Die Frage, ob und inwieweit das Gehirn kontrolliert werden kann, beschäftigt Wissenschaftler und die Öffentlichkeit gleichermaßen. Die moderne Forschung, insbesondere in den Neurowissenschaften, bietet faszinierende Einblicke in die Funktionsweise des Gehirns und die Möglichkeiten, diese zu beeinflussen. Dieser Artikel fasst aktuelle Forschungsergebnisse zusammen und beleuchtet verschiedene Aspekte der Gehirnkontrolle.
Diagnostische Fortschritte durch Liquor-Analyse
Eine neue Studie von Neurowissenschaftlern der Universität Münster zeigt, dass die Analyse des Liquors, der Gehirn und Rückenmark umhüllt, genauere Diagnosen neurologischer Erkrankungen ermöglicht. Traditionell ist die Suche nach oligoklonalen Banden im Nervenwasser zeitaufwendig, ebenso wie die Identifizierung infektiöser Erreger und die Auswertung von MRT-Aufnahmen. Die Liquor-Analyse stellt eine vielversprechende Alternative dar, die jedoch bisher oft unzureichend genutzt wurde.
Das Team um Dr. Catharina Groß analysierte Daten von 777 Patienten mit unterschiedlichen neurologischen Erkrankungen. Dabei identifizierten sie fünf Marker, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf entzündliche Erkrankungen des Nervensystems hinweisen. In 76 Prozent der Fälle hätte die Liquorprobe allein ausgereicht, um eine Nervenentzündung eindeutig zu diagnostizieren.
Diese Erkenntnisse sind besonders wichtig für die Differenzierung verschiedener Entzündungserkrankungen im zentralen Nervensystem. So können Wissenschaftler anhand der im Liquor gefundenen Zelltypen feststellen, ob junge Patienten an einer schubförmig-remittierenden Multiplen Sklerose, einer Neuromyelitis Optica oder einem Susac-Syndrom leiden. Die Früherkennung und korrekte Diagnose sind entscheidend, da viele neurologische Erkrankungen ohne rechtzeitige Behandlung unaufhaltsam fortschreiten.
Cognitive Fatigue und ihre psychologischen Aspekte
Viele Menschen erleben im Alltag mentale Erschöpfung, bekannt als Cognitive Fatigue (CF). CF führt zu einem Rückgang kognitiver Ressourcen und einer Zunahme von Fehleinschätzungen. Dies kann persönlichen Misserfolg, Handlungsunfähigkeit und sogar psychische Erkrankungen zur Folge haben. Eine aktuelle Studie untersucht die Psychologie der CF, indem sie Verhaltensexperimente durchführt und Fragebögen zu Müdigkeit, Erschöpfung und Stimmung auswertet. Ziel ist es, zu verstehen, wie CF erlebt wird und wie sich Menschen unter CF verhalten. Die Teilnehmer treffen einfache Entscheidungen über Zuordnungen von Zahlen und Buchstaben und führen angeleitete Atemmeditationen in den Pausen durch. Die Ergebnisse dieser Experimente bilden die Grundlage für weitere Fragestellungen im Bereich der kognitiven Neurowissenschaften.
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Hochauflösende Bildgebung des Gehirns
Forschende am Zentralinstitut für Seelische Gesundheit (ZI) setzen hochmoderne 7-Tesla-MRT-Geräte ein, um Gehirne in bisher unübertroffener Präzision abzubilden. Diese Technologie ermöglicht es, feinste Strukturen und sogar molekulare Vorgänge im Gehirn darzustellen. Gabriele Ende und Markus Sack erklären, dass sie damit bereits heute die Auswirkungen von Alkoholismus auf das Gehirn sichtbar machen und den Therapieverlauf kontrollieren können.
Die hohe Auflösung des 7-Tesla-MRT ermöglicht es, Ursachen von Erkrankungen wie Long-Covid besser zu untersuchen und möglicherweise medikamentös gegenzusteuern. Zudem kann die begrenzte Verweildauer der Probanden im MRT effektiver genutzt werden, da weniger Messungen für das gleiche Ergebnis notwendig sind. Dies ist besonders bei Menschen mit Suchtproblematik von Vorteil, die aufgrund eines Entzugs nicht lange stillliegen können.
Die gemessene Gehirnaktivität kann auch zur Überprüfung des Therapieerfolgs genutzt werden. So können Forschende sehen, ob Betroffene gelernt haben, ihr Belohnungssystem zu normalisieren. In einer Pilotstudie konnten sie zeigen, dass Alkoholpatienten im akuten Entzug einen signifikanten Anstieg von Glutamat in einer Gehirnregion aufweisen, die die Impulsivität steuert. Mit der Magnetresonanzspektroskopie (MRS) kann die Konzentration von Hirnmetaboliten bestimmt werden. Mithilfe der 13C-MRS soll die Verstoffwechselung von Glukose im Gehirn verfolgt und die Umwandlung zu Glutamat beobachtet werden.
Das Ziel ist, mit dem MRT in Zukunft sagen zu können, ob ein Medikament wirkt oder nicht. Strukturelle Veränderungen im Gehirn lassen sich oft bereits nach wenigen Stunden oder Tagen feststellen, während die Wirkung eines Antidepressivums teilweise Wochen dauert. Die neuen Möglichkeiten sollen einen Schritt in Richtung individualisierter Diagnosen ermöglichen.
Emotionale Selbstregulation und fMRT
Die funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT) ermöglicht zunehmend mehr Einblicke in die Arbeit des Gehirns. Wissenschaftler nutzen dieses bildgebende Verfahren, um Aufschluss über die Regulation von Emotionen zu gewinnen. Im Rahmen des interdisziplinären Forschungsprojekts „animal emotionale“ wird die Rolle von Emotionen als Bindeglied zwischen Erkennen und Handeln untersucht.
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In dem Teilprojekt „Emotionale Selbstregulation und kognitive Kontrolle“ wird untersucht, wie emotionale Zustände durch kognitive Prozesse beeinflusst werden können. Mittels fMRT-Einsatz wird analysiert, welche Faktoren emotionale Selbstregulation ermöglichen, wann diese hilfreich ist und inwiefern die Art und Weise der Regulation das Emotionserleben bestimmt.
Die Probanden betrachten in der Röhre Bilder mit ekelerregenden, Furcht einflößenden oder neutralen Motiven und erhalten die Anweisung, ihre Gefühle zu unterdrücken oder zuzulassen. Anhand des lokalen Sauerstoffverbrauchs der neuronalen Zellen lässt sich errechnen, welche Regionen des Gehirns besonders aktiviert sind. Die Amygdala und der präfrontale Kortex stehen dabei im Mittelpunkt der Untersuchung.
Einfluss des Magnetfelds auf die Raumwahrnehmung
Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Dr. Hans-Otto Karnath berichtet, dass die Untersuchung im MRT selbst die Gehirnleistungen beeinflusst. Das starke Magnetfeld des MRT-Scanners stimuliert ungewollt das Gleichgewichtsorgan und verzerrt dadurch die Raumwahrnehmung bei gesunden Versuchspersonen. Diese Erkenntnis ist bedeutsam für künftige Studien in den Neurowissenschaften, die die verfälschte räumliche Aufmerksamkeit im MRT-Scanner berücksichtigen müssen.
Die Forschenden beobachteten, dass sich gesunde Versuchspersonen im MRT plötzlich anders verhielten: Ihre räumliche Aufmerksamkeit driftete zur rechten Seite ab und das Gefühl für die Orientierung des eigenen Körpers im Raum war gestört. Die Hirntätigkeit ist unter dem Magnetfeld verändert. Möglicherweise kann das beobachtete Phänomen dazu genutzt werden, um Schlaganfallpatienten mit Neglect zu therapieren.
Elektroenzephalographie (EEG)
Die Elektroenzephalographie (EEG) ist eine Methode zur Messung der elektrischen Aktivität des Gehirns durch Aufzeichnung der Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche. Ein EEG wird zum Beispiel bei der Diagnostik von Epilepsien angewendet. In der Neurologie dient das EEG vor allem der Überprüfung der Gehirnaktivität. Für ein Routine-EEG sind bis zu 21 Elektroden notwendig, die meist in einer Art Haube eingearbeitet sind. Die Elektroden werden mit einem Kontaktgel eingestrichen und nach einem standardisierten Schema auf der Kopfhaut befestigt. Durch kurze Anweisungen können Änderungen der Hirnaktivität simuliert und im EEG aufgezeichnet werden. Die Ärzt:innen der Neurologie beurteilen das EEG nach Form, Frequenz und Amplitude der Wellen.
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Molekulare Prozesse im alternden Gehirn
Die reibungslose Weiterleitung neuronaler Impulse im Gehirn ist auf eine spezielle Kaskade eingespielter molekularer Prozesse angewiesen, die mit zunehmendem Alter aus dem Gleichgewicht gerät. Ein Team um den Saarbrücker Bioinformatiker Fabian Kern hat diese Prozesse genauer erforscht und herausgefunden, welche Gene die Aktivierung zentraler Gehirnzellen, der Oligodendrozyten, steuern.
Von entscheidender Bedeutung für ein gut funktionierendes Gehirn ist Myelin, eine isolierende Schicht um die Fortsätze unserer Nervenzellen. Ein schwerwiegender Verlust von Myelin ist eine der Hauptursachen der Multiplen Sklerose. Die aktuelle Forschungsarbeit entstand in Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen der Stanford University und baut auf einer Veröffentlichung in Nature aus dem Jahr 2022 auf. In der Studie wurde die Wirkweise des Signalproteins Fgf17 beschrieben, das normalerweise in der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit vorhanden ist, dort jedoch mit zunehmendem Alter in immer geringerer Konzentration vorkommt.
Das Saarbrücker Team konnte 2022 erstmals zeigen, dass für die Aktivierung der Oligodendrozyten das Gen SRF (Serum Response Factor) entscheidend ist. SRF aktiviert eine Palette von weiteren Genen und löst dadurch innerhalb der Zellen die Signalwege aus, die letztendlich zur erneuten Myelinisierung der Neuronen führen. Die aktuelle Arbeit hat die zellbiologischen Signalwege der Oligodendrozyten im Kontext von SRF detailliert aufgeschlüsselt.
Die Forschenden fanden heraus, dass SRF diejenigen Gene hochfährt, die das Zellskelett der Oligodendrozyten konstituieren. Dieses Netzwerk fadenförmiger Proteine sorgt dafür, dass die Oligodendrozyten beweglich werden, ihre Form stark verändern und letztlich die Myelinisierung überhaupt erst durchführen können. SRF ist also ein entscheidender Regulator für die Aktivierung von Zellskelett-Genen, die in Oligodendrozyten für die Myelinisierung erforderlich sind. Die Ergebnisse könnten ein Ansatz für ein neues Medikament sein, das in die Biologie der Oligodendrozyten eingreift und sich damit therapeutisch auf Alterungsvorgänge im menschlichen Gehirn auswirkt.
Aufgabenverteilung der Gehirnhälften beim Sprechen
Wenn wir sprechen, benötigen wir dazu beide Gehirnhälften. Jede übernimmt einen Teil der komplexen Aufgabe, Laute zu formen, die Stimme zu modulieren und das Gesprochene zu überprüfen. Die Aufgabenverteilung folgt jedoch anderen Prinzipien als bisher angenommen. Während die linke Hirnhälfte bei der Sprachkontrolle zeitliche Aspekte wie Übergänge zwischen Sprachlauten kontrolliert, ist die rechte Gehirnhälfte für das Klangspektrum zuständig.
Diese Aufgabenteilung könnte darauf beruhen, dass die linke Hirnhälfte generell schnelle Abläufe besser analysiert als die rechte. Die rechte Hirnhälfte könnte besser langsamere Abläufe kontrollieren, die zur Analyse des Klangspektrums benötigt werden. Eine vorangegangene Studie zur Handmotorik bestätigt diese Annahme. Demnach bevorzugen wir die rechte Hand für schnelle Abläufe und die linke Hand für langsame Abläufe.