Die Gehirnforschung erlebt derzeit einen Paradigmenwechsel, der von technologischen Innovationen und einem ganzheitlichen Verständnis der Hirnfunktionen geprägt ist. Neue Therapieansätze und Interventionen zielen darauf ab, die geistige Leistungsfähigkeit zu erhalten und zu stärken, selbst bei körperlichen Beeinträchtigungen. Dieser Artikel beleuchtet einige der vielversprechendsten Entwicklungen und Forschungsprojekte in diesem Bereich.
Revolutionäre Hirnstimulation durch einen Hightech-Helm
Ein zukunftsweisendes Projekt unter der Leitung von Professor Dr. Ulf Ziemann am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung, dem Universitätsklinikum Tübingen und der Universität Tübingen hat sich zum Ziel gesetzt, die nicht-invasive therapeutische Hirnstimulation zu revolutionieren. In Zusammenarbeit mit Kollegen an der Aalto University in Finnland und der Universität Chieti-Pescara „Gabriele d’Annunzio“ in Italien entwickelt er einen Helm, der eine räumlich und zeitlich hochaufgelöste Hirnstimulation ermöglichen soll. Dieser Helm basiert auf der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) und kann gezielt jeden Bereich der Großhirnrinde stimulieren.
Closed-Loop-Stimulation als Schlüssel zur Effektivität
Im Gegensatz zur herkömmlichen TMS, bei der die Stimulation nach einem festen Protokoll und unabhängig von der Gehirnaktivität erfolgt, setzt der entwickelte Helm auf eine Closed-Loop-Stimulation. Dabei wird die Gehirnaktivität in Echtzeit durch ein Elektroenzephalogramm (EEG) ausgelesen und ausgewertet. Ein Algorithmus synchronisiert die Impulse einer TMS-Spule auf die Millisekunde genau mit dem aktuellen Gehirnzustand. Diese Kopplung ermöglicht es, Verbindungen zwischen Hirnbereichen besonders effektiv zu verändern und so Hirnnetzwerkerkrankungen wie Schlaganfälle, Depressionen und Alzheimer zu lindern.
Synergieeffekte durch interdisziplinäre Zusammenarbeit
Die Entwicklung des Stimulationshelms erfordert Spezialwissen aus verschiedenen Bereichen. Die finnische Arbeitsgruppe ist für die Herstellung der Spulen zuständig, während die italienischen Kollegen Algorithmen zur Echtzeitanalyse der Aktivitätszustände im Gehirn entwickeln. Ziemann und seine Mitarbeiter bereiten die Technologie für die klinische Anwendung vor. Diese interdisziplinäre Zusammenarbeit ermöglicht es, das Projekt in dieser Form umzusetzen.
Klinische Studien zur Anwendbarkeit bei neurologischen Erkrankungen
Anfang nächsten Jahres sind erste Tests mit gesunden Versuchspersonen geplant. In drei Jahren sollen dann Studien mit Schlaganfall- und Alzheimerpatienten folgen. Ziel ist es, das Gerät in sechs Jahren so weit ausgereift zu haben, dass mit der kommerziellen Herstellung begonnen werden kann. Die Wissenschaftler haben für das Vorhaben mit dem Namen „ConnectToBrain“ Forschungsgelder in Höhe von zehn Millionen Euro vom Europäischen Forschungsrat (ERC) eingeworben.
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Kreativität als Jungbrunnen für das Gehirn: Eine neue Perspektive auf die Gehirngesundheit
Eine bahnbrechende Studie hat gezeigt, dass künstlerische Betätigung und strategisches Spiel das biologische Alter des Gehirns messbar verringern können. Diese Erkenntnisse markieren einen Wendepunkt in der Vorsorge und rücken die Stärkung der gesamten Hirnvernetzung in den Fokus.
Die "Brain Age Gap": Ein messbarer Unterschied
Die Studie, die im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht wurde, analysierte über 1.200 Personen mit Hilfe sogenannter "Brain Clocks". Diese Gehirn-Uhren bestimmen das biologische Alter des Gehirns. Das Ergebnis war eindeutig: Menschen mit regelmäßiger kreativer Betätigung wiesen signifikant "jüngere" Gehirne auf. Dieser messbare Unterschied zum chronologischen Alter wird als "Brain Age Gap" (BAG) bezeichnet. Die positive Wirkung zeigte sich unabhängig von der Kunstform - ob Tanzen, Musizieren oder Malen.
Neue Vernetzung als Schlüssel zur Verjüngung
Der Schlüssel zur verjüngenden Wirkung von Kreativität liegt in der Vernetzung. Anders als einfache Gedächtnisübungen aktivieren kreative Prozesse großflächige Netzwerke im Gehirn. Sie fordern das Zusammenspiel zwischen Regionen für Tagträumen und solchen für konzentrierte Ausführung. Diese dynamische Interaktion stärkt die funktionelle Konnektivität in altersanfälligen Zentren. Das Gehirn wird plastischer und effizienter - und damit widerstandsfähiger gegen den natürlichen Abbau. Es bildet selbst im Alter noch neue Verschaltungen.
Strategische Spiele als kognitive Herausforderung
Auch Spieler von Strategiespielen wie "StarCraft II" profitierten von den positiven Effekten. Wer unter Zeitdruck komplexe, kreative Entscheidungen trifft, trainiert sein Gehirn ähnlich effektiv. Es kommt also nicht auf die "Hochkultur" an, sondern auf die kognitive Herausforderung. Bereits moderate Trainingsphasen zeigten Wirkung. In einer Teilstudie führten etwa 30 Stunden Training über vier Wochen zu messbaren Veränderungen im Gehirnalter.
Paradigmenwechsel in der Vorsorge
Die neuen Erkenntnisse lösen das mechanistische Gehirnjogging der 2010er Jahre ab, das oft auf isoliertes Auswendiglernen setzte. Stattdessen rückt die Stärkung der gesamten Hirnvernetzung in den Fokus. Experten sehen in der Kreativität eine biologische Notwendigkeit. Im Vergleich zu medikamentösen Ansätzen bietet das "Kreativitäts-Rezept" eine risikoarme und kostengünstige Alternative.
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Die interdisziplinäre Forschungsinitiative "Cognitive Vitality" in Magdeburg
Die interdisziplinäre Forschungsinitiative „Cognitive Vitality“ an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg erforscht, wie künftig durch neue Therapieansätze und Interventionen die geistige Leistungsfähigkeit auch bei körperlichen Beeinträchtigungen erhalten und gestärkt werden kann.
Das Zusammenspiel von Gehirn, Körper und Umwelt
Neurowissenschaftlerinnen und -wissenschaftler wollen gemeinsam mit Ingenieurinnen und Ingenieuren herausfinden, wie das Zusammenspiel zwischen unserem Gehirn, unserem Körper und unserer Umwelt funktioniert und welche Einflüsse körperliche Erkrankungen und deren Behandlungen auf unsere geistige Leistungsfähigkeit haben. Ein Team um Prof. Dr. med. Emrah Düzel, Direktor des Instituts für Kognitive Neurologie und Demenzforschung an der Universität Magdeburg, will untersuchen, wie das Potential unseres Gehirns im Alltag mobilisiert und optimal genutzt werden kann, auch bei eingeschränkten gesundheitlichen Voraussetzungen.
Digitale Technologien für Prävention und Behandlung
Mit neuen digitalen Technologien wollen die Forscherinnen und Forscher Behandlungs- und Präventionsverfahren entwickeln, die helfen, die Hirngesundheit auch bei reduzierter physischer Leistungsfähigkeit zu verbessern bzw. zu erhalten. Ziel des interdisziplinären Forschungsverbundes, an dem über 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Standort Magdeburg beteiligt sind, ist es, die anatomischen und systemischen Grundlagen dieser Störungen zu entschlüsseln, um in Zukunft Einschränkungen im Alltag der Betroffenen zu vermeiden, ihre Selbständigkeit im Alter zu gewährleisten und somit die enormen Kosten für das Gesundheitswesen zu reduzieren.
Kognitive Vitalität als Schlüssel zur Lebensqualität
„Kognitive Vitalität bedeutet, unsere höheren Hirnfunktionen auch unter nicht optimalen Bedingungen bestmöglich zu nutzen", erklärt Prof. Dr.med. Emrah Düzel, Sprecher der Forschungsinitiative. „Das bedeutet Wahrnehmung, Aufmerksamkeit, Denkprozesse, die Speicherung von Information sowie Entscheidungsfindung und Motivation. Wenn diese Prozesse gestört sind und ihre Funktionen stark und dauerhaft beeinträchtigt werden, führt das zu tiefgreifenden Auswirkungen auf die Unabhängigkeit und die Selbstverwirklichung von Personen, nicht selten zu Arbeitsunfähigkeit und Pflegebedürftigkeit."
Reversible Funktionsstörungen und innovative Forschungsansätze
Emrah Düzel vermutet, dass diese Funktionsstörungen reversibel und beeinflussbar sind. „Wir erwarten, dass durch unseren Forschungscluster innerhalb weniger Jahre erste Interventionen und Präventionsmaßnahmen identifiziert werden, die den Beeinträchtigungen höherer kognitiver Leistungen, insbesondere des Gedächtnisses, der räumlichen Orientierung, der Aufmerksamkeit und der Entscheidungsfindung entgegenwirken und die in den Alltag sowie die Versorgung integriert werden können. Co-Sprecher des Forschungsverbundes und Direktor des Leibniz-Instituts für Neurobiologie Prof. Dr. Stefan Remy betont: „Entscheidend sind hierbei die neurokognitiven Schaltkreise im Gehirn, deren Anfälligkeit für negative Einflüsse, wie etwa andere Erkrankungen im Körper oder Umwelteinflüsse, sowie deren Fähigkeit, sich davon wieder zu erholen.
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Modernste Technologien für die Erforschung des Gehirns
Den mehr als 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Magdeburg sowie außeruniversitärer Einrichtungen wie dem Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), dem Leibniz-Institut für Neurobiologie Magdeburg (LIN) und dem Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) stehen dafür modernste Technologien am Standort Magdeburg zur Verfügung. Der europaweit leistungsstärkste 7-Tesla-Konnektom-MRT ermöglicht beispielsweise Einblicke in die innerste Architektur des Gehirns in bisher nie dagewesener Auflösung. Dank der Kombination aus molekularen, optogenetischen, elektrophysiologischen sowie hochauflösenden mikroskopischen Verfahren können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Gedächtnisspuren über die verschiedenen Schichten des Gehirns verfolgen und als Schaltkreise sichtbar machen.
Kritische Betrachtung der Gehirnforschung: Eine notwendige Perspektive
Trotz der vielversprechenden Fortschritte in der Gehirnforschung ist eine kritische Betrachtung der aktuellen Entwicklungen unerlässlich. Das Prinzip der Arbeitsteilung in den letzten achtzig Jahren brachte in der Wissenschaftswelt ständig sich mehrende Spezialgebiete mit sich, was das Bewusstsein des Zusammenhangs aller realen Wissenschaften ziemlich verloren gehen ließ. Dies trifft im Besonderen für das Fachgebiet Neurologie zu, sodass ohne Einbindung der naturwissenschaftlichen Grundlagen, insbesondere der Physik und Chemie, bis heute eine Aufklärung des Denkvorganges im menschlichen Gehirn versagt geblieben ist.
Die Grenzen der Spezialisierung und die Bedeutung der Grundlagenforschung
Die seit den 1960er Jahren ständig erweiterten Fachbereiche der Gehirnwissenschaft haben zwar zu einem detaillierten Verständnis einzelner Aspekte geführt, aber die Grundlagenforschung über die Funktionsweise des menschlichen Gehirns, soweit es sich um Denken und Verhalten handelt, ist ohne Fortschritte geblieben. So sind Teile der Wissenschaftsforscher immer noch auf der Suche nach unidentifizierten Stoffen, die verantwortlich für unser Denken und Handeln sein sollen, ohne zu wissen, wie der Mensch Gedanken bildet und seine Handlungsweise danach gestaltet.
Die Bedeutung des menschlichen Verstandes
Eine erfolgreiche Grundlagenforschung hat nur mit dem menschlichen Verstand eine Chance. Denn noch gibt es keinen Computer, der intuitiv Daten sammeln und verwerten kann. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Real- und Idealwissenschaften ist unerlässlich, um die komplexen Zusammenhänge zwischen Gedankenablauf, Empfindungen und Reaktionen auf Bedeutungen zu verstehen.
Die Notwendigkeit eines ganzheitlichen Ansatzes
Es reicht nicht, auf dem Weg über die Untersuchung einzelner Gehirnsegmente die grundsätzliche Frage, wie wir Denken und Verhalten, lösen zu wollen. Vor allem deshalb nicht, weil alle Gehirn- und leiblichen Segmente an jedem Denkvorgang mehr oder weniger beteiligt sind.
Neuroplastizität: Die Fähigkeit des Gehirns zur Selbstheilung
Norman Doidge bricht in seinem erfolgreichen Longseller „Neustart im Kopf“ mit dem konventionellen Paradigma, nachdem die Schaltkreise im Gehirn in der Kindheit gebildet und festgelegt werden. Seine These: Unser Gehirn ist keine unveränderbare Hardware. Es kann sich vielmehr auf verblüffende Weise umgestalten und sogar selbst reparieren. Der Psychiater und Psychoanalytiker verbindet faszinierende Einblicke in die neueste Hirnforschung mit aufsehenerregenden Beispielen aus der Praxis. Seit Erscheinen dieses Buches ist die »Neuroplastizität« - also die Fähigkeit des Gehirns, seine Struktur und Funktion in Reaktion auf geistige Erfahrungen zu verändern - kein »Hirngespinst« mehr, sondern ein geläufiger Begriff, der für unser Verständnis von Liebe, Beziehung, Sexualität, Bildung oder Kultur von großer Bedeutung ist.