Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Höhere Mathematik in der Mutter-Kind-Beziehung

14.07.2009
Die Herzen von Schwangeren und ihren ungeborenen Kindern schlagen zeitweise synchron. Dieses Verhalten wird maßgeblich vom Atemrhythmus der Mutter beeinflusst, berichtet ein Forscherteam in der Online-Ausgabe des Magazins "Proceedings of the National Academy of Sciences".

Das mathematische Verfahren zum Auffinden der so genannten Synchronisationsepochen könnte dazu eingesetzt werden, Komplikationen während der Schwangerschaft frühzeitig zu erkennen. Es lässt sich ebenso auf die Analyse weiterer komplexer Muster anwenden, wie sie etwa im Klimasystem auftreten.

"Das häufiger beschriebene Gefühl einer Mutter für den Zustand ihres ungeborenen Kinds könnte zum Teil auf der Synchronisation des Herzschlags beruhen", sagt Jürgen Kurths, Koautor der Studie, vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). Das Forscherteam um Kurths und Peter van Leeuwen aus dem Lehrstuhl für Radiologie und Mikrotherapie von Dietrich Grönemeyer der Universität Witten/Herdecke hat einen Algorithmus entwickelt, um das synchrone Verhalten in den Messdaten identifizieren zu können.

Die Wissenschaftler haben damit einen mathematischen Ansatz gefunden, diese bislang wenig erforschte Wechselwirkung zwischen teils eng verbundenen, teils aber unabhängigen physiologischen Systemen zu untersuchen. "Dieses spannende Ergebnis zeigt die Bedeutung von interdisziplinären Teams in der Medizin", betont der Lehrstuhlinhaber Grönemeyer, der seit Jahren die fachübergreifende Zusammenarbeit von Ärzten, Ingenieuren, Mathematikern sowie Natur- und Geisteswissenschaftlern in seinem Lehrstuhl praktiziert.

Für die aktuelle Studie wurden sechs in der 34. bis 40. Woche Schwangere mit einem Magnetokardiographen untersucht. Mit diesem Verfahren können die magnetischen Felder aufgezeichnet werden, die bei der Aktivierung der Herzmuskel entstehen. Der Herzschlag wird von spezialisierten Herzmuskelzellen gesteuert, die so genannte Aktionspotenziale auslösen. Weitere spezialisierte Herzmuskelfasern leiten diese schwach elektrischen Impulse an die Arbeitsmuskulatur weiter. Dabei entstehen schwache Magnetfelder, die mit dem Magnetokardiographen berührungslos und stressfrei für Mutter und Ungeborenes gemessen werden können.

Die Probandinnen folgten für jeweils fünf Minuten einem vorgegebenen Atemrhythmus von 10, 12, 15 und 20 Atemzügen pro Minute. Wie die Forscher nun berichten, treten die Synchronisationsepochen des Herzschlags von Mutter und Ungeborenem deutlich häufiger auf, wenn die Mutter einem schnellen Atemrhythmus folgt. "Wir konnten zeigen, dass sich die Herz-Kreislaufsysteme von Mutter und Kind gegenseitig beeinflussen", sagt Kurths. Das synchrone Verhalten besteht in diesen Fällen nicht in einem gleichen Herzrhythmus (eins zu eins), sondern einem festen Verhältnis der Herzfrequenz des Kindes zur Herzfrequenz der Mutter von beispielsweise vier zu drei oder drei zu zwei (siehe Abbildung).

Nachweisen konnten die Forscher diese versteckte Verbindung mit einer innovativen Analysetechnik, genannt "Twin Surrogates". Nach dieser Methode werden zunächst unabhängige Kopien des zugrunde liegenden Systems erzeugt. Mithilfe dieser Ersatzdaten können die Synchronisationsepochen statistisch identifiziert werden.

"Das Verfahren kann Aufschluss über die vorgeburtliche Entwicklung des Herz-Kreislauf- und möglicherweise auch des Nervensystems des Ungeborenen geben", sagt Peter van Leeuwen. Die Untersuchung der Herzschlag-Synchronisation könne vielleicht auch eingesetzt werden, um mögliche Erkrankungen des Ungeborenen schon frühzeitig zu erkennen.

"Im Klimasystem können wir nach diesen Ansatz zum Beispiel so genannte Teleconnections untersuchen", sagt Kurths. Das sind meist schwache, aber räumlich und zeitlich weit reichende Wechselwirkungen wie sie zum Beispiel zwischen dem Klimaphänomen El Niño im östlichen Pazifik und dem Monsun in Indien auftreten. Die Suche nach Synchronisation zwischen diesen Phänomenen liefert Aufschluss über die Art ihrer Kopplung.

"Synchronisation kann überall auftreten, wo zwei komplexe Systeme miteinander verbunden sind", sagt Kurths. Das Phänomen könne als "Gefühl" eines dynamischen Systems für die Anwesenheit eines anderen beschrieben werden. Synchronisation bestimme, wie die Systeme aufeinander und auf äußere Einflüsse reagieren. "Ein weiteres Anwendungsfeld ist zum Beispiel der Biodiversitätsverlust durch Landnutzung", sagt Kurths. Der Forscher hofft, dass die Analyse-Methode auch aufzeigen kann, warum oder ab wann die Fragmentierung natürlicher Lebensräume etwa durch Straßen oder Plantagen sich so negativ auf den Artenreichtum eines Ökosystems auswirkt.

Patrick Eickemeier | idw
Weitere Informationen:
http://www.pik-potsdam.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Innovationsindikator 2017: Deutschland auf Platz vier von 35, bei der Digitalisierung nur Rang 17
24.07.2017 | acatech - Deutsche Akademie der Technikwissenschaften

nachricht Personalisierte Medizin – Ein Schlüsselbegriff mit neuer Zukunftsperspektive
14.07.2017 | Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

Recherche-Reise zum European XFEL und DESY nach Hamburg

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Lupinen beim Trinken zugeschaut – erstmals 3D-Aufnahmen vom Wassertransport zu Wurzeln

24.07.2017 | Biowissenschaften Chemie