Die Neurogenese, die Neubildung von Nervenzellen im Gehirn, ist ein faszinierender Prozess, der unser Verständnis von der Anpassungsfähigkeit und Regenerationsfähigkeit des Gehirns grundlegend verändert hat. Lange Zeit galt es als Dogma, dass das Gehirn eines Erwachsenen keine neuen Nervenzellen mehr produziert. Neuere Forschungsergebnisse haben jedoch gezeigt, dass die Neurogenese auch im Erwachsenenalter stattfindet, wenn auch in begrenztem Umfang. Dieser Artikel beleuchtet die Dauer der Neurogenese, die Faktoren, die sie beeinflussen, und ihre Bedeutung für die Gehirnentwicklung, die Evolution und mögliche therapeutische Anwendungen.
Die Grundlagen der Neurogenese
Die Neurogenese ist ein hochkomplexer Prozess, bei dem aus neuralen Stammzellen neue Neuronen entstehen. Diese Stammzellen teilen sich und differenzieren sich in verschiedene Arten von Nervenzellen, die sich dann in die neuronalen Schaltkreise des Gehirns integrieren. Die Neurogenese findet hauptsächlich in zwei Regionen des Gehirns statt:
- Subventrikulärzone (SVZ): Diese Zone befindet sich in der Nähe der lateralen Ventrikel und ist eine wichtige Quelle für neue Neuronen, die zum Riechkolben wandern.
- Subgranulärschicht des Gyrus dentatus im Hippocampus: Der Hippocampus ist eine Hirnregion, die für Lernen, Gedächtnis und räumliche Orientierung von entscheidender Bedeutung ist.
Die Dauer der Neurogenese
Die Dauer der Neurogenese variiert je nach Spezies und Hirnregion. Bei Mäusen dauert die Neurogenese im Hippocampus etwa vier bis sechs Wochen. Beim Menschen ist die Neurogenese ein langwierigerer Prozess, der mehrere Monate oder sogar Jahre dauern kann. Studien haben gezeigt, dass auch im hohen Alter noch neue Nervenzellen im Hippocampus gebildet werden, was darauf hindeutet, dass die Neurogenese ein lebenslanger Prozess ist.
Faktoren, die die Neurogenese beeinflussen
Verschiedene Faktoren können die Neurogenese beeinflussen, sowohl positiv als auch negativ. Zu den wichtigsten Faktoren gehören:
- Genetische Faktoren: Gene spielen eine wichtige Rolle bei der Steuerung der Neurogenese. Beispielsweise hat das Protein Phf21b einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung des Gehirns und die Produktion von Neuronen aus neuralen Stammzellen. Auch das menschenspezifische Gen ARHGAP11B, das für die Expansion des menschlichen Neokortex wesentlich ist, bewirkt eine Verlängerung der neurogenen Phase.
- Umweltfaktoren: Eine stimulierende Umgebung, körperliche Aktivität und soziale Interaktion können die Neurogenese fördern. Studien haben gezeigt, dass Mäuse, die in einer Umgebung mit vielen Reizen leben, mehr neue Nervenzellen im Hippocampus bilden als Mäuse, die in einerStandardumgebung leben.
- Mütterliche Umgebung: Die mütterliche Umgebung während der Schwangerschaft hat einen dominanten Einfluss auf die Länge der neurogenen Phase und damit auf die Anzahl der Nervenzellen, die für die oberen neokortikalen Schichten gebildet werden.
- Hormone: Hormone wie Serotonin spielen eine Rolle bei der Neurogenese. Serotonin kann den Prozess sowohl unterdrücken als auch kontextabhängig fördern.
- Krankheiten: Neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer können die Neurogenese beeinträchtigen. Studien haben gezeigt, dass die Zahl und der Reifegrad der neuen Gehirnzellen im Gewebe von Alzheimer-Patienten deutlich verringert sind.
- Transkranielle Pulsstimulation (TPS): Die Transkranielle Pulsstimulation (TPS) ist eine nicht-invasive Methode, die Stoßwellen verwendet, um bestimmte Regionen im Gehirn gezielt zu stimulieren. Dabei werden Stoffwechselprozesse an den synaptischen Schaltstellen (den Axonen) der Nervenzellen aktiviert und regelrecht trainiert, also stimuliert. Die extrem kurzen Schallpulse der Transkraniellen Pulsstimulation führen zu kurzfristigen Membranveränderungen an den Gehirnzellen. Die Konzentration von Transmittern und anderen biochemischen Stoffen wird dabei lokal verändert. Die Konsequenz ist eine Aktivierung von Nervenzellen und der Aufbau kompensatorischer Netzwerke, also die Bildung neuer Synapsen, die die erkrankte Hirnfunktion verbessern. Zudem werden Wachstumsfaktoren freigesetzt, die wiederum die Entwicklung von Stammzellen beeinflussen. Darüber hinaus kommt es zu einer Verbesserung der Gehirndurchblutung sowie zur Bildung neuer Gefäße und zur Nervenregeneration. Schließlich kann die Behandlung die Ausschüttung von Stickoxid und die Stimulation der sog.
Neurogenese und Gehirnentwicklung
Die Neurogenese spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung des Gehirns. Während der Embryonalentwicklung werden verschiedene Arten von Zellen zu bestimmten Zeitpunkten und an bestimmten Orten gebildet. Die Neurogenese sorgt dafür, dass das Gehirn die richtige Anzahl und Art von Nervenzellen erhält, um seine komplexen Funktionen ausführen zu können.
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Studien haben gezeigt, dass die Verlängerung der neurogenen Phase ein zentraler Aspekt der Vergrößerung des Neokortex ist. Der Neokortex ist der evolutionär jüngste Teil des Gehirns und für höhere kognitive Funktionen wie Sprache, Denken und Bewusstsein verantwortlich. Die Verlängerung der neurogenen Phase ermöglicht die Produktion von mehr Nervenzellen in den oberen Schichten des Neokortex, was zu einer Vergrößerung dieser Hirnregion führt.
Neurogenese und Evolution
Die Neurogenese hat auch eine wichtige Rolle bei der Evolution des Gehirns gespielt. Die Verlängerung der neurogenen Phase ist ein wichtiger Faktor für die Vergrößerung des Neokortex im Laufe der Evolution. Der menschliche Neokortex ist etwa dreimal so groß wie der unserer nächsten lebenden Verwandten, der Schimpansen. Diese Vergrößerung des Neokortex hat es uns ermöglicht, unsere einzigartigen kognitiven Fähigkeiten zu entwickeln.
Neurogenese und therapeutische Anwendungen
Die Erkenntnisse über die Neurogenese haben das Potenzial, neue Therapien für neurologische Erkrankungen zu entwickeln. Die Förderung der Neurogenese könnte dazu beitragen, die Schäden zu reparieren, die durch Erkrankungen wie Alzheimer, Schlaganfall und Parkinson verursacht werden.
Es gibt bereits vielversprechende Ansätze, um die Neurogenese therapeutisch zu nutzen. Dazu gehören:
- Medikamente: Es gibt Medikamente, die die Neurogenese fördern können. Diese Medikamente werden derzeit in klinischen Studien untersucht, um ihre Wirksamkeit bei der Behandlung von neurologischen Erkrankungen zu testen.
- Gentherapie: Die Gentherapie könnte verwendet werden, um die Expression von Genen zu erhöhen, die die Neurogenese fördern.
- Stammzelltherapie: Die Stammzelltherapie könnte verwendet werden, um neue Nervenzellen in das Gehirn einzubringen.
- Transkranielle Pulsstimulation (TPS): Durch die Aktivierung und Stimulation von Nervenzellen und den Aufbau kompensatorischer Netzwerke, die die erkrankte Hirnfunktion verbessern, kann die TPS die Neurogenese unterstützen. Zudem werden Wachstumsfaktoren freigesetzt, die wiederum die Entwicklung von Stammzellen beeinflussen.
Die Bedeutung eines aktiven Lebensstils für die Neurogenese
Ein aktiver Lebensstil mit reichen Erfahrungen macht das Leben nicht nur lebenswerter, sondern scheint unseren Geist auch länger wachzuhalten. Eine stimulierende Lebensumgebung und körperliche Betätigung wirken sich tatsächlich auf die Teilungsaktivität von Stammzellen in der Hippocampus-Region des Gehirns aus.
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Gerd Kempermann veranschaulicht das an einem Beispiel: „Sie parken Ihr Auto jeden Tag an einer anderen Stelle. Also müssen Sie jeden Tag die kognitive Landkarte in Ihrem Kopf aktualisieren. Es ist nicht nötig, den Parkplatz vom Vortag zu vergessen. Der Hippocampus ist bei vielen neurodegenerativen Erkrankungen früh betroffen, so auch bei Demenz. Alzheimer-Patienten kommen daher kaum damit zurecht, wenn sich das Umfeld verändert. Im Alter geht die Neubildung von Nervenzellen im Hippocampus immer stärker zurück, dem Netzwerk aus Nervenzellen geht damit Flexibilität verloren.
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