Gehirnalterung: Mechanismen, Resilienz und neue Forschungserkenntnisse

In einer alternden Gesellschaft ist es von zentraler Bedeutung zu verstehen, wie wir gesund und vital bis ins hohe Lebensalter bleiben können. Während sich die Forschung bisher auf typische Alterserscheinungen wie Gebrechlichkeit und Alzheimer konzentriert hat, rückt die Erforschung der Mechanismen, die ein gesundes Altern ermöglichen, zunehmend in den Fokus. Dieser Artikel beleuchtet verschiedene Aspekte der Gehirnalterung, von zellulären Prozessen bis hin zu beeinflussbaren Faktoren, und gibt Einblicke in aktuelle Forschungsergebnisse.

Telomere und ihre Rolle bei der Gehirnalterung

Telomere, die Schutzkappen an den Enden unserer Chromosomen, spielen eine wichtige Rolle im Alterungsprozess. Bei jeder Zellteilung werden sie kürzer. Werden sie zu kurz, können die Zellen ihre Funktionen nicht mehr richtig ausführen. Die Länge der Telomere gilt als Marker für das biologische Alter eines Menschen.

Telomerlänge und Hirnstruktur:

• Verändern sich Telomere in ihrer Länge, spiegelt sich dies direkt in unserer Hirnstruktur wider.
• Kurze Telomere werden mit chronischen Krankheiten in Verbindung gebracht.
• Psychischer Stress kann zur Verkürzung der Telomere beitragen.

Die Flexibilität des biologischen Alters:

• Studien deuten darauf hin, dass sich Telomere viel schneller verändern können als bisher angenommen und sich sogar nach nur ein bis sechs Monaten mentalen oder körperlichen Trainings verlängern können.
• Veränderten sich die Telomere in der Länge, so war dies mit plastischen Veränderungen im Gehirn verbunden.
• Wenn sich die Telomere also bei den Studienteilnehmern verlängerten, konnte auch eine stärkere Tendenz zur Verdickung des Kortex gemessen werden. Andersherum war eine Telomerverkürzung mit einer Verdünnung der Großhirnrinde verbunden.

Mentales Training und Telomerlänge:

• Ein Forscherteam ist der Frage nachgegangen, ob sich die Länge der Telomere durch ein auf Achtsamkeit und Mitgefühl basierendes neunmonatiges, mentales Training tatsächlich verändern lässt und ob solche systematischen Veränderungen der Telomerlänge ebenfalls mit einer Verdickung oder Verdünnung der Gehirnstruktur einhergehen.
• Im Unterschied zu früheren Arbeiten fand das Team in der aktuellen Studie jedoch keine Hinweise dafür, dass mentales Training Telomere verändern kann.

Resilienz im Alter: Schutzmechanismen des Gehirns verstehen

Die Frage, warum es nur wenigen alternden Menschen gelingt, dem körperlichen und geistigen Abbau besser entgegenzutreten, ist ein zentrales Thema der aktuellen Forschung. Professor Dr. Oliver Tüscher vom Leibniz-Institut für Resilienzforschung (LIR) und der Universitätsmedizin Mainz betont, dass es ein komplexes Zusammenspiel von Faktoren gibt, die dazu führen, dass die Mehrzahl der Menschen im Alter Funktionsverluste erleiden.

Schutzsysteme des Gehirns:

• Die Forschung konzentriert sich darauf, Schutzsysteme zu identifizieren, die Funktionsverluste im Alter vermeiden oder verlangsamen.
• Analysen von älteren Menschen, die kognitiv gesund bleiben, zeigen, dass ihre Gehirne besser intern vernetzt sind als die Gehirne von älteren Menschen mit Funktionsverlusten.

Einfluss von Lebensstil und Umwelt:

• Die Langlebigkeitsforschung zeigt, dass es eine genetisch bedingte Altersgrenze gibt, aber auch andere Faktoren eine Rolle spielen.
• Die wahrscheinliche Ursache, warum wir immer älter werden, ist, dass wir immer gesünder leben und Therapien früher in Anspruch nehmen.
• Die COSMO-Studie zeigt, dass die Resilienz bei Älteren in der Corona-Pandemie angestiegen, während sie bei Jüngeren zurückgegangen ist.

Anregungen für die Pflegepraxis:

• Körperliche Aktivität fördert die Konnektivität zwischen den verschiedenen Hirnbereichen und auch über die Gehirnhälften hinweg.
• Eine mediterrane Diät beeinflusst die Gehirngesundheit und kognitive Fähigkeiten positiv.
• Soziale Interaktion trägt dazu bei, dass Menschen länger kognitiv gesund bleiben.

Kompensationsmechanismen des alternden Gehirns

Mit zunehmendem Alter baut unser Denkorgan ab, verliert Nervenzellen und Verbindungen. Damit verschlechtern sich auch höhere kognitive Leistungen. Fachleute der University of Cambridge und der University of Sussex haben nachgewiesen, dass das alternde Gehirn bestimmte Regionen unterstützend hinzuzieht, wenn wir vor kniffligen Aufgaben stehen.

Das "Multiple-Demand Network" (MDN):

• Vorherige bildgebende Studien haben gezeigt, dass bei Aufgaben zur fluiden Intelligenz das »multiple-demand network« (MDN) aktiv wird.
• Seine Beteiligung nimmt jedoch mit zunehmendem Alter ab.

Der Cuneus als Kompensationsareal:

• Eine Hirnregion, der Cuneus um Hinterhauptslappen, erfüllte die Kriterien für einen Kompensationsmechanismus: Sie ist bei Älteren stärker aktiv als bei Jüngeren und mehr bei schwierigen als bei einfachen Fragen involviert.
• Der Cuneus hilft normalerweise dabei, sich auf visuelle Information zu konzentrieren.
• Womöglich kompensiert der Cuneus also das schlechter werdende visuelle Gedächtnis. Dafür spricht, dass eine stärkere Aktivierung mit besseren Leistungen in den Tests einherging.

Heterogene Gehirnalterung: Nicht alle Regionen schrumpfen gleich

Professorin Dr. Dorothea Hämmerer von der Universität Innsbruck und dem Institut für Kognitive Neurologie und Demenzforschung Magdeburg betont, dass das Gehirn bislang meist post mortem untersucht wurde. Dank neuer Technologien lassen sich Gehirne nun auch über den Alterungsprozess hinweg untersuchen.

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Veränderungen in grauer und weißer Substanz:

• Allgemein nimmt man an, dass das Altern bereits in der dritten Lebensdekade beginnt.
• Die graue Gehirnsubstanz, die die neuronalen Zellkörper enthält, scheint früher zu schrumpfen als die weiße Substanz, die die Verbindungen zwischen den Zellen darstellt.
• Mit höherem Alter nimmt die Geschwindigkeit des Schrumpfens zu.

Kompensationsmechanismen des Gehirns:

• Das Gehirn verfügt über Kompensationsmechanismen, so dass man sich beispielsweise mehr konzentriert, wenn die Aufmerksamkeit nicht mehr so gut ist, oder etwas mehr nachdenkt, wenn der Gedächtnisabruf schwieriger geworden ist.

Heterogener Abbau in verschiedenen Hirnregionen:

• Im Alter lassen insbesondere das Gedächtnis und die Exekutivfunktionen nach.
• 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 Gehirnbereiche, die sich später entwickeln und die, die im Alter früher schrumpfen, stimmen teilweise überein.
• Es gibt dabei ein verdächtig ähnliches Muster, wobei es nicht deckungsgleich. Der Name für diese Hypothese lautet „Last in - First out“.

Vaskularisierung und Gehirnalterung:

• Ein weiterer Aspekt der Gehirnalterung, der aktuell in den Fokus der Forschung rückt, ist die Vaskularisierung, also die Versorgung mit Blutgefäßen.
• Mini-Schlaganfälle können ausschlaggebend sein für einen darauffolgenden Volumenverlust, weil die Nährstoffzufuhr dadurch abgeschnitten wird.

Genetische Grundlagen der Gehirnalterung

Um der Frage nachzugehen, warum manche Gehirne schneller altern als andere, haben Forschende der Humboldt-Universität zu Berlin die genetischen Grundlagen des sogenannten Brain Age Gap (BAG) untersucht.

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 darüber hinaus bekannte Gene wie MAPT und APOE, die im Zentrum der Alzheimer-Forschung stehen.

Verknüpfung mit beeinflussbaren Risikofaktoren:

• Die Ergebnisse zeigen, dass die genetischen Grundlagen der Gehirnalterung eng mit gesundheitlichen, verhaltensbezogenen und sozialen Faktoren verknüpft sind.
• Beeinflussbare Faktoren wie Bluthochdruck und Typ-2-Diabetes hängen ursächlich mit einer beschleunigten Gehirnalterung zusammen.

Genetik als Werkzeug:

• Die Genetik erlaubt uns nicht nur Erbanlagen zu erfassen, sondern auch zu verstehen, welche beeinflussbaren Faktoren beim Altern des Gehirns eine Rolle spielen - auf molekularer und verhaltensbezogener Ebene.
• Das Maß des sogenannten Brain Age Gap erlaubt uns, die biologische Alterung des Gehirns zu bestimmen.

Darm-Hirn-Interaktion und Gehirnalterung

Die Arbeitsgruppe „Darm-Hirn Interaktion und Alterung“ untersucht Mechanismen, welche bei der Alterung des Gehirns eine Rolle spielen und erforscht inwieweit diese Prozesse - z.B. durch eine Änderung des Lebensstils: mehr Aktivität und Ernährungsumstellung - positiv zu beeinflussen sind.

Einfluss des Mikrobioms:

• Neueste Erkenntnisse zeigen einen Einfluss des Mikrobioms im Darm auf die Plastizität des Gehirns.
• Analysen des Mikrobioms sind inzwischen Teil der Studien.

Körperliche Aktivität und Mikrobiom:

• In einem geplanten Projekt sollen Mäuse einem nicht motorisierten freiwilligen Laufen in einem Laufrad ausgesetzt werden.
• Erwartet wird eine kognitive Verbesserung, Auswirkungen auf das Darmmikrobiom und die Metabolite, eine bessere Darmbarrierefunktion und eine verminderte Entzündungsreaktion sowohl im Hirn als auch im Kolon infolge der physischen Aktivität im Laufrad.

EpiGutAge-Projekt:

• Ziel ist es ein in silico Modell der Mikrobiom-Darm-Hirn-Interaktion zu konstruieren.
• Aktuelle Publikationen zeigen, dass das Altern mit ausgeprägten Veränderungen der DNA-Methylierung verbunden ist und dass das Mikrobiom diesen epigenetischen Mechanismus stark beeinflusst.

SmartAge-Projekt:

• Ziel von SmartAge ist es, die Lebensqualität älterer Menschen zu verbessern und Kosten im Gesundheitssystem zu sparen, indem das Mikrobiom als Moderator zwischen Darm und Gehirn vor allem in seiner Wechselwirkung mit dem Alter und in seinen Auswirkungen auf die Kognition verstanden und genutzt wird.
• Ernährungs- und Lebensstil-Interventionen werden in einem translationalen Ansatz angewandt, um die kognitiven Funktionen im Alter zu steigern und die zugrundeliegenden Mikrobiom-assoziierten Mechanismen und spezifische Schlüsselregulatoren zu identifizieren.

Schichtweise Alterung des Gehirns: Neue Erkenntnisse aus Tübingen

Forschende des DZNE, der Universität Magdeburg und des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung haben herausgefunden, dass das menschliche Gehirn weniger als gedacht und schichtweise altert - jedenfalls in dem für den Tastsinn zuständigen Bereich der Hirnrinde.

Unterschiedliche Alterung der Hirnrindenschichten:

• Die Hirnrinde wird mit den Jahren für gewöhnlich dünner, aber manche ihrer Schichten bleiben stabil oder sind im Alter überraschenderweise sogar dicker.
• Die einzelnen Schichten wurden anhand ihres Gehalts an Myelin unterschieden.

Resistente Schichten:

• Neben der mittleren Schicht des Cortex erwiesen sich auch die darüber liegenden Bereiche als auffällig resistent gegen den Alterungsprozess.

Tiefere Schichten und Modulation:

• Nur die tiefer liegenden Schichten der Hirnrinde zeigten altersbedingten Abbau.
• In den unteren Schichten des Cortex findet sogenannte Modulation statt: Die Signale des Tastsinns werden hier je nach Kontext verstärkt oder abgeschwächt.

Kompensationsmechanismen in den tiefen Hirnschichten:

• Obwohl die tiefen Schichten der Hirnrinde mit zunehmendem Alter dünner wurden, nahm ihr Myelin-Gehalt überraschenderweise zu.
• Der Anstieg des Myelins geht darauf zurück, dass bestimmte Nervenzellen vermehrt vorkommen, die sich positiv auf die Modulation von Nervenimpulsen auswirken.

Implikationen für Prävention:

• Es wäre interessant zu erforschen, ob sich diese Mechanismen gezielt fördern und erhalten lassen.
• Die Befunde passen zur allgemeinen Sichtweise, dass wir unserem Gehirn durch geeignete Stimulation etwas Gutes tun.

FTL1 und seine Rolle bei altersbedingten Gedächtnisstörungen

Nachdem die Forschenden dann die Menge an FTL1 im Hippocampus der alten Mäuse reduziert hatten, erlangten diese sozusagen ihre Jugend zurück: Sie wiesen mehr Verbindungen zwischen Nervenzellen auf und schnitten bei Gedächtnistests besser ab. "Es handelt sich tatsächlich um eine Umkehrung der Beeinträchtigungen", bestätigt Saul Villeda, stellvertretender Direktor des UCSF Bakar Aging Research Institute und Hauptautor der Studie. Bei alten Mäusen verlangsamte das Protein FTL1 zudem auch den Stoffwechsel in den Zellen des Hippocampus. Villeda zeigt sich optimistisch, dass diese Studie zu Therapien führen könnte, die die Auswirkungen von FTL1 im Gehirn blockieren. "Wir sehen mehr Möglichkeiten, die schlimmsten Folgen des Alters zu lindern", so Villeda.

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