Beiträge aus der Wissenschaft

Ein kleiner Kern im Gehirn hat große Auswirkungen auf Lernen und Gedächtnis im Alter

09.09.2019 17:29

Ein kleiner Kern im Gehirn hat große Auswirkungen auf Lernen und Gedächtnis im Alter

Der blaue Kern, auch Locus coeruleus genannt, ist eine winzige Region im Hirnstamm. Als Hauptquelle des Neurotransmitters Noradrenalin hat er einen großen Einfluss darauf, ob unser Gedächtnis auch im Alter noch gut funktioniert. Mithilfe der Magnetresonanztomografie (MRT) und neuartiger Analysemethoden konnten Forscher*innen des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung und der University of Southern California nun nachweisen, dass ein gesünderer Locus coeruleus mit besseren Gedächtnisleistungen im späteren Erwachsenenalter einhergeht. Die Ergebnisse der Studie sind in der Zeitschrift Nature Human Behaviour erschienen.

Warum lassen manche kognitiven Fähigkeiten – insbesondere das Erinnerungsvermögen – im Laufe des Erwachsenenalters nach? Und wie kommt es, dass sich manche Menschen auch im hohen Alter Neues gut einprägen und merken können, andere jedoch nicht? Bei der Beantwortung dieser Fragen haben sich kognitive Neurowissenschaftler*innen in den letzten Jahrzehnten vornehmlich auf die Großhirnrinde und auf den Hippokampus konzentriert, der beim Lernen und Erinnern eine zentrale Rolle spielt.

Jedoch gerät in jüngster Zeit eine winzige Zellstruktur, tief unter der Großhirnrinde im Hirnstamm versteckt, in den Fokus der Forschung: der Locus coeruleus oder blaue Kern. Dieser Kern ist nur etwa 15 Millimeter groß und über ein weitverzweigtes Netz von Nervenfasern mit nahezu dem gesamten Gehirn verbunden. Die Nervenzellen, aus denen er besteht, sind die Hauptquelle des neuronalen Botenstoffs Noradrenalin. Als sogenannter Neuromodulator reguliert Noradrenalin die Kommunikation zwischen Nervenzellen und trägt damit wesentlich zur Kontrolle von Stress, Gefühlen und Aufmerksamkeit bei. Zudem haben Tierstudien gezeigt, dass Noradrenalin auf zellulärer Ebene Umbauvorgänge unterstützt, die die langfristige Speicherung neuer Erinnerungen, Fähigkeiten und Kenntnisse ermöglichen. Deswegen beruhen erfolgreiche Lern- und Gedächtnisprozesse vermutlich auf einem gut funktionierenden Locus coeruleus.

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Mit fortschreitendem Alter zeigt der Locus coeruleus zunehmend Verfallserscheinungen, welche wahrscheinlich auf die Ansammlung von Giftstoffen aus dem Blutkreislauf sowie aus der Flüssigkeit, die Gehirn und Rückenmark umgibt, zurückzuführen sind. Neuere Forschungsergebnisse weisen zudem darauf hin, dass krankhafte Veränderungen im Zuge der Alzheimer-Demenz zuerst im Locus coeruleus auftreten könnten und von dort aus Hirnregionen erreichen, die für das Gedächtnis zuständig sind, bevor sie schließlich in späteren Krankheitsstadien große Teile des restlichen Gehirns erfassen.

„Neue Studien, die das Hirngewebe Verstorbener untersuchten, zeigen, dass einer der wesentlichen Krankheitsindikatoren der Alzheimer-Demenz bei den meisten Menschen mittleren Alters im Locus coeruleus festgestellt werden kann. Wir sind nun unter den ersten, die einen Zusammenhang zwischen kognitiver Leistungsfähigkeit und der Gesundheit des Locus coeruleus beim lebenden Menschen belegen konnten“, sagt Mara Mather, Professorin für Gerontologie an der University of Southern California und Koautorin der Studie.

Markus Werkle-Bergner, Senior Scientist am Forschungsbereich Entwicklungspsychologie des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung, fügt hinzu: „Frühere Tierversuche legten eine Verbindung zwischen einem gesünderen Locus coeruleus und besseren Lern- und Gedächtnisleistungen nahe. Es ist daher wichtig zu verstehen, ob alterungsbedingte Veränderungen des Locus coeruleus auch bei Menschen mit Gedächtniseinbußen im Alter zusammenhängen.“

Aufgrund seiner geringen Größe und der Lage tief im Hirnstamm war es bislang nahezu unmöglich, den Locus coeruleus am lebenden Menschen zu untersuchen. Dank neuer Methoden der MRT-Bildgebung sowie weiterentwickelter Analyseverfahren kann diese Gehirnregion nun nicht-invasiv sichtbar gemacht werden. Mit diesen neuen Verfahren haben nun die Wissenschaftler*innen den Locus coeruleus von 66 jüngeren Menschen mit einem Altersdurchschnitt von 33 Jahren und 228 älteren Menschen mit einem Altersdurchschnitt von 72 Jahren näher untersucht. Alle Proband*innen haben zudem im Rahmen der Berliner Altersstudie II (BASE-II) eine Reihe neuropsychologischer Gedächtnistests bearbeitet. Beispielsweise sollten sie sich eine fünfzehn Worte umfassende Liste über mehrere Durchgänge hinweg einprägen und anschließend wiedergeben.

Wie erwartet lösten die jüngeren Proband*innen die Aufgaben im Mittel besser als die älteren. Auffällig war jedoch, dass diejenigen älteren Proband*innen, deren Locus coeruleus denen der jüngeren Proband*innen ähnelte, höhere Gedächtnisleistungen zeigten als ältere Proband*innen, deren Locus coeruleus deutliche Anzeichen alterungsbedingter Veränderungen aufwies.

„Der Locus coeruleus ist ein sehr empfindlicher Teil des Gehirns. Unsere Studie zeigt, dass alterungsbedingte Beeinträchtigungen seiner Struktur und Funktion weitreichende Folgen für Aufmerksamkeit und Gedächtnis haben. Künftige Langzeitstudien müssen ergründen, ob auch krankheitsbedingte Prozesse die Alterung des Locus coeruleus beschleunigen – und wenn das der Fall ist, wie wir den Beginn beim einzelnen Betroffenen feststellen können“, sagt Martin Dahl, Erstautor der Studie und Doktorand am Forschungsbereich Entwicklungspsychologie des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung.

Bei Erkrankungen wie der Alzheimer-Demenz sind im Locus coeruleus neuropathologische Veränderungen bereits sichtbar, bevor die ersten Verhaltensänderungen auftreten. Diese Periode könnte ein Zeitfenster darstellen, in dem die Krankheitsentwicklung noch beeinflusst werden kann. Weitere Langzeitstudien, die sowohl den Locus coeruleus als auch krankheitsspezifische Biomarker erfassen, könnten ein neues Licht auf die Unterschiede und Gemeinsamkeiten gesunder und pathologischer Gedächtnisveränderungen im Alter werfen.

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Das Max-Planck-Institut für Bildungsforschung wurde 1963 in Berlin gegründet und ist als interdisziplinäre Forschungseinrichtung dem Studium der menschlichen Entwicklung und Bildung gewidmet. Das Institut gehört zur Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V., einer der führenden Organisationen für Grundlagenforschung in Europa.

Originalpublikation:

Dahl, M. J., Mather, M., Düzel, S., Bodammer, N. C., Lindenberger, U., Kühn, S., & Werkle-Bergner, M. (2019). Rostral locus coeruleus integrity is associated with better memory performance in older adults. Nature Human Behaviour. doi:10.1038/s41562-019-0715-2

https://www.nature.com/articles/s41562-019-0715-2