmte Ernährungsfaktoren haben die Eigenschaft, molekulare und zelluläre Prozesse zu beeinflussen, die von essentieller Bedeutung für die Transmission und Verarbeitung von Informationen im Gehirn sind (Gomez-Pinilla & Tyagi, 2013). Es wird sich hierbei vor allem auf Mikronährstoffe, wie ungesättigte Fettsäuren, Mineralien und Vitamine konzentriert, da diese Stoffe die notwendigen Materialien für den strukturellen Aufbau von Plasma Membranen liefern und die synaptischen Funktionen im Gehirn unterstützen (Gomez-Pinilla & Tyagi, 2013).

3.1 Der Einfluss der frühkindliche Ernährung auf die Intelligenz

3.1.1 Der Effekt des Stillens auf die neuronale Entwicklung

Die World Health Organisation (WHO, 2001; nach Agostoni et al., 2009) empfahl Müttern in der Resolution der 54. World Health Assembly, ihre Säuglinge in den ersten 6 Lebensmonaten ausschließlich mit der eigenen Muttermilch zu stillen, um eine optimale gesundheitliche und körperliche Entwicklung sicherzustellen. Zusätzlich wurde Wert darauf gelegt, nach 6 Monaten mit dem Stillen fortzufahren und allmählich weitere angebrachte Nahrungsmittel in die Ernährung des Kindes einzugliedern. Agostoni et al. (2009) betonten desweiteren, dass neben der Wachstumsförderung des Säuglings, die Muttermilch auch für das frühkindliche Immunsystem eine wesentliche Rolle spielt, indem sie das Kind vor Erkrankungen und Infektionen schützt.

Um den Einfluss der Muttermilch auf die Intelligenz eines Kindes zu untersuchen, führten Anderson, Johnstone und Remley (1999) eine Meta-Analyse durch, um die kognitiven Leistungen zwischen Kindern, die mit Muttermilch oder mit künstlicher Milch genährt wurden, zu vergleichen. Um den unabhängigen Effekt der Muttermilch auf die Intelligenz der Kinder zu untersuchen, mussten konfundierende Variablen, wie der sozioökonomische Status und der IQ der Mutter kontrolliert werden (Anderson et al., 1999). Die angepasste Studie, nach Kontrollierung der konfundierenden Variablen des IQs und sozioökonomischen Status der Mutter zeigte, dass die mit Muttermilch gestillten Kinder schon ab dem Alter von sechs Monaten insgesamt signifikant höhere Leistungen in ihren kognitiven Funktionen zeigten, als die mit Ersatzmilch gefütterten Kinder. Hierbei wurden die kognitiven Leistungen der Säuglinge und Kleinkinder mittels eines Tests für kognitive Entwicklung gemessen und bewertet. Nach der Kontrolle der konfundierenden Variablen stellte sich bei den normierten Tests (AM= 100 Punkte) ein Inkrement von 3,16 Testpunkten in den kognitiven Leistungen der mit Muttermilch gestillten Kinder heraus. Hinzukommend wurde deutlich, dass die zur Geburt untergewichtigen Säuglinge in Bezug auf ihre kognitiven Fähigkeiten stärker von der Muttermilch profitierten, als die normalgewichtigen Kinder.

In einer ähnlichen Studie von Lucas, Morley, Cole, Lister und Leeson-Payne (1992), wurden ausschließlich Kinder untersucht, deren Geburtsgewicht unter 1850g lag. Der IQ dieser Kinder wurde im Alter zwischen 7,5 und 8 Jahren mithilfe des WISC (Wechsler Intelligence Scale for Children, 1974; nach Lucas et al., 1992) getestet. Da diese untergewichtigen, frühgeborenen Kinder im Krankenhaus die Milch nicht direkt von der Brust der Mutter erhielten, sondern durch eine Sonde gefüttert wurden, konnte angenommen werden, dass ein potentieller Unterschied in der Entwicklung und Intelligenz des Kindes auf die Muttermilch an sich und nicht auf den Vorgang des Stillens zurückzuführen ist (Lucas et al. 1992). Dabei wurde zwischen Kindern unterschieden, deren Mütter sich für oder gegen das Stillen entschlossen hatten. Es wurde jedoch deutlich, dass die Mütter, die sich für das Stillen entschieden hatten, einen signifikant höheren IQ aufwiesen, als jene Mütter die vorbedacht ihren Kindern Ersatzmilch gaben. Da der mütterliche IQ in der kognitiven Entwicklung und Intelligenz des Kindes eine ausschlaggebende Rolle spielt, musste auch diese konfundierende Variable kontrolliert, und die Gruppe der stillenden Mütter weiter unterteilt werden. Die Autoren unterschieden folglich zwischen den Müttern denen es gelang zu stillen und jenen, denen das Stillen nicht möglich war, es aber auch ursprünglich vorhatten. Zwischen den Kindern dieser zwei Untergruppen gab es ebenfalls signifikante Unterschiede bezüglich der Intelligenz. Die Kinder deren Mütter ursprünglich stillen wollten, jedoch daran scheiterten, wiesen im Alter zwischen 7,5 und 8 Jahren einen vergleichbaren IQ mit den Kindern desselben Alters, deren Mütter sich von Anfang an für Ersatzmilch entschieden hatten auf. Dies führte zur Vermutung, dass der Unterschied an Intelligenz in diesem jungen Alter auf den Konsum der Muttermilch und nicht auf den IQ und Bildungsstand der Mutter zurückzuführen sei.

Die angenommene Ursache dafür, dass untergewichtige, meist frühgeborene Kinder stärker von der Muttermilch profitieren, als normalgewichtige Säuglinge, liegt an der Tatsache, dass sie zu einem Zeitpunkt geboren werden, an dem sich ihr Gehirn am schnellsten entwickelt und so vermeintlich im Gegensatz zu normalgewichtigen Säuglingen einen stärker auffallenden Vorteil aus der Muttermilch ziehen (Lucas et al., 1992). Die Zusammensetzung der Muttermilch ist von ausschlaggebender Wichtigkeit für den fördernden Effekt auf die neuronale Entwicklung eines Säuglings. Laut den Autoren Kresic, Dujmovic, Mandic und Mrdulijas (2013) verändert sich im Laufe des ersten Monats nach der Geburt, die Zusammensetzung der Muttermilch, um den sich ebenfalls verändernden Nährstoffbedarf des heranwachsenden Kindes optimal zu decken. Ab dem 16. Tag nach der Geburt besteht die Muttermilch durchschnittlich aus 3,4-4,5% Lipiden, welche 40-55% des täglichen Bedarfs an Energie decken und das Kind mit wichtigen Vitaminen und ungesättigten Fettsäuren versorgen (Kresic, Dujmovic, Mandic, Mrdulijas, 2013). Diese Milchlipide bestehen aus essentiellen Fettsäuren, wie zum einen der Omega-6 Fettsäuren, wie Linolsäure (LA, 18:2 n-6) und Arachindonsäure (AA, 20:4 n-6) und zum anderen der Omega-3 Fettsäuren, wie Docosahexaensöure (DHA, 22:6 n-3) und Alpha-Linolensäure (ALA, 18:3 n-3), welche eine wichtige Rolle in der neuronalen Entwicklung spielen und auch die Genexpression bedeutend beeinflussen (Simopoulos, 2009). Nach Severus und Ahrens (2000, S.59) scheint DHA im Zentralen Nervensystem eine „entscheidende Funktion in der Beteiligung an der, insbesondere postsynaptischen, Signaltransduktion zu bestehen.“ Da DHA eine der wesentlichen Komponenten der strukturellen Lipide des Gehirns ist und nicht vom Körper selbst hergestellt werden kann, muss es direkt durch die Nahrung aufgenommen werden, oder durch die Einnahme von anderen Fettsäuren, wie AHA synthetisiert werden (Simpopoulos, 2009).

Zusammenfassend kann auf Basis der erwähnten Studien angenommen werden, dass Muttermilch einen bedeutenden Effekt auf die kognitiven Funktionen und den später messbaren IQ von Kindern hat. Vor allem der Gehalt an ungesättigten Fettsäuren in der Muttermilch, wird als maßgeblicher Faktor in neuronalen Prozessen anerkannt.

3.1.2 Der Einfluss der infantilen Ernährung auf die Intelligenz von Kindern mit Phenylketonurie

Eine spezielle Ernährung kann nicht nur eine bessere kognitive Leistung fördern, sondern auch mögliche kognitive Defizite unterbinden.

Ein Beispiel für den heilenden Effekt einer speziellen Diät auf die kognitiven Fähigkeiten ist die Behandlung der seltenen Krankheit Phenylketonurie (PKU), die in Deutschland etwa 1 von 8000 Neugeborenen betrifft (DGNS, 2004). PKU ist eine autosomal- rezessiv vererbte Stoffwechselstörung, die unbehandelt unter anderem zu geistigen Störungen und mentalen Retardierungen führen kann (Schlack, Thyen & Kries, 2009). Die Autoren Schlack et al. (2009) erläutern ferner den genauen pathologischen Hintergrund der klassischen PKU:

Bei der klassischen Phenylketonurie ist die Inaktivität oder Funktionseinschränkung des Enzyms Phenylalaninhydroxylase ursächlich für die Erkrankung. Dadurch kann die Aminosäure Phenylalanin nicht zu Thyrosin abgebaut werden. Folglich kommt es einerseits zu einer Ansammlung von Phenylalanin im Organismus und andererseits zu einem Mangel an Thyrosin, welches für die Synthese von Dopamin, Schilddrüsenhormonen und Melanin benötigt wird. (S.111)

De Groot et al. (2013) beschrieben, dass die durch die Krankheit erhöhte Phenylalanin Konzentrationen im Blut wahrscheinlich den Transport der großen neutralen Aminosäuren (LNAA) vom Blut zum Gehirn behindert und so einen Zusammenhang zwischen der Krankheit und der Intelligenz der Betroffenen darstellt. Kinder mit PKU scheinen bei der Geburt normal, weisen jedoch ab dem 4. Lebensmonat eine, ihrem Alter entsprechend, langsamere kognitive Entwicklung auf und sind ab ihrem 2. Lebensjahr meist ernsthaft geistig retardiert (S.A. Centerwall & W.R. Centerwall, 2000). Es besteht jedoch die Möglichkeit mittels einer speziellen phenylalaninarmen Diät den Symptomen der PKU entgegenzuwirken. Schlack et al. (2009) betonen hierbei, dass die Diät innerhalb der ersten drei Lebenswochen angefangen und lebenslang strikt beibehalten werden muss, um einen normale Intelligenz der Patienten zu gewährleisten. Sie warnen ebenfalls davor, dass bei einem späten Therapiebeginn nach der 8. Lebenswoche „mit einer Intelligenzbuße von ca. einem IQ-Punkt für jede weitere Woche gerechnet werden [muss]“ (Schlack et al., 2009, S. 112). Da Phenylalanin in fast allen proteinhaltigen Nahrungsmitteln vorhanden ist (S.A. Centerwall & W.R. Centerwall, 2000), schließt die empfohlene eiweißreduzierte Diät vor allem tierische, proteinhaltige Nahrungsmittel, wie Fisch, Fleisch, Milch und Eier völlig aus (Schlack et al., 2009). Um eine Mangelversorgung durch die phenylalaninarme Diät zu vermeiden, muss ein Ersatzmittel in Form eines phenylalaninfreien Aminosöurensupplements eingenommen werden, was die notwendigen Mineralstoffe, Vitamine und Spurenelemente, die das Kind für eine normale Entwicklung benötigt, liefert. Somit kann die spezielle, im frühen Säuglingsalter begonnene Ernährung die schweren Folgen, wie eine Intelligenzminderung, bei Erbkrankheiten reduzieren und im besten Falle gänzlich verhindern.

[...]

¹ BDNF: Brain-derived neurotrophic factor