Mit zunehmendem Alter erfahren wir Veränderungen in unserer körperlichen und geistigen Leistungsfähigkeit. Neue Studien liefern wertvolle Einblicke in die komplexen Prozesse, die dem Altern des Gehirns zugrunde liegen. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Aspekte des Gehirnalterungsprozesses, von zellulären Veränderungen bis hin zu den Auswirkungen auf unsere kognitiven Funktionen.
Einführung
Das Gehirn ist ein komplexes Organ, das sich bis etwa zum 25. Lebensjahr entwickelt und reift. Danach beginnt ein allmählicher Abbauprozess. Dieser Prozess betrifft nicht nur uns Menschen, sondern auch andere Lebewesen wie Schimpansen, die im Alter ebenfalls eine nachlassende Beweglichkeit und längere Zeit für die Nahrungssuche feststellen. Was uns jedoch von Schimpansen unterscheidet, sind unsere hochentwickelten Fähigkeiten wie Sprache und komplexe Entscheidungsfindung.
Veränderungen im Gehirn im Laufe des Lebens
Die "Last in, First out"-Hypothese
Eine aktuelle Studie verglich die Alterung des Gehirns von Menschen und Schimpansen. Dabei stellte sich heraus, dass die Hirnareale, die sich beim Menschen am stärksten verändert haben und zuletzt entwickelt haben, auch die größten Alterungseffekte aufweisen. Dies stützt das Prinzip "Last in, first out", wonach sich die zuletzt entwickelten Hirnareale zuerst wieder abbauen. Dazu gehört vor allem der präfrontale Kortex, eine Region, die für kognitive Prozesse wie Denken, Planen und Problemlösen von entscheidender Bedeutung ist.
Zellulärer Abbau und Ausdünnung
Im Laufe des Alterungsprozesses kommt es zu einem Abbau von Zellen und einer Ausdünnung des Hirngewebes. Dieser Prozess verläuft jedoch nicht gleichmäßig im gesamten Gehirn, sondern betrifft bestimmte Bereiche stärker als andere.
Veränderungen in der Genaktivität
Forschende am Max-Planck-Institut für Psychiatrie fanden heraus, dass sich die Genaktivität in verschiedenen Zelltypen des Gehirns im Laufe des Lebens verändert. Dies kann dazu führen, dass bestimmte Prozesse nicht mehr so schnell ablaufen wie früher, was Vergesslichkeit im Alter erklären kann.
Lesen Sie auch: Faszination Nesseltiere: Wie sie ohne Gehirn leben
Die "Gehirn-Uhr" und beschleunigte Alterung
Ein Forschungsteam aus Chile entwickelte eine "Gehirn-Uhr", um vorherzusagen, ob das menschliche Gehirn schneller altert als sein chronologisches Alter vermuten lässt. Dabei wurde untersucht, wie gut die einzelnen Hirnregionen miteinander agieren. Eine Hirnalterslücke von beispielsweise zehn Jahren bei einer 50-jährigen Person bedeutet, dass ihre Gehirnleistung der einer 60-jährigen Person entspricht.
Einfluss der Lebensweise
Das Altern des Gehirns wird auch durch unsere Lebensweise beeinflusst. Umweltverschmutzung, Kultur, sozioökonomische Bedingungen und Ernährung können den Alterungsprozess beschleunigen oder hinauszögern.
Neurodegenerative Erkrankungen
Neben dem normalen Alterungsprozess können neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson das Altern des Gehirns beschleunigen. Der Unterschied zum normalen Altern ist dabei oft nicht sehr groß.
Schichtspezifische Veränderungen in der Hirnrinde
Die Hirnrinde, auch Neokortex genannt, ist für höhere kognitive Funktionen wie Denken, Planen und Entscheidungsfindung verantwortlich. Sie besteht aus sechs verschiedenen Schichten, die jeweils eigene Funktionen und eine eigene Anatomie aufweisen.
Ungleichmäßiger Abbau der Hirnrindenschichten
Tübinger Forschenden gelang es, die verschiedenen Schichten der Hirnrinde separat voneinander zu untersuchen und die Veränderungen im Laufe des Alters zu messen. Dabei stellten sie fest, dass nicht alle Schichten gleich stark altern. Während die tieferen Schichten der Hirnrinde mit dem Altern abnehmen, bleiben die mittleren und oberflächlichen Schichten weitgehend verschont.
Lesen Sie auch: Lesen Sie mehr über die neuesten Fortschritte in der Neurowissenschaft.
Auswirkungen auf die kognitiven Fähigkeiten
Da die tieferen Hirnschichten für Signalverarbeitung und Filterfunktionen zuständig sind, fällt es älteren Menschen oft schwerer, störende Umgebungsgeräusche auszublenden oder sich auf mehrere Dinge gleichzeitig zu konzentrieren. Die mittleren Schichten, in denen hereinkommende Signale verarbeitet werden, bleiben hingegen oft erhalten, was die bemerkenswerten Fähigkeiten älterer Menschen erklärt, ihre Umgebung präzise wahrzunehmen und komplexe kognitive Aufgaben zu lösen.
Nutzungabhängige Plastizität des Gehirns
Die Daten deuten darauf hin, dass das Gehirn die Teile der Hirnrinde vor dem Verfall bewahrt, die es häufig nutzt. Dies zeigt die nutzungsabhängige Plastizität des Gehirns, also die Fähigkeit, sich strukturell zu verändern, wenn ein bestimmtes Gehirnareal kontinuierlich genutzt wird.
Das alternde Gehirn ist widerstandsfähiger als gedacht
Forschende des DZNE, der Universität Magdeburg und des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung an der Universität Tübingen fanden heraus, dass das menschliche Gehirn weniger altert als gedacht und schichtweise - jedenfalls in dem für den Tastsinn zuständigen Bereich der Hirnrinde.
Stabilität bestimmter Hirnrindenschichten
Mittels Magnetresonanztomografie (MRT) konnten die Forschenden zeigen, dass manche Schichten der Hirnrinde stabil bleiben oder im Alter sogar dicker werden, obwohl die Hirnrinde insgesamt dünner wird. Dies liegt vermutlich daran, dass diese Schichten besonders beansprucht werden und ihre Funktionalität dadurch erhalten bleibt.
Kompensationsmechanismen im Gehirn
Die Forschenden fanden auch Hinweise darauf, dass Mechanismen in den tiefen Hirnschichten sich dem altersbedingten Funktionsverlust zu einem gewissen Grad widersetzen. So nahm der Myelin-Gehalt in den tieferen Schichten der Hirnrinde mit zunehmendem Alter überraschenderweise zu. Myelin ist eine Substanz, die für die Übertragung von Nervensignalen von Bedeutung ist.
Lesen Sie auch: Tinnitus und Gehirnaktivität: Ein detaillierter Einblick
Fünf Entwicklungsstadien des menschlichen Gehirns
Britische Forscher haben fünf Entwicklungsstadien des menschlichen Gehirns festgestellt, in denen sich das Gehirn im Laufe eines Lebens fünfmal umfassend neu verschaltet. Diese Wendepunkte der neuronalen Vernetzung treten im Alter von im Mittel etwa 9, 32, 66 und 83 Jahren auf und gehen mit verschiedenen Denkweisen im Zuge von Wachstum, Reifung und Alterung einher.
Phasen der Gehirnentwicklung
- Phase 1 (Geburt bis ca. 9 Jahre): Reduktion der übermäßig produzierten Synapsen im Gehirn eines Babys.
- Phase 2 (ca. 9 bis 32 Jahre): Verfeinerung der Kommunikationsnetzwerke des Gehirns und verbesserte kognitive Leistungsfähigkeit.
- Phase 3 (ca. 32 Jahre): Stabilisierung der Gehirnarchitektur und maximal Leistungsfähigkeit des Gehirns.
- Phase 4 (ca. 66 Jahre): Allmähliche Umstrukturierung der Hirnnetzwerke.
- Phase 5 (ca. 83 Jahre): Phase des späten Alterns mit weiterer Abnahme der Vernetzung.
Resilienz im Alter: Schutzmechanismen des Gehirns
In der Alternswissenschaft rückt zunehmend die Frage in den Fokus, welche biologischen Mechanismen gesund alternde Menschen schützen. Forschende analysieren ältere Menschen, die im Gegensatz zur großen Mehrheit kognitiv gesund bleiben, um Faktoren für deren Resilienz zu identifizieren.
Faktoren für Resilienz im Alter
- Bessere interne Vernetzung des Gehirns: Die Gehirne von kognitiv gesunden, resilienten älteren Menschen sind besser intern vernetzt als die Gehirne von älteren Menschen mit Funktionsverlusten.
- Körperliche Aktivität: Ältere Menschen, die körperlich hochaktiv sind, schneiden bei kognitiven Tests besser ab. Ihre physische Aktivität fördert die Konnektivität zwischen den verschiedenen Hirnbereichen.
- Mediterrane Diät: Eine mediterrane Diät beeinflusst die Gehirngesundheit und kognitive Fähigkeiten positiv.
- Soziale Interaktion: Sozial aktive Menschen bleiben länger kognitiv gesund.
Die Rolle der Proteostase beim Altern
Das Team um Alessandro Ori untersuchte die sogenannte Proteostase in Nervenzellen - das empfindliche Gleichgewicht von Produktion, Faltung und Abbau sämtlicher Proteine in einer Zelle. Der Verlust dieser Proteostase wird als ein Kennzeichen des Alterns angesehen und tritt auch bei altersbedingten neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson auf.
Fehlfunktion der Ribosomen
Die Forschenden fanden heraus, dass die Bildung von Proteinen in den Ribosomen nicht mehr rund läuft, was zu einer Fehlfunktion mit weitreichenden Konsequenzen führt. Bestimmte Proteine werden kaum noch hergestellt, andere dagegen vermehrt, weil weniger Konkurrenz im Translationsprozess besteht.
Reparatur der Ribosomen als Therapieansatz
Alessandro Ori sieht eine Chance, die gestörte Funktion der Ribosomen zu reparieren, um Alterungsprozesse oder Demenz zu verlangsamen. Die Grundidee für eine spätere Intervention, um Alzheimer oder andere neurodegenerative Krankheiten aufzuhalten, wäre, die gestörte Funktion der Ribosomen zu reparieren.
Genetische Grundlagen der Gehirnalterung
Forschende der Humboldt-Universität zu Berlin untersuchten die genetischen Grundlagen des sogenannten Brain Age Gap (BAG) - also die Differenz zwischen dem biologischen Alter des Gehirns und dem tatsächlichen Lebensalter eines Menschen.
Identifizierung von Genregionen
Die Forschenden identifizierten 59 Regionen im Genom, die das Tempo der Gehirnalterung beeinflussen. Darunter waren 39 Regionen, die erstmals mit der Gehirnalterung in Verbindung gebracht wurden, und bekannte Gene wie MAPT und APOE, die im Zentrum der Alzheimer-Forschung stehen.
Einfluss von Risikofaktoren
Die Analysen legen nahe, dass beeinflussbare Faktoren wie Bluthochdruck und Typ-2-Diabetes ursächlich mit einer beschleunigten Gehirnalterung zusammenhängen. Darüber hinaus fanden die Forschenden genetische Korrelationen mit Eigenschaften wie psychischer und körperlicher Gesundheit, mit sozioökonomischen Faktoren oder der Angewohnheit zu rauchen oder Alkohol zu trinken.
Heterogener Abbau des Gehirns
Allgemein nimmt man an, dass das Altern bereits in der dritten Lebensdekade beginnt. Dabei schrumpft die graue Gehirnsubstanz, die die neuronalen Zellkörper enthält, früher als die weiße Substanz, die die Verbindungen zwischen den Zellen darstellt. Mit höherem Alter nimmt die Geschwindigkeit des Schrumpfens zu.
Unterschiedliche Schrumpfung von Gehirnregionen
Ein interessanter Aspekt bei der Gehirnalterung ist, dass nicht alle Gehirnregionen gleichermaßen schrumpfen. Regionen, die die Gedächtnis- und Exekutivfunktionen unterstützen - etwa der Präfrontale Kortex und temporale Bereiche wie der Hippocampus - schrumpfen früher als Gehirnregionen, die auditorische, visuelle oder motorische Information verarbeiten.
Die "Last in - First out"-Hypothese
Die Hypothese „Last in - First out“ besagt, dass die Gehirnbereiche, die sich später entwickeln, im Alter früher schrumpfen. Diese Hypothese lässt sich jedoch nicht für alle Regionen im Gehirn bestätigen.
Vaskularisierung des Gehirns
Ein weiterer Aspekt der Gehirnalterung, der aktuell in den Fokus der Forschung rückt, ist die Vaskularisierung, also die Versorgung mit Blutgefäßen. Mini-Schlaganfälle, die zu Mikro-Läsionen führen, können ausschlaggebend sein für einen darauffolgenden Volumenverlust, weil die Nährstoffzufuhr dadurch abgeschnitten wird.