Amygdala: Funktion, Neurologie und Störungen

Einführung

Die Amygdala, auch Mandelkern genannt, ist eine Hirnstruktur, die eine zentrale Rolle bei der Verarbeitung von Emotionen, insbesondere Angst und Furcht, spielt. Sie ist Teil des limbischen Systems, einem Netzwerk von Hirnstrukturen, die an der Entstehung von Emotionen und Gedächtnis beteiligt sind. Störungen der Amygdala können zu einer Vielzahl von neurologischen und psychiatrischen Problemen führen, darunter Angststörungen, Zwangsstörungen und Beeinträchtigungen der Körperwahrnehmung.

Funktion der Amygdala

Die Amygdala als Alarmanlage

Die Amygdala fungiert als eine Art Alarmanlage im Gehirn. Innerhalb von Millisekunden bewertet sie Situationen und schätzt Gefahren ein. Einige Anblicke, Geräusche oder Gerüche lösen schon von Geburt an oder nach einmaliger Begegnung Angst aus. So fürchten sich auch Laborratten, die nie in Freiheit gelebt haben, wenn sie den Schrei einer Eule hören oder den Geruch eines Raubtiers in die Nase bekommen. Manche Ängste sind zwar nicht angeboren, aber sehr leicht zu erwerben. Affen etwa fürchten sich vor Schlangen, sobald sie eine entsprechende Emotion als Reaktion auf ein Reptil bei einem anderen Affen beobachten konnten. Ähnlich sensitiv reagieren die Amygdala von Primaten auf negative Gesichtsausdrücke anderer.

Informationsverarbeitung in der Amygdala

Der Neurowissenschaftler Joseph LeDoux von der New York University hat die zugrundeliegenden Mechanismen als einen Schaltkreis der Angst beschrieben, der über zwei Wege Informationen an die Amygdala sendet: einmal schnell, grob und fehleranfällig, und einmal langsam, aber durch genaue Analyse überprüft. Ausgangspunkt ist stets der Thalamus. Dieser Teil des Zwischenhirns bildet das Tor zum Bewusstsein und ist eine wichtige zentrale Schaltstelle für Nachrichten von den Sinnesorganen. Erhält er einen emotionalen Reiz wie zum Beispiel ein lautes Geräusch, leitet er eine grobe Skizze des Sinneseindrucks direkt weiter an einen kleinen Zellverbund („Furcht-an“ Neurone) in der lateralen Amygdala. Werden diese Zellverbände aktiviert, fließt die Information weiter zum zentralen Kern der Amygdala. Hier werden die defensiven Verhaltensprogramme aktiviert. So werden körperliche Angstreaktionen ausgelöst. Dank dieser thalamo-amygdalären Verbindung können Tier und Mensch blitzschnell auf eine Gefahr reagieren. Auch der Hirnstamm und die Großhirnrinde werden informiert. Der Hirnstamm löst automatische Verhaltensreaktionen aus, die von einem Erstarren über Flucht bis zum Angriff reichen können.

Zusätzlich zu der von LeDoux als „quick and dirty“, also als schnell und schmutzig beschriebenen Abkürzung führt daher vom Thalamus zur Amygdala auch die so genannte „high road“ der kognitiven Verarbeitung. Auf dieser bewussten Route gelangt die Sinnesinformation vom Thalamus zuerst in den Cortex und den Hippocampus. Dort werden die Eindrücke genauer analysiert, bevor sie die Amygdala erreichen. Die sensorischen Areale des Neocortex ermöglichen uns, die Angstreize differenzierter wahrzunehmen und beispielsweise die Trippelschritte einer Frau von schweren Männerschritten zu unterscheiden. Dafür aber braucht das Gehirn auch seine Zeit: Bis die Informationen über den Cortex zur Amygdala gelangen, dauert es doppelt so lange wie auf dem direkten Weg vom Thalamus. Zudem bringt der Hippocampus über die langsame Route auch bewusste Erinnerungen an unangenehme oder angstauslösende Situationen mit ins Spiel. Genau wie der Neocortex ist auch der Hippocampus mit der Amygdala verbunden. Er kann die Furcht eindämmen, indem er die Merkmale feiner analysiert und einen Reiz als ungefährlich bewertet.

Die Amygdala und Stress

Eine sehr wichtige Hirnregion für unsere Erleben von Stress und Angst ist die Amygdala. Sie steuert - zusammen mit anderen Hirnregionen - unsere psychischen und körperlichen Reaktionen auf stress- und angstauslösende Situationen. Treffen bei ihr Signale ein, die höhere Aufmerksamkeit erfordern, zum Beispiel, wenn etwas neu oder gefährlich ist, dann feuern ihre Nervenzellen. Wir werden wacher und aufmerksamer. Dies geschieht bereits, bevor wir die Gefahr bewusst erkennen. Ab einer bestimmten Schwelle der Nervenaktivität setzt die Amygdala die Stressreaktion in Gang und aktiviert so die Kampf- und Flucht-Reaktion. Um die Kampf- und Fluchtreaktion auszulösen, nutzt die Amygdala zwei Wege. Der schnellere Weg läuft über das sogenannte sympathische Nervensystem, das den Körper auf Aktivität einstimmt. Etwas langsamer ist der Weg über den Hypothalamus. Der Hypothalamus ist ein komplexes Gebilde im Zwischenhirn, das grundlegende Funktionen unseres Körpers steuert. Für die Stressreaktion setzt er eine ganze Kaskade von Hormonen in Gang.

Lesen Sie auch: Neurologie vs. Psychiatrie

Parallel informiert die Amygdala den Hypothalamus, dass Gefahr im Verzug ist. Der Hypothalamus schüttet hormonelle Botenstoffe aus, unter anderem das Corticotropin-releasing-Hormon. Dieses Hormon wirkt auf die Hirnanhangdrüse im Gehirn - auch Hypophyse genannt. Es sorgt dafür, dass sie ein weiteres Hormon freisetzt, das Adrenocorticotropin, kurz ACTH. Es gelangt mit dem Blut zur Rinde der Nebenniere und veranlasst diese, das Stresshormon Kortisol auszuschütten. Kortisol ist ein lebenswichtiges Glukokortikoid, das auch viele andere Funktionen im Körper hat. Ist es im Übermaß vorhanden, kann es den Körper aber auch schädigen. Zusammen sorgen die Hormone und das sympathische Nervensystem dafür, dass unser Körper mehr Sauerstoff und Energie bekommt, um schnell zu handeln.

Die Amygdala setzt nicht nur die Stressreaktion in Gang, sondern veranlasst auch eine bedeutende Gedächtnisregion im Gehirn, den ganz in der Nähe gelegenen Hippocampus, sich die stressauslösende Situation gut zu merken. Auf diese Weise lernen wir, uns vor dem Stressor in Acht zu nehmen. Kommen wir erneut in eine derartige Situation, läuft die Stressreaktion noch schneller ab. Forschungen haben gezeigt, dass chronischer Stress die Zellfortsätze im Hippocampus schädigen kann. Sie sind Teil der Nervenzelle und wichtig für die Aufnahme von Information. Schrumpfen sie, wirkt sich das negativ auf das Gedächtnis aus.

Auch mit dem "denkenden" Teil des Gehirns ist die Amygdala eng verbunden, vor allem mit einem stammesgeschichtlich jüngeren Teil unseres Hirns, dem Stirnlappen. Er ist wichtig für die Kontrolle der Emotionen. Wie der Name sagt, sitzt er hinter der Stirn. Er wird auch präfrontaler Cortex genannt. Mit seiner Hilfe können wir durch logische Analyse und Denken unsere Emotionen beeinflussen. Er spielt eine große Rolle bei der Bewertung, ob wir einen Stressor für bewältigbar halten oder nicht, und für unser Verhalten in der stressigen Situation. Chronischer Stress allerdings kann den präfrontale Cortex verändern, so dass es schwieriger wird, sinnvolle Entscheidungen zu treffen.

Neuronale Mikro-Schaltkreise in der Amygdala

Neuere Studien haben gezeigt, dass bestimmte Gruppen von Nervenzellen in der Amygdala (Mandelkern) für diese Schaltkreise und damit die Regulierung von Angst entscheidend sind. Die Amygdala ist eine kleine mandelförmige Hirnstruktur im Zentrum des Gehirns, die Informationen über furchterregende Reize empfängt und an andere Gehirnregionen wie etwa das motorische Zentrum weiterleitet. Eine Gruppe um die Professoren Stéphane Ciocchi von der Universität Bern und Andreas Lüthi vom Friedrich-Miescher-Institut in Basel entdeckte, dass die Amygdala in diesen Abläufen eine viel aktivere Rolle spielt als bisher angenommen: Sie ist nicht nur zentrale „Drehscheibe“, sondern enthält selber Mikro-Schaltkreise, welche die Blockierung von Furchtreaktionen regulieren (siehe Nature Communications, Online-Veröffentlichung am 6.7.2021). In Tiermodellen konnte nachgewiesen werden, dass die Unterdrückung dieser neuronalen Mikro-Schaltkreise zu einem langanhaltenden ängstlichen Verhalten führt. Werden sie jedoch aktiviert, normalisiert sich das Verhalten trotz vorheriger Angst wieder.

Die Forschenden um Stéphane Ciocchi und Andreas Lüthi untersuchten die Aktivität von Nervenzellen der zentralen Amygdala bei Mäusen während einer Blockierung von Furchtreaktionen. Dabei konnten sie verschiedene Zelltypen identifizieren, die einen Einfluss auf das Verhalten der Tiere hatte. Für ihre Studie setzten die Forschenden mehrere Methoden ein, unter anderem verwendeten sie auch eine Technik namens Optogenetik. Mit dieser konnten sie im Tiermodell die Aktivität einer Amygdala-Zellgruppe, die ein bestimmtes Enzym produziert, mit Lichtimpulsen präzise ausschalten. Dadurch war die Blockierung von Furchtreaktionen beeinträchtigt, worauf die Tiere übermäßig ängstlich wurden.

Lesen Sie auch: Expertise in Neurologie: Universitätsklinik Heidelberg

Störungen der Amygdala

Angststörungen

Angststörungen sind schwerwiegende psychische Erkrankungen, bei denen Patienten unter extremen Ängsten und Sorgen oder unter plötzlichen unerklärlichen Panikattacken leiden. Rund zehn Prozent der Bevölkerung leiden unter Angststörungen, und nur einem Teil der Betroffenen kann mit heutigen Therapieansätzen effektiv geholfen werden. Die Patienten zeigen unter anderem eine erhöhte neuronale Aktivität im Mandelkern des Gehirns, auch Amygdala genannt. Dieser Teil des Gehirns spielt für die Verarbeitung von Emotionen wie Angst und Panik eine wichtige Rolle. Eine Überaktivierung der Amygdala könnte also maßgeblich zur Entstehung von übertriebenen Angstgefühlen beitragen.

Synapsen sind die Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen im Gehirn, an denen Informationen von einer Nervenzelle auf die nächste übertragen werden. An hemmenden Synapsen führt diese Übertragung dazu, dass die Aktivität von benachbarten Nervenzellen gehemmt wird. In der Amygdala beispielsweise bremst dies die Weitergabe von Angst auslösenden Reizen. Benzodiazepine stärken diese Bremse - treffen aber leider nicht nur die hemmenden Synapsen, die Angstreize übertragen, sondern auch zahlreiche andere hemmende Synapsen im Gehirn. Dadurch können erhebliche Nebenwirkungen wie ausgeprägte Schläfrigkeit und Konzentrationsstörungen entstehen.

Mäuse helfen den Göttinger Forschern dabei, krankhaftes Angst in Tierversuchen zu untersuchen. Während gesunde Tiere eine leere Testkammer neugierig erkunden, verkriechen sich Nager mit gestörtem Angstverhalten ängstlich in der Ecke. Blockieren Wissenschaftler in diesen Mäusen aber die Herstellung des kürzlich entdeckten Proteins IgSF9b, bewegen sich die Tiere wieder frei in dieser Kammer. IgSF9b bildet an hemmenden Synapsen eine Proteinbrücke zwischen zwei benachbarten Nervenzellen. „Eine Blockade von IgSF9b hat auf Mäuse mit einer genetisch verursachten Angststörung eine angstlösende Wirkung und normalisiert das Angstverhalten der Tiere. Eine Untersuchung der Amygdala in diesen Tieren zeigt, dass sich auch die Überaktivierung der Amygdala normalisiert, und dass dies erwirkt wird, indem die synaptische Übertragung an hemmenden Synapsen in der Amygdala gestärkt wird.

Zwangsstörungen

Wenn ein molekularer Signalweg in der Gehirnregion Amygdala zu stark aktiviert ist, kann das zu Zwangsstörungen führen. Manche Menschen haben große Angst vor Schmutz und Krankheitserregern. Bei ihnen kann sich ein Waschzwang entwickeln; sie reinigen sich dann ständig die Hände oder den Körper. Ein Teufelskreis, denn nach dem Waschen kommt die Angst vor neuem Schmutz schnell zurück. Die Betroffenen finden keinen Ausweg mehr. An solchen und anderen Zwangsstörungen leiden etwa zwei Prozent der Bevölkerung wenigstens einmal im Leben. Zwangsstörungen werden, wie auch Depressionen, Essstörungen und andere psychiatrische Krankheiten, mit Antidepressiva behandelt. Deren Wirkmechanismus ist allerdings unspezifisch, also nicht auf die Ursachen der jeweiligen Krankheit zugeschnitten.

Professor Kai Schuh vom Physiologischen Institut der Universität Würzburg und sein Team erforschen in Zusammenarbeit mit der Psychiatrie und der Neurologie die Grundlagen von Zwangserkrankungen. „Wir haben jetzt an einem Mausmodell nachgewiesen, dass allein ein Fehlen des Proteins SPRED2 ein übersteigertes Sauberkeitsverhalten auslösen kann“, sagt er. Das sei bedeutsam, weil für diese Art von Leiden noch kein klarer Auslöser identifiziert ist. Das Protein SPRED2 kommt in allen Zellen des Körpers vor, besonders konzentriert tritt es im Gehirn auf - und zwar in den Basalganglien und der Amygdala-Region. Normalerweise hemmt das Protein einen wichtigen Signalweg der Zelle, die so genannte Ras/ERK-MAP-Kinase-Kaskade. „Es ist vor allem der gehirnspezifische Initiator des Signalwegs, die Rezeptortyrosinkinase TrkB, die hier verstärkt aktiv ist und die überschießende Reaktion der nachgeschalteten Komponenten bewirkt“, erklärt die Biologin Dr. Wird die übermäßig aktive Signalkaskade im Tiermodell mit einem Hemmstoff beruhigt, führt das zu einer Milderung der Zwangshandlungen. Zudem konnte die Würzburger Forschungsgruppe die Zwangsstörung - in Analogie zur gängigen Therapie beim Menschen - mit einem Antidepressivum behandeln. Durch die erstmals aufgedeckte Verbindung von Zwangserkrankungen mit der Ras/ERK-MAP-Kinase-Signalkaskade ergeben sich auch neue Ansatzpunkte für Therapiemöglichkeiten.

Lesen Sie auch: Aktuelle Informationen zur Neurologie in Salzgitter

Beeinträchtigung der Körperwahrnehmung

Bei Störungen in der Amygdala im Gehirn sind die Betroffenen besonders anfällig für Illusionen und Körperwahrnehmungsstörungen. Ein Forscherteam unter Leitung der Universität Bonn berichtet, dass diese auch Mandelkern genannte Hirnstruktur effektiv vor Körperwahrnehmungsstörungen schützt.

Ein Team um Prof. René Hurlemann von der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie des Universitätsklinikums Bonn (UKB) hat dieses Experiment an eineiigen Zwillingen durchgeführt, die beide am Urbach-Wiethe-Syndrom erkrankt sind. Bei der seltenen Erkrankung sind unter anderem in beiden Schläfenlappen des Gehirns die Mandelkerne defekt. „Als eine Folge ist bei den Zwillingen die Körperwahrnehmung beeinträchtigt“, berichtet Hurlemann. Prompt stellte sich bei den Zwillingsschwestern die Gummihand-Illusion besonders rasch und sehr ausgeprägt ein. Ein Jahr später widerholten die Forscher das Experiment an den Zwillingen - mit gleichem Ergebnis.

Mit weiteren Experimenten verfolgten die Forscher diese Spur. Sie wiederholten das Experiment an einer Kontrollgruppe mit 20 gesunden Frauen. Dabei zeigte sich, dass es viel länger dauerte als bei den Zwillingen mit defekten Amygdalae, bis sich die Gummihand-Illusion einstellte. Wie sich anhand eines standardisierten Fragebogens zeigte, war darüber hinaus die Sinnestäuschung bei den Frauen mit intakten Amygdalae viel schwächer als bei den Zwillingen.

Im nächsten Schritt hat das Forscherteam am Bonner Universitätsklinikum mit einem Hirnscanner das Volumen der Amygdalae bei 57 Probanden (36 Frauen und 21 Männer) gemessen. Außerdem wurde erneut das Gummihand-Experiment durchgeführt und die Zeit gemessen, bis die Gummihand-Illusion auftrat. Anschließend verabreichten die Wissenschaftler den Probanden an zwei aufeinanderfolgenden Terminen ein Oxytocin-Spray und ein Placebo-Spray in die Nase. Das Oxytocin verstärkte die Gummihand-Illusion: Der Effekt trat viel schneller ein und war deutlich stärker als nach Placebo-Gabe. Für Hurlemann deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Amygdala generell eine Schutzfunktion vor gestörter Körperwahrnehmung hat.

Auswirkungen einer fehlenden Amygdala

Die Hirnregion Amygdala - auch Mandelkern genannt - ist tatsächlich der Sitz der Angst. Dies gelang nun US-Forschern mit Hilfe einer Frau, deren Amygdala durch eine Erkrankung zerstört wurde. Angstgefühle hat die Betroffene vollständig verloren, wie ihre Reaktionen auf klassische Angstsituationen, Befragungen und ihre Einträge in ein elektronisches Tagebuch zeigen. Empfindungen wie Freude, Wut oder Trauer sind bei der Frau dagegen unverändert.

Die aktuellen Ergebnisse belegen den Forschern zufolge erstmals detailliert die Funktion der Amygdala bei der Entstehung von Angst beim Menschen und könnten für die Angstforschung von großer Bedeutung sein. Die Frau, der die Ergebnisse zu verdanken sind, wird von den Forschern als "SM" bezeichnet. Von der fehlenden Hirnfunktion durch ein Absterben von Nervenzellen ist bei ihr nur die Amygdala betroffen, andere Bereiche sind voll funktionsfähig. Tests hatten schon zuvor gezeigt, dass Intelligenz, Sprache und Wahrnehmung bei SM normal ausgeprägt sind. Im Vergleich zu Menschen mit normaler Amygdala zeige sie lediglich ein verändertes Verhalten gegenüber Angstsituationen, berichten die Forscher.

Um ihre Empfindungen zu dokumentieren, begleiteten die Wissenschaftler SM bei einem Besuch in einem Tiergeschäft, wo sie mit Spinnen und Schlangen konfrontiert wurde. Vor dem Verlust der Funktion der Amygdala hatte die Frau nach eigenen Aussagen vor diesen Tieren Angst gehabt. Während des Tests konnte sie die Tiere dagegen problemlos berühren, ohne das Bedürfnis zu empfinden, sich von ihnen fernzuhalten. Sie habe lediglich ein Gefühl der Neugier verspürt, sagte die 44-Jährige. Ähnliche Ergebnisse lieferten ein Besuch in einem Spukhaus mit starken Schreckeffekten sowie das. Die Ergebnisse der Befragungen und die Auswertung eines elektronischen Tagebuchs, in dem die Frau ihre Empfindungen akribisch dokumentierte, vervollständigten das Bild: Freude kann SM empfinden, ebenso wie Wut oder Trauer über schlimme Erlebnisse. Angst machen ihre diese negativen Situationen dagegen nicht.

Therapieansätze

Die Forscher sehen in diesen Ergebnissen eine wichtige Basis für die Entwicklung neuer Behandlungsformen von Angststörungen. Medikamente, die auf die Amygdala einwirken, könnten so beispielsweise Menschen helfen, die nach schrecklichen Erlebnissen unter Angstzuständen leiden, wie beispielsweise Kriegsveteranen. Die Wissenschaftler betonen allerdings auch die große Bedeutung der Angst als Schutzmechanismus: „Die Angst hilft uns beim Überleben, indem sie uns bedrohliche Situationen vermeiden lässt“, sagt Justin Feinstein.

Ein besseres Verständnis dieser Vorgänge trägt dazu bei, spezifischere Therapien für diese Störungen zu entwickeln.

tags: #neurologie #amygdala #literatur