Neurogenese

Neurogenese ist die Bildung von Nervenzellen aus bestimmten Stamm- oder Vorläuferzellen bezeichnet, wobei man zwischen Neurogenese während der Embryonalentwicklung und Neurogenese nach der Geburt unterscheidet. Bis vor einigen Jahren galt Neurogenese im menschlichen erwachsenen zentralen Nervensystem als ausgeschlossen, selbst wenn bekannt war, dass bei verschiedenen Tieren wie bei einigen Singvögeln im Gehirn auch nach der Geschlechtsreife weiterhin Nervenzellen gebildet werden. Neuere Untersuchungen zur Neurogenese zeigen jedoch, dass es selbst in hohem Alter beim Menschen wie auch bei anderen Säugetieren zu einer Vermehrung neuronaler Stammzellen und zur Bildung neuer Nervenzellen kommen kann, wobei die Bildung neuer Zellen bei Tieren meist sowohl von geistiger als auch von körperlicher Aktivität abhängig ist.  In verschiedenen alten Hirnregionen aus der Frühzeit der Evolution – etwa dem Riechsystem, dem Hippocampus und der Amygdala – hatte man schon bei erwachsenen Primaten neugebildete Neuronen nachweisen können. Die entwicklungsgeschichtlich neuere Großhirnrinde, der größte und komplexeste Teil des Hirns, galt bisher als Ausnahme für die Selbstregenerierung. Vermutlich wird auch die adulte Neurogenese beim Menschen auf gleiche Art und Weise reguliert, etwa bei Informationsverarbeitung im Hippocampus. Grundsätzlich sind aber die Zellen des Gehirns beim erwachsenen Menschen fest miteinander verknüpft und strukturiert, denn schließlich benötigt das Hirn eine stabile stützende Struktur um Erinnerungen zu speichern und abrufbar zu machen. In „Nature“ berichtet die amerikanische Forscherin Sherre Florence (Vanderbilt Universität), dass im Gehirn von Affen Nervenzellen nach einem neurologischen Schaden die Reichweite ihrer Ausläufer (Dendriten) verdoppelt haben. Die untersuchten Affen wiesen Verletzungen auf, die eine Signalübertragung der sensorischen Nervenbahnen der Hand zur Großhirnrinde nicht mehr ermöglichten. Die im Gehirn (Cortex) betroffenen Nervenzellen suchten sich daraufhin neue Aufgaben. Mit Hilfe von bildgebenden Untersuchungsverfahren fand Florence heraus, dass die anfänglich „arbeitslosen“ Zellen Verbindungen zu weiter entfernt gelegenen Neuronen aufgenommen hatten. Die neuen Kontakte schienen voll funktionsfähig zu sein, was ein verändertes Aktivitätsmuster der betroffenen Hirnareale zeigte.

Bis Ende des vorigen Jahrtausends hielt sich das Dogma, dass im Gehirn von Erwachsenen keine neuen Nervenzellen mehr entstehen könnten und dass sich die Zahl der Neurone im Laufe des Lebens permanent verringert.  1998 gelang Thomas Björk-Erikssonder Nachweis der Neubildung von Nervenzellen bei Erwachsenen im Gehirn von verstorbenen Krebspatienten, die radioaktiv markierte DNA-Bausteine injiziert bekommen hatten, um das Tumorwachstum verfolgen zu können, wobei sich im Gehirn markierte Neurone fanden, was belegte, dass neue Gehirnzellen entstanden waren.

Nach derzeitigem Kenntnisstand gibt es im adulten Gehirn vor allem zwei Regionen, in denen Neurogenese stattfindet: im Bulbus olfactorius  und dem Hippocampus, der für Lern- und Gedächtnisvorgänge wichtig ist. Vermutlich entstehen neue Nervenzellen vor allem bei Beanspruchung der entsprechenden Areale, d.h., dass etwa  fremde Gerüche die Neurogenese im Riechkolben stimulieren. Bleiben solche Lernreize und Anregungen aus, gehen die neu entstandenen Hirnzellen jedoch wieder zu Grunde und reifen nicht zu funktionstüchtigen Neuronen heran. Offen ist auch die Frage, warum etwa gerade motorische Aktivität zu einer gesteigerten Neurogenese im Hippocampus führt, also einer Struktur mit vornehmlich kognitiven Funktionen, und welche Mechanismen diesem Prozess zugrunde liegen.

Die Neurogenese läuft nach zahlreichen Untersuchungen am adulten Gehirn sowohl unter normalen physiologischen als auch unter pathophysiologischen Bedingungen ab, und kann durch verschiedene exogene und endogene Faktoren moduliert werden, wobei die zugrundeliegenden Mechanismen noch weitgehend ungeklärt sind. Zahlreiche Studien beschäftigten sich in den vergangenen Jahren mit dem aktivitätsabhängigen Einfluss auf die Neurogenese unter physiologischen Bedingungen, allerdings ist über die aktivitätsabhängige Modulation neuer Nervenzellen unter pathophysiologischen Bedingungen nur wenig bekannt.

Es gibt auch die Vermutung, dass der Prozess der Schwangerschaft und der Kindererziehung durch das Wiederholen neuer, positiv emotional besetzter Handlungen die Neurogenese im Gehirn anstoßen könnte. Mittels der funktionellen Kernspintomografie konnte man angeblich Zuwächse in einigen Hirnarealen in  den Bereichen für emotionale Intelligenz, Sinneswahrnehmung, geistige Auffassung, Motivation, Aufmerksamkeit, Problemlösung, Setzen von Prioritäten, Gedächtnis und Lernen zeigen. Diese Zuwächse sind angeblich auch nicht nur vorübergehend, sondern einiges soll darauf hindeuten, dass diese Veränderungen im Gehirn, die durch die Schwangerschaftshormone und danach durch die Anregung bei der Betreuung und Erziehung der Kinder ausgelöst werden, über das restliche Leben erhalten bleiben. Allerdings dürfte es sich in diesem Fall weniger um Neurogenese handeln, sondern um eher durch individuelle Herausforderungen ausgelöste Lernprozesse, die sich in den genannten Gehirnregionen niederschlagen.

Es ist daher fraglich, ob Menschen mit neurodegenerativen Erkrankungen in Zukunft von diesen Erkentnissen profitieren, nichtsdestoweniger suchen Pharmaunternehmen  derzeit nach Substanzen, die eine Neubildung von Nervenzellen stimulieren und somit den Untergang von Neuronen ausgleichen könnten. Auch die Annahme, dass Sport  die Gehirnentwicklung bzw. -regeneration beeinflusst wurde bisher nur an Mäusen nachgewiesen, wobei sich die Ergebnisse wohl nicht unmittelbar auf den Menschen übertragenlassen. Immerhin handelt es sich bei den Forschungen um aktuell sprudelnde Geldquellen für einschlägige WissenschaftlerInnen 😉

Bei der posthumen Untersuchung von Menschen, die einen Schlaganfall erlitten hatten und an nichtneurologischen Ursachen verstorben waren, wurde mit Hilfe der Radiokarbonmethode das Alter der Nervenzellen in gesunden wie auch vom Schlaganfall betroffenen Arealen des Cortex bestimmt. Dabei stellte man, dass die Neuronen genauso alt waren wie die Patienten selbst, d. h., es gibt im Cortex offensichtlich keine nennenswerte Neubildung von Nervenzellen. Man hatte zunächst ja gehofft, dass die Neurogenese die Rehabilitation nach einem Schlaganfall auch im so wichtigen Neocortex unterstützt, doch ist das offenbar nicht der Fall, sodass die Wiederherstellung von verlorenen Gehirnfunktionen nach einem ischämischen Schlaganfall im Cortex vermutlich auf Plastizitätseffekte des Gehirns zurückgehen dürfte. Allerdings könnten geschädigte Nervenzellen ihr Erbgut reparieren und so überleben.

Literatur
Eriksson, P.S., Perfilieva, E., Björk-Eriksson, T., Alborn ,A.M., Nordborg, C., Peterson, D.A. & Gage, F.H. (1998) .Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nat Med 4, 1313-
1317.

Quellen

http://arbeitsblaetter.stangl-taller.at/GEHIRN/GehirnLernen.shtml (09-11-11)
http://www.focus.de/gesundheit/videos/neue-erkenntnisse-so-veraendert-sich-ihr-gehirn-wenn-sie-ein-kind-bekommen_id_4903098.html (15-09-16)




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