Über ein fein abgestimmtes System aus neuronalen Netzwerken, hormoneller Steuerung bis hin zu zellulären Dialogen stehen Kopf und Körper in ständigem Austausch. Denn wie in jeder funktionierenden Gesellschaft gilt auch hier: Ohne Kommunikation geht nichts. Dieser innere Austausch ist ebenso komplex wie der soziale - und er läuft rund um die Uhr, meist, ohne dass wir ihn bewusst wahrnehmen. Er spielt auch eine entscheidende Rolle für unsere Gesundheit.
Die Bedeutung der Gehirn-Körper-Kommunikation
Die Kommunikation zwischen Gehirn und Körper ist ein vielschichtiger Prozess, der für die Aufrechterhaltung der Homöostase und die Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen unerlässlich ist. Das zentrale Nervensystem (ZNS) und andere Körperkompartimente sind eng miteinander verbunden. Das ZNS beeinflusst physiologische Funktionen durch Signale, die vom Gehirn an den Körper gesendet werden und umgekehrt. Signale von peripheren Organen zum Gehirn können unter anderem vom Immunsystem, von Stoffwechselprozessen, der Darm-Hirn-Achse und dem Mikrobiom abgeleitet werden. Eine Dysregulation der Gehirn-Körper-Kommunikation kann zu schweren Hirnerkrankungen führen. Die Rollen der Signale und ihrer Wege zur Regulierung der Gehirnfunktionen sind jedoch noch wenig verstanden.
Neuronale Netzwerke und hormonelle Steuerung
Die Kommunikation zwischen Gehirn und Körper erfolgt über verschiedene Wege, darunter neuronale Netzwerke und hormonelle Steuerung. Neuronen, die Nervenzellen, kommunizieren über Synapsen miteinander und bilden ein gewaltiges Netzwerk, in dem Informationen erzeugt, verarbeitet und ausgetauscht werden. Schätzungsweise 100 Milliarden Nervenzellen kommunizieren über 100 Billionen Synapsen miteinander. Bei bestimmten Krankheitsbildern wie Parkinson, Sprachstörungen, Epilepsie, Depressionen oder Schizophrenie ist diese Informationsübertragung aus der Balance geraten.
Neben neuronalen Netzwerken spielt auch die hormonelle Steuerung eine wichtige Rolle bei der Gehirn-Körper-Kommunikation. Hormone werden von endokrinen Drüsen produziert und über den Blutkreislauf zu ihren Zielorganen transportiert, wo sie spezifische Wirkungen auslösen. So transportieren Tanyzyten im Hypothalamus das aus Fettzellen stammende Hormon Leptin ins Gehirn und steuern darüber die Nahrungsaufnahme, Fettsäuresynthese und den Insulinmetabolismus. Störungen in diesem Stoffwechsel könnten bei der Entstehung von Fettleibigkeit oder Diabetes von Bedeutung sein.
Die Blut-Hirn-Schranke und ihre Rolle
Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist eine selektive Barriere, die das Gehirn vor schädlichen Substanzen schützt, aber gleichzeitig den Transport von essentiellen Nährstoffen und Botenstoffen ermöglicht. Ein funktionierender Austausch von Botenstoffen über die Blut-Hirn-Schranke ist essenziell für die Regulation vieler Körperfunktionen. Störungen spielen bei Erkrankungen wie Alzheimer, Übergewicht, Diabetes oder auch COVID-19 eine Rolle.
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Im Rahmen des EU-finanzierten Projektes WATCH untersucht das Forschungsteam um Prof. Markus Schwaninger die Funktion spezialisierter Gehirnzellen im Bereich der Blut-Hirn-Schranke. Das Ziel des Projektes ist die Erforschung spezialisierter Gehirnzellen, die sich im Hypothalamus befinden, dem Steuerzentrum unseres vegetativen Nervensystems. Diese Tanyzyten genannten Gliazellen übernehmen wichtige Funktionen bei der Kontrolle, Steuerung und dem Transport von Botenstoffen und Stoffwechselsignalen über die Blut-Hirn-Schranke.
Interorganische Kommunikation und Stoffwechsel
Der menschliche Körper verfügt über ein ausgeklügeltes System der interorganischen Kommunikation, das es Zellen ermöglicht, Stoffwechselwege in entfernten Geweben zu beeinflussen. Eine Fehlregulation dieser Kommunikationswege trägt zu einer Vielzahl menschlicher Krankheiten bei, darunter Fettleibigkeit, Diabetes, Lungenerkrankungen, Krebs, Infektionen, Lebererkrankungen, neurodegenerative Erkrankungen, psychische Störungen und Atherosklerose.
Inter-Organ Metabolomics untersucht, welche Stoffwechselprodukte zwischen Organen ausgetauscht werden, wie sie biologische Prozesse beeinflussen und welche Rolle sie bei Krankheitsmechanismen spielen. Zwei interdisziplinäre Projekte der Deutschen Zentren der Gesundheitsforschung (DZG) erforschen die komplexen Netzwerke und Mechanismen, die den Stoffwechsel steuern, mit dem Ziel, neue Therapieansätze zu entwickeln.
Die Rolle des Vagusnervs
Der Vagusnerv ist der längste Hirnnerv und spielt eine zentrale Rolle bei der Kommunikation zwischen Gehirn und Körper. Er verbindet einige wichtige Organsysteme mit dem Gehirn und unterstützt somit die Weiterleitung von körpereigenen Signalen. Bisherige Forschungen zeigten, dass der Vagusnerv die Verdauung über das Gehirn regulieren kann. Dieser Mechanismus ist für therapeutische Anwendungen relevant, da der Vagusnerv nicht-invasiv stimuliert werden kann.
Eine neue Studie kombinierte die Stimulation des Vagusnervs am Ohr mit einer zeitgleichen Aufzeichnung der Aktivierung des Gehirns über funktionelle Magnetresonanztomographie (MRT) und einem sogenannten Elektrogastrogram. Die Forscher konnten erstmals zeigen, dass sie die Kopplung zwischen Signalen des Magens und des Gehirns mit einer elektrischen Stimulation verstärken können - und das innerhalb von wenigen Minuten. Diese Erkenntnisse können neue Therapieoptionen ermöglichen. So forscht die Gruppe aktuell weiter an einer möglichen Anwendung bei Depressionen, wo Veränderungen in der Kommunikation zwischen dem Körper und dem Gehirn bereits als ein wesentlicher Faktor betrachtet werden.
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Gesten und Sprache als Ausdruck der Gehirn-Körper-Kommunikation
Gesten sind ein Teil der nonverbalen Kommunikation und eng mit der Sprache verbunden. Das Ausführen symbolischer oder pantomimischer Gesten wird in denselben Gehirnarealen verarbeitet wie gesprochene Sprache. Da Gestikulieren eng mit der Sprachentwicklung zusammenhängt, kann sie diese positiv beeinflussen - ebenso wie auch die Fähigkeit zu abstraktem Denken.
Die Gestenforschung hat gezeigt, dass Gesten nicht nur ein bloßes Beiwerk der Sprache sind, sondern im Grunde Gedanken, die in Bewegung übertragen werden. Sie heben Bedeutsames hervor, transportieren Gefühle oder machen Abstraktes nachvollziehbar. Die Sprache passte sich also der Gestik an, ebenso wie Gestik an Sprache. Auch in der kindlichen Sprachentwicklung scheinen Gesten eine entscheidende Rolle zu spielen.
Herz und Gehirn im Dialog
Unser Herz und unser Gehirn kommunizieren ständig miteinander. Geraten wir etwa in eine gefährliche Situation, sorgen Signale aus dem Gehirn dafür, dass der Puls steigt - und entsprechend wieder sinkt, wenn die Gefahr vorüber ist. Umgekehrt sendet auch das Herz Informationen ans Gehirn und beeinflusst darüber auch unsere Wahrnehmung.
Mit dem Herzzyklus verändert sich auch die Hirnaktivität. Während der ersten Zyklusphase ist ein entscheidender Teil der Hirnaktivität unterdrückt, die sogenannte P300-Komponente. Bei der geht man davon aus, dass sie sonst den Übergang ins Bewusstsein kennzeichnet. Wird sie unterbunden, wird demnach die eintreffende Information nicht bewusst wahrgenommen. Das Gehirn scheint also zu erkennen, dass die durch den Puls hervorgerufenen Veränderungen im Körper nicht real als Reaktion auf eine veränderte Umgebung auftreten. Sie sind vielmehr nur eine Reaktion auf den regelmäßig wiederkehrenden Herzschlag.
Funktionelle Elektrostimulation (FES)
Die funktionelle Elektrostimulation (FES) nutzt die Aktionspotenziale im Körper, um gezielt Muskeln oder Nerven zu stimulieren. Bei der funktionellen Elektrostimulation werden externe elektrische Impulse erzeugt, um Muskeln oder Nerven zu stimulieren und Bewegungen auszulösen. Die elektrischen Impulse der funktionellen Elektrostimulation aktivieren die Muskeln, indem sie die natürlichen elektrischen Signale imitieren. Durch die gezielte Anregung der Muskeln können Bewegungen erzeugt werden, wenn die körpereigene Steuerung nicht oder nicht ausreichend funktioniert.
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Forschung und zukünftige Perspektiven
Die Erforschung der Gehirn-Körper-Kommunikation ist ein komplexes und interdisziplinäres Feld, das noch viele offene Fragen birgt. Zukünftige Forschung wird sich darauf konzentrieren, die Mechanismen dieser Kommunikation besser zu verstehen und neue Therapieansätze für neurologische und psychiatrische Erkrankungen zu entwickeln. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Entwicklung von Biomarkern, um Vorhersagen über Krankheitsbilder und Therapieerfolge zu treffen. Damit könnten Behandlungspläne für bestimmte neurologische und psychiatrische Erkrankungen passgenau und individuell erstellt werden.
Die NEURON-Förderorganisationen sind bestrebt, multidisziplinäre und translationale Forschungsvorhaben zu fördern, die grundlegende, klinische und/oder technologische Ansätze kombinieren. Dies umfasst die Grundlagenforschung über die Rolle der bidirektionalen Gehirn-Körper-Interaktion bei der Pathogenese und/oder Ätiologie neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen.