10 Dinge, die wir 2018 über das Gehirn gelernt haben

Das erstaunliche Gehirn

Das Gehirn formt nicht nur, wer wir sind, sondern auch die Welt, die wir erleben. Es sagt uns, was wir sehen, was wir hören und was wir sagen sollen. Es erweitert sich, um eine neue Sprache oder eine neue Fähigkeit, die wir lernen, aufzunehmen. Es erzählt uns Geschichten, wenn wir schlafen. Es sendet Alarmsignale und spornt den Körper an, zu rennen oder zu kämpfen, wenn er eine Gefahr wahrnimmt. Das Gehirn passt sich an die Umgebung an, damit wir uns nicht über den ständigen Geruch in einem alten Haus oder das ständige Brummen der Klimaanlage ärgern müssen. Unser Gehirn orientiert sich an der Sonne und sagt unserem Körper, wie spät es ist. Das Gehirn speichert Erinnerungen, sowohl schmerzhafte als auch angenehme.

Aber so wichtig das Gehirn für unsere Existenz auch ist, es ist für uns immer noch so geheimnisvoll wie ein Planet in einer weit entfernten Galaxie. Selbst im Jahr 2018 sind Neurowissenschaftler immer noch dabei, grundlegende Fakten über diese etwa 1,4 Kilogramm schwere Gewebemasse zu entdecken. Manchmal erhalten die Forscher einen Einblick in ein menschliches Gehirn oder sehen, was mit einem Menschen passiert, wenn ein großer Teil des Gehirns fehlt. In anderen Fällen müssen Wissenschaftler Mäuse studieren, um mehr über die Gehirne von Säugetieren zu erfahren, und dann Vermutungen anstellen, wie sich diese Erkenntnisse auf unsere eigenen Gehirne beziehen.

Hier sind einige faszinierende Dinge, die wir 2018 über das Gehirn gelernt haben.

Eine neue Art von Neuron

Es kommt nicht jeden Tag vor, dass Wissenschaftler eine völlig neue Art von Zelle im menschlichen Gehirn entdecken, vor allem eine, die nicht in den bevorzugten nicht-menschlichen Probanden der Neurowissenschaftler, den Mäusen, gefunden wird. Das „Hagebuttenneuron“, so genannt wegen seines buschigen Aussehens, war den Wissenschaftlern bis zu diesem Jahr entgangen, zum Teil weil es so selten ist.

Diese schwer fassbare Gehirnzelle macht nur etwa 10 Prozent der ersten Schicht des Neokortex aus, einem der jüngsten Teile des Gehirns in Bezug auf die Evolution (was bedeutet, dass die weit entfernten Vorfahren des modernen Menschen diese Struktur nicht hatten). Der Neokortex spielt eine Rolle beim Sehen und Hören. Die Forscher wissen noch nicht, was das Hagebuttenneuron tut, aber sie fanden heraus, dass es sich mit anderen Neuronen, den so genannten Pyramidenzellen, einer Art erregender Neuronen, verbindet und diese bremst.

U.D., der neurowissenschaftliche Patient

Einem Jungen, der in der medizinischen Fachliteratur als „U.D.“ bekannt ist, wurde vor vier Jahren ein Drittel der rechten Gehirnhälfte entfernt, um seine schwächenden Anfälle zu reduzieren. Der Teil des Gehirns, der entfernt wurde, umfasste die rechte Seite seines Okzipitallappens (das Sehverarbeitungszentrum des Gehirns) und den größten Teil seines rechten Temporallappens, des Tonverarbeitungszentrums des Gehirns. Jetzt, im Alter von 11 Jahren, kann U.D. die linke Seite seiner Welt nicht mehr sehen, aber er funktioniert genauso gut wie andere in seinem Alter in Bezug auf Wahrnehmung und Sehverarbeitung, selbst ohne diesen wichtigen Teil des Gehirns.

Das liegt daran, dass beide Seiten des Gehirns die meisten Aspekte des Sehens verarbeiten. Aber die rechte Seite dominiert bei der Erkennung von Gesichtern, während die linke Seite bei der Verarbeitung von Wörtern dominiert, so eine Fallstudie über U.D.

Diese Studie zeigt die Plastizität des Gehirns; in Abwesenheit von U.D.s rechtem Sehverarbeitungszentrum sprang das linke Zentrum ein, um dies auszugleichen. Tatsächlich fanden die Forscher heraus, dass die linke Seite von U.D.s Gehirn Gesichter genauso gut erkannte wie die rechte.

Das Gehirn könnte Bakterien enthalten

Unser Gehirn könnte von Bakterien wimmeln. Aber keine Sorge – es sieht nicht so aus, als würden sie Schaden anrichten.

Früher dachten Wissenschaftler, dass das Gehirn eine bakterienfreie Umgebung sei und dass das Vorhandensein von Mikroben ein Zeichen von Krankheit sei. Doch vorläufige Ergebnisse einer Studie, die dieses Jahr auf der großen Jahrestagung der Society for Neuroscience vorgestellt wurde, zeigen, dass unsere Gehirne tatsächlich harmlose Bakterien beherbergen können.

Die Forscher dieser Studie untersuchten 34 postmortale Gehirne und suchten nach Unterschieden zwischen Menschen mit Schizophrenie und solchen ohne diese Krankheit. Dabei stießen sie auf ihren Bildern immer wieder auf stäbchenförmige Objekte, die sich als Bakterien entpuppten.

Die Mikroorganismen schienen sich an einigen Stellen des Gehirns mehr aufzuhalten als an anderen; zu diesen Bereichen gehörten der Hippocampus, der präfrontale Kortex und die Substantia Nigra. Die Mikroben wurden auch in Gehirnzellen gefunden, die Astrozyten genannt werden und sich in der Nähe der Blut-Hirn-Schranke befinden, der „Grenzmauer“, die das Gehirn schützt.

Die Ergebnisse wurden noch nicht in einer von Fachleuten begutachteten Zeitschrift veröffentlicht, und es sind weitere Forschungen erforderlich, um die Ergebnisse zu bestätigen, so die Wissenschaftler.

Das Gehirn ist magnetisch

Unser Gehirn ist magnetisch. Oder zumindest enthalten Gehirne Partikel, die magnetisiert werden können. Aber Wissenschaftler wissen nicht wirklich, warum diese Teilchen im Gehirn sind oder woher sie stammen. Einige Forscher glauben, dass diese magnetisierbaren Partikel einem biologischen Zweck dienen, während andere sagen, dass die Partikel durch Umweltverschmutzung ins Gehirn gelangt sind.

In diesem Jahr haben Wissenschaftler kartiert, wo sich diese Partikel im Gehirn befinden. Die Ergebnisse ihrer Studie, so die Forscher, belegen, dass die Partikel aus einem bestimmten Grund dort sind. Denn in allen untersuchten Gehirnen – von sieben Menschen, die Anfang der 1990er Jahre im Alter zwischen 54 und 87 Jahren gestorben waren – waren die magnetischen Partikel immer in denselben Bereichen konzentriert. Die Forscher fanden auch heraus, dass die meisten Teile des Gehirns diese kleinen Magnete enthielten.

Viele Tiergehirne haben ebenfalls magnetische Partikel, und es gibt sogar Hinweise darauf, dass Tiere diese Partikel zur Navigation nutzen. Mehr noch, eine Art von Bakterien, magnetotaktische Bakterien genannt, nutzen die Partikel, um sich im Raum zu orientieren.

Virus verantwortlich für menschliches Bewusstsein?

Ein uraltes Virus infizierte die Menschen vor langer Zeit, und dieser Eindringling hinterließ seinen genetischen Code in unserer DNA. In diesem Jahr fanden Forscher heraus, dass Schnipsel dieser alten Virus-DNA eine wichtige Rolle bei der Kommunikation zwischen den Gehirnzellen spielen, die für das Denken höherer Ordnung erforderlich ist.

Es ist nicht ungewöhnlich, dass der Mensch Schnipsel des viralen genetischen Codes mit sich herumträgt; etwa 40 bis 80 Prozent des menschlichen Genoms bestehen aus Genen, die von Viren zurückgelassen wurden.

In der diesjährigen Studie fanden die Forscher heraus, dass ein virales Gen namens Arc andere genetische Informationen verpackt und sie von einer Nervenzelle zur nächsten schickt. Dieses Gen hilft den Zellen auch, sich im Laufe der Zeit neu zu organisieren. Außerdem treten Probleme mit dem Arc-Gen häufig bei Menschen auf, die an Autismus oder anderen neuronalen Störungen leiden.

Die Forscher hoffen nun, den genauen Mechanismus herauszufinden, durch den das Arc-Gen in unser Genom gelangt ist, und was genau es unseren Gehirnzellen mitteilt.

Junge Zellen in alten Gehirnen oder nicht?

Unser Körper entsorgt ständig alte Zellen und bildet neue. Jahrzehntelang glaubten Wissenschaftler jedoch, dass dieser Zellwechsel in alternden Gehirnen nicht stattfindet. In den letzten Jahren haben jedoch Studien an Mäusen – und einige frühe Studien am Menschen – Zweifel an dieser Annahme aufkommen lassen.

In diesem Jahr lieferte eine Arbeit den möglicherweise ersten eindeutigen Beweis dafür, dass ältere Gehirne sehr wohl neue Zellen bilden. Die Forscher untersuchten 28 postmortale, nicht erkrankte Gehirne von Menschen, die bei ihrem Tod zwischen 14 und 79 Jahre alt waren. Die Wissenschaftler schnitten den Hippocampus jedes Gehirns auf, einen Bereich des Gehirns, der für das Lernen und das Gedächtnis wichtig ist, und zählten dann die Anzahl der jungen Zellen, die noch nicht vollständig ausgereift waren. Die Forscher fanden heraus, dass ältere Gehirne genauso viele neue Zellen hatten wie jüngere, dass aber die älteren Gehirne weniger neue Blutgefäße und Verbindungen zwischen den Gehirnzellen bildeten.

Um die Sache zu verkomplizieren, fand eine andere Studie, die einen Monat vor dieser Studie veröffentlicht wurde, jedoch das Gegenteil heraus und kam zu dem Schluss, dass erwachsene Gehirne keine neuen Zellen im Hippocampus bilden. Die Unstimmigkeit könnte auf die Art und Weise zurückzuführen sein, wie die Gehirne in den beiden Studien konserviert wurden, und auf die Art der untersuchten Gehirne. (Die frühere Studie untersuchte Gehirne mit verschiedenen Gesundheitszuständen, während die spätere Studie nur nicht erkrankte Gehirne untersuchte. Sie könnten auch unterschiedliche Konservierungstechniken verwendet haben, die sich auf die Zellen auswirken könnten.)

Das Gehirn bei Stress

Schlechte Nachrichten: Stress kann das Gehirn schrumpfen lassen. Das geht aus einer Studie hervor, die im Oktober dieses Jahres veröffentlicht wurde.

In der Studie untersuchten Forscher mehr als 2.000 gesunde Menschen mittleren Alters und stellten fest, dass Menschen mit höheren Werten des Stresshormons Cortisol ein etwas kleineres Gehirnvolumen hatten als Menschen mit normalen Werten des Hormons. Menschen mit höheren Cortisolspiegeln schnitten auch bei Gedächtnistests schlechter ab als Menschen mit normalen Hormonspiegeln. Bei beiden Ergebnissen handelt es sich um Assoziationen zwischen Stress und dem Gehirn und nicht um Ursache-Wirkung-Ergebnisse.

Stress ist für den Körper normal: In Stressmomenten steigt der Cortisolspiegel zusammen mit dem eines anderen Hormons, dem Adrenalin, an. Diese Hormone wirken zusammen, um den Körper in eine Kampf-oder-Flucht-Reaktion zu versetzen. Aber sobald der Stress vorbei ist, sollte der Cortisolspiegel wieder sinken. Das ist jedoch nicht immer der Fall. Bei manchen Menschen, vor allem in der heutigen Zeit, kann der Cortisolspiegel über einen längeren Zeitraum hinweg erhöht sein. Die Reduzierung von Stress – etwa durch besseren Schlaf, Bewegung, Entspannungstechniken und die Einnahme von Cortisol-reduzierenden Medikamenten – könnte eine Reihe von Vorteilen haben, so die Forscher.

Lässt Ihr Gehirn Sie Ihre eigenen Schritte hören?

Klick, klick, klick: Vielleicht ist es Ihrem Gehirn zu verdanken, dass Sie nicht jeden Ihrer Schritte hören müssen. Eine Studie, die in diesem Jahr an Mäusen durchgeführt wurde, ergab, dass das Mäusegehirn das Geräusch der eigenen Schritte ausblendet. Dadurch konnten die Tiere andere Geräusche in ihrer Umgebung besser wahrnehmen, z. B. die Geräusche eines Raubtiers.

Die Forscher fanden heraus, dass das Mäusegehirn einen Geräuschfilter aufbaut, wenn sich das Gehirn an ein bestimmtes Geräusch gewöhnt hat. Dies geschah durch die Kopplung von Zellen im motorischen Kortex, einem Bereich des Gehirns, der für Bewegungen zuständig ist, mit dem auditorischen Kortex, einem Bereich, der sich mit Geräuschen befasst. Einfach ausgedrückt, feuern die Gehirnzellen im motorischen Kortex Signale ab, um die Gehirnzellen im auditorischen Kortex daran zu hindern, ihre eigenen Signale abzufeuern – im Wesentlichen wird der auditorische Kortex stummgeschaltet.

Und obwohl die Studie an Mäusen durchgeführt wurde, glauben die Wissenschaftler, dass die Ergebnisse auch auf den Menschen zutreffen könnten. Das liegt daran, dass wir bereits über ähnliche Systeme verfügen. Das Gehirn von Eiskunstläufern lernt zum Beispiel, welche Bewegungen zu erwarten sind, und hemmende Neuronen unterdrücken Reflexe, die diese Athleten daran hindern würden, sich zu drehen und ihre verrückten Drehungen auszuführen.

Psychedelische Drogen können die Struktur von Gehirnzellen verändern

Psychedelische Drogen können einer neuen Studie zufolge die Struktur von Gehirnzellen physisch verändern. Diese Forschung wurde an Gehirnzellen in Laborschalen und bei Tieren durchgeführt, aber wenn die Ergebnisse auf den Menschen zutreffen, könnten sie bedeuten, dass diese Drogen Menschen mit bestimmten Stimmungsstörungen helfen können.

Das liegt daran, dass bei Menschen mit Depressionen, Angstzuständen oder anderen Stimmungsstörungen die Neuronen im präfrontalen Kortex, einem Teil des Gehirns, der für die Kontrolle von Emotionen wichtig ist, dazu neigen, zu schrumpfen. Und ihre Verzweigungen – mit denen die Neuronen mit anderen Neuronen kommunizieren – ziehen sich zurück. Als die Wissenschaftler jedoch psychedelische Drogen wie LSD und MDMA in Petrischalen mit Rattenneuronen gaben, stellten sie fest, dass die Anzahl der Verbindungen und Verzweigungen in den Nervenzellen zunahm.

Ein zweites Gehirn im Darm?

Millionen von Gehirnzellen leben im Dickdarm, und weil diese Zellen ohne Anweisungen des Gehirns oder der Wirbelsäule funktionieren, bezeichnen Wissenschaftler die Masse von ihnen manchmal als „das zweite Gehirn“. Aber diese Masse hat auch einen wissenschaftlichen Namen: das enterische Nervensystem. Eine neue Studie, die an Mäusen durchgeführt wurde, zeigt, dass dieses System ziemlich schlau ist; es kann synchronisierte Neuronen abfeuern, um Muskeln zu stimulieren und deren Aktivität zu koordinieren, so dass es Dinge wie den Abtransport von Fäkalien aus dem Körper bewerkstelligen kann.

Das eigentliche Gehirn (das in Ihrem Kopf) kann dies ebenfalls tun – das Feuern der Neuronen synchronisieren – in den frühen Stadien der Gehirnentwicklung. Das bedeutet, dass die Neuronen-Aktionen im Darm eine „primordiale Eigenschaft“ aus den ersten Stadien der Evolution des zweiten Gehirns sein könnten. Einige Wissenschaftler stellen sogar die Hypothese auf, dass sich das zweite Gehirn vor dem ersten entwickelt hat und dass dieses Feuermuster vom frühesten funktionierenden Gehirn im Körper stammt.