Von Joachim Müller-Jung
16. Juli 2008 Vom Randphänomen zur Zugnummer: Die Plastizität des Gehirns, und zwar keineswegs nur die gut belegte kindliche Plastizität, sondern die lebenslange Wachstums- und Anpassungsfähigkeit unseres Gehirns, dürfte es endgültig aus dem Schattenreich der phantastischen Ideen geschafft haben. Das ist auf dem zurzeit in Genf stattfindenden sechsten "Forum of European Neuroscience" auch für den hartnäckigsten Kritiker nicht mehr zu übersehen.
Hätte man die Neurowissenschaftler vor wenigen Jahren gefragt, was sie von der These halten, dass unser Zentralorgan auch im fortgeschrittenen, ja womöglich sogar im hohen Alter noch zu Wachstum und Entwicklung imstande ist, man hätte im besten Fall ein mitleidiges Kopfschütteln geerntet. Das Bild vom sukzessiven Verlust an Hirnzellen nach der Geburt hat sich über die Jahrzehnte verfestigt. Heute ist das alles anders.
Lebenslang in Bewegung
Das Gehirn hat seinen eingeschränkten Status verloren und strahlt plötzlich eine ungeheure lebenslange Dynamik aus. Ein Ergebnis, das ganz wesentlich von dem inzwischen am Zentrum für Regenerative Therapien in Dresden tätigen Stammzellforscher Gerd Kempermann befördert worden ist. Er hatte bei Tierexperimenten in den neunziger Jahren in Berlin überzeugende Indizien gesammelt, dass sich die wenigen Stammzellen im Hippocampus, einer der zentralen Lern- und Gedächtnisschaltstellen, durch körperliches und kognitives Training auch später noch zur Vermehrung und zur Umwandlung in neue Nervenzellen anregen lassen. In Genf sprach Kempermann jetzt davon, dass dieses Reservoir weniger zur gelegentlichen Zellreparatur als ganz offensichtlich "für die Aufrechterhaltung eines gesunden Hirns" benötigt wird, zur Erhaltung, aber möglicherweise auch entscheidend zur Erweiterung des kognitiven Vermögens bei Erwachsenen und sogar im hohen Alter.
Kurz vor der Genfer Konferenz berichtete die Gruppe um Arne May vom Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf in der Zeitschrift "Journal of Neuroscience" (Bd. 28, S. 7031) über neue Kernspin-Hirnaufnahmen von 50 bis 67 Jahre alten Menschen, die drei Monate lang Jonglieren trainierten. Mit ganz ähnlichen Versuchen, wenn auch mit jüngeren Erwachsenen, hatte die Gruppe vor drei Jahren in der Zeitschrift "Nature" für Furore gesorgt. Wie damals, so zeigte sich auch bei den 44 älteren Männern und Frauen durchgehend eine deutliche Vergrößerung der grauen Substanz im visuellen Assoziationskortex, jenem Teil der Hirnrinde, der darauf spezialisiert ist, Bewegung im Raum wahrzunehmen.
Neue Hirnzellen durch Training
Auch im Hippocampus und im Nucleus accumbens, einer der Schaltstellen des Belohnungssystems im Gehirn, hatten sich neue Hirnzellen gebildet. Nach Trainingsende bildeten sich die zugewonnenen Strukturen teilweise wieder zurück. Hirnwachstum, angeregt durch entsprechende Reize, ist also ganz offenkundig nicht auf das junge Gehirn beschränkt. In derselben Zeitschrift hatten wenige Tage davor australische Forscher bei Tierexperimenten gezeigt, dass die Stammzellen im Hippocampus tatsächlich durch elektrische Stimulierung zur Teilung gebracht werden - wenn die Zellen immer wieder angeregt werden.
Was aber passiert genau in solchen stimulierten Hirnbezirken, und ist diese Anpassung womöglich auch in anderen Arealen möglich? Neuronale Stammzellen soll es durchaus in vielen Hirnregionen geben, doch traditionell kennt man nur zwei Bereiche - ein Areal im Hippocampus und die sogenannte subventrikulare Zone an der Wand zu den Hirnventrikeln -, in denen beim ausgereiften Gehirn eine Neubildung von Neuronen festgestellt wurde. Doch erstens sind das ganz offensichtlich nicht nur ruhende Stammzellen, die hier aktiviert werden können, wie Magdalena Götz von der Ludwig-Maximilians-Universität München in Genf klarmachte, und zweitens können diese unreifen, wandelbaren Zellreserven offenbar durchaus weite Wanderungen zu ihrem Zielort etwa in der Großhirnrinde bewerkstelligen.
Auf der Fährte der Astrozyten
Magdalena Götz und ihre Münchener Gruppe haben die Fährte "aktivierter Astrozyten" in der subventrikularen Zone aufgenommen. Die Astrozyten, die man wie die große Masse der Gliazellen bis vor kurzem noch fälschlicherweise zu den für die Nervenleitung allenfalls indirekt beitragenden Hirnanteilen zählte, lassen sich in der entsprechenden Umgebung offenbar regelrecht verjüngen und reaktivieren. Nach einer Verletzung formen sich innerhalb weniger Tage die Zellen einer bestimmten Astrozyten-Population im Gehirn von Mäusen um. Sie runden sich ab, teilen sich und bilden nach ein bis zwei Wochen kugelartige Sphären, deren Zellen sich zu den verschiedensten Nervenzelltypen verwandeln können. Schon ein einziger Genschalter kann ausreichen, die Astrozyten zur Verwandlung anzuregen.
Dabei ist nicht nur die genaue regionale Herkunft der Zellen in der Ventrikelwand dafür entscheidend, was aus ihnen wird, sondern auch die Kontrolle von "außen". Götz und ihre Mitarbeiter haben in ihren Tier- und Gewebeuntersuchungen beobachtet, dass die Reaktivierung der Gliazellen verhindert wird, wenn im umliegenden Hirngewebe große Mengen des vom Olig2-Gen kodierten Proteins erzeugt werden. Dieses Protein wird für die Myelinisierung - die Isolierung der Nervenbahnen - benötigt, und wann immer es aktiv ist, scheint die Neubildung von Neuronen unterdrückt zu werden.
Die Wanderwege der Nervenzellen
Die Rekrutierung der stillen Reserve an Universalzellen erscheint demnach als ein Prozess auf Abruf. Pierre-Marie Liedo vom Pariser Pasteur-Institut hat zudem ebenso wie Angélique Bordey von der Yale University auf dem Genfer Forum einige Indizien für die zentrale Bedeutung des Nervenbotenstoffs Gaba bei der Kontrolle der Neurogenese geliefert.
Die neugeborenen Zellen, die bei der Maus vorzugsweise zu dem für die Riech- und Geschmackswahrnehmung zuständigen Bulbus olfactorius wandern, nehmen nach einer entsprechend intensiven Lernaufgabe unmittelbar Kontakt zu den dort schon vorhandenen Hirnzellen auf. Allerdings, so Liedo, ist die Funktionstüchtigkeit dieser Frischzellen als Neurone in den ersten Tagen eher gering. Erst nach zwei bis vier Wochen laufen diese jungen Neurone zur Höchstform auf, bilden ständig neue Synapsen und zeigen dem Pariser Forscher zufolge eine Art von "Metaplastizität", die mit dem jungen oder embryonalen Gehirn nicht vergleichbar ist.
Von der überraschenden Beweglichkeit zeugte auch das Poster der jungen deutschen Hirnforscherin Christine Bark aus der Gruppe Hannah Monyers vom Universitätsklinikum Heidelberg, die beeindruckende Bilder von den langen Wanderwegen neugeborener Nervenzellen - sogenannter Interneurone - aus der subventrikularen Zone bis hinaus in die Großhirnrinde präsentierte; ein Phänomen, das sich an neugeborenen offenkundig ebenso wie an erwachsenen Mäusen beobachten lässt.
In Richtung Frischzellenkur
Das ältere Gehirn ist unübersehbar zur Großbaustelle der Hirnforschung geworden. Und worauf das hinausläuft, ist ebenso klar: Irgendwann will man die natürlichen Zellreservoire verstärkt als kognitiven Jungbrunnen nutzen, sei es therapeutisch, sei es präventiv. Dass Wissenschaftler dabei keineswegs nur an "minimalinvasives" Hirntraining denken, sondern auch an direkte pharmazeutische Eingriffe, wurde in Genf allerdings auch deutlich. Eine Gruppe französischer Forscher vom nationalen Forschungsinstitut CNRS hat etwa Neuropeptid Y, ein kleines Protein, das an der Steuerung von Hunger und Angst wesentlich beteiligt ist, an ausgewachsenen Mäusen getestet. Ergebnis: Schon einen Tag nach der Injektion fand man im "Stammzellnest" der Ventrikelwand zweimal so viele Zellen, und doppelt so viele wie vorher schwärmten in andere Hirnareale aus.
Auch Statine gelten seit einiger Zeit als potentielle Beschleuniger der Neurogenese. Und vor kurzem überraschten italienische und finnische Forscher mit einer Studie in "Science" (Bd. 320, S. 385), in der sie bei einigen augenkranken Tieren das Augenlicht wiederherstellten, indem sie ihnen das als Prozac bekannte Antidepressivum verabreichten. Das Mittel veränderte die Genaktivität und reaktivierte die bei der zugrundeliegenden Augenkrankheit erlahmte Plastizität der Nervenzellen im visuellen Kortex. Denkbar, dass "nur" die Synapsenneubildung der Nerven angeregt wurde - jenes Phänomen, das lange als einzige Option für die Plastizität des reifen Gehirns anerkannt wurde. Genau weiß man das noch nicht. So oder so, die Investition geht in dieselbe Richtung: in Richtung Frischzellenkur.
Text: F.A.Z.
Bildmaterial: BBP/EPFL, O. Sporns
