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10:00 06.01.2019
Das Ziel der 1000-Gehirne-Studie ist herauszufinden, wie das menschliche Gehirn altert – und vor allem warum. Quelle: iStockphoto
Jülich

Professor Svenja Caspers sitzt auf einem Datenschatz. Am Forschungszentrum Jülich leitet sie gemeinsam mit ihrer Kollegin Professor Katrin Amunts die sogenannte 1000-Gehirne-Studie („1000 Brains“). Der Name ist Programm: Seit 2011 hat das Projekt die Gehirne von rund 1300 Probanden im Alter zwischen 55 und 85 Jahren gescannt. 500 von ihnen sogar zweimal. Das Ziel ist herauszufinden, wie das menschliche Gehirn altert – und vor allem warum.

„Wir wissen schon lange, dass Nervenzellen und ihre Verbindungen beim Altern absterben“, sagt Cas­pers. „Dabei verringert sich auch die Hirnmasse.“ Allerdings würden nicht alle Funktionen des Gehirns gleich unter diesem Verlust der grauen Substanz leiden. So bleiben Sprachfähigkeit und Allgemeinwissen bis ins hohe Alter sehr stabil. Aufmerksamkeit, Gedächtnis, Sprachfähigkeiten oder Orientierung dagegen bauen schnell ab. Wie es zu den Unterschieden beim geistigen Altern kommt, ist heute noch ungeklärt.

Daten von möglichst vielen Gehirnen

Klar dagegen ist: Die höheren Funktionen des Gehirns entstehen nicht in einzelnen Arealen, sondern in verteilten Netzwerken. In ebendiesen Netzwerken könnte die Antwort auf die Fragen der Jülicher Forscher schlummern. „Sobald die Leistungsfähigkeit eines Netzwerks abnimmt, schaltet das Gehirn Areale hinzu, die vorher mit der Arbeit des Netzwerkes nichts zu tun hatten“, sagt Caspers. „So versucht das Gehirn, den Verlust des Hirngewebes zu kompensieren.“ Das könne man auch in den Aufnahmen eines Hirnscanners sehen.

Doch so verschieden Menschen sind, so sehr unterscheiden sich auch ihre Hirne. Um also robuste Aussagen über das Hirnaltern zu bekommen, braucht man Daten von möglichst vielen Gehirnen bei verschiedenen Aufgaben. Deshalb lagen die 1300 Probanden der 1000-Gehirne-Studie bis zu eineinhalb Stunden in einem Magnetresonanztomografen (MRT).

Während die Maschine die Hirnstruktur und -aktivität der Teilnehmer aufnahm, erledigten sie Erinnerungs- oder Aufmerksamkeitsspiele oder entspannten mit geschlossenen Augen. Außerhalb des Scanners absolvierten sie zusätzlich eine Phalanx an neuropsychologischen und motorischen Tests. Da alle Probanden auch Teilnehmer an der Heinz-Nixdorf-Recall-Studie sind, standen außerdem Daten über den Lebensstil sowie die Sozial- und Umweltbedingungen zur Verfügung.

Will herausfinden, warum das menschliche Gehirn altert: Prof. Svenja Caspers. Quelle: HGW

Auf einer der ersten Erkundungen dieses Datenberges analysierten die Forscher die Aktivität eines Netzwerks namens Default-Mode-Netzwerk. Das Besondere daran ist, dass es nur dann aktiv wird, wenn alle anderen Netzwerke schweigen – etwa die für Aufmerksamkeit, Arbeitsgedächtnis und so weiter. „Wir vermuten, dass das Default-Mode-Netzwerk für innere Prozesse zuständig ist, wie Selbstreflexion, Verarbeitung von Erlebtem oder auch bei der Meditation“, sagt Caspers.

Wie erwartet, wurde das Default-Mode-Netzwerk auch bei den Probanden der 1000-Gehirne-Studie nur dann aktiv, wenn sie im Scanner tatenlos herumlagen. „In unserer Analyse haben wir dann gesehen, dass das Default-Mode-Netzwerk mit dem Alter seine Struktur verändert“, sagt Caspers. „Dabei verlieren die hinteren Areale des Netzwerkes allerdings mehr Hirnmasse als die weiter vorn.“

Die Konsequenz sei, dass sich das Netzwerk nicht mehr so leicht abstellen lässt. Das könnte erklären, warum es mit dem Alter schwieriger wird, aus der Ruhe heraus auf die aktive Lösung von Aufgaben umzuschalten.

Im Alter arbeitet das Gehirn stärker vernetzt

In einer zweiten Analyse stellten die Hirnforscher aus Jülich fest, dass das Gehirn alter Menschen insgesamt stärker vernetzt arbeitet als bei jüngeren Menschen. Das ist eine weitere Theorie, der zufolge das Gehirn nicht nur strukturell abbaut, sondern seine Arbeitsweise komplett umorganisiert. „Darüber hinaus konnten wir sehen, dass bei Probanden, die in neuropsychologischen Tests schlechter abschneiden, die aufgabenbezogenen Netzwerke auch im Ruhezustand stärker aktiv sind“, sagt Cas­pers.

Das wirke zwar paradox, mache aber Sinn: Sind die Netzwerke schon im Ruhezustand überaktiv, haben sie weniger Kapazitäten, sobald eine Aufgabe erledigt werden muss. Dieser Zusammenhang zwischen Überaktivität und schlechter Performance war unabhängig vom chronologischen Alter – ein Hinweis darauf, dass Gehirne unterschiedlich schnell altern können.

Gene, Lebensstil und Umwelteinflüsse

In einer dritten Analyse bestätigte sich diese Vermutung. So sah bei manchen Probanden das Gehirn mit 55 schon so aus wie das der meisten 65-Jährigen. Aber auch den umgekehrten Fall gab es. „Warum es zu diesen Unterschieden kommt, wissen wir noch nicht“, sagt Caspers. Wahrscheinlich sei eine Kombination aus Genen, Lebensstil und Umwelteinflüssen verantwortlich für die Geschwindigkeit, mit der das Gehirn altert.

Es gibt also Gründe zu der Annahme, dass auch Umwelteinflüsse das Altern des Gehirns beschleunigen oder verlangsamen können. Nun soll eine weitere Analyse klären, ob das Gleiche auch für die Gene der Probanden gilt. „Ich kann noch keine Details dazu verraten“, sagt Caspers. „Was ich aber schon sagen kann, ist, dass wir uns angeschaut haben, ob die genetischen Faktoren, die mit Alzheimer in Verbindung gebracht werden, schon im normalen Alterungsprozess zu Veränderungen der Hirnsubstanz führen.“

Außerdem solle bald untersucht werden, wie sich der Lebensstil der Probanden über die Jahre auf die Hirnalterung ausgewirkt hat. Mit derartigen Fragen arbeiten sich die Jülicher Hirnforscher langsam durch den Datenberg, den sie über viele Jahre angehäuft haben. Es wird viele weitere Jahre dauern, bis er einmal komplett erschlossen sein wird.

Von Christian Honey

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