Wie Cortisol das Navigationssystem des Gehirns stört

Das Stresshormon Cortisol stört laut einer Studie aus Bochum das Navigationssystem des Gehirns. Es beeinträchtigt die Funktion der sogenannten Gitterzellen, die für die Orientierung entscheidend sind.

Dass Stress das menschliche Verhalten und Denken beeinflusst, ist hinlänglich bekannt. Doch wie genau das Stresshormon Cortisol die Schaltkreise im Gehirn stört, die für die Navigation zuständig sind, war bisher kaum verstanden. Ein Team um Dr. Osman Akan vom Bochumer Lehrstuhl für Kognitionspsychologie ging dieser Frage mit Kolleginnen und Kollegen vom Lehrstuhl für Neuropsychologie der Ruhr-Universität Bochum sowie vom Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf nach. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „PLOS Biology“ veröffentlicht.

Virtueller Orientierungstest im Kernspintomografen

40 gesunde Männer nahmen an dem Versuch teil, jeweils an zwei verschiedenen Tagen. An einem Tag erhielten die Probanden 20 Milligramm Cortisol, am zweiten ein Placebo. An beiden Tagen absolvierten sie einen Orientierungstest, während ihre Hirnaktivität im Kernspintomografen aufgezeichnet wurde.

Für den Test mussten die Teilnehmenden in einer virtuellen weitläufigen Wiesenlandschaft nacheinander verschiedene Bäume ansteuern, die nach der Ankunft jeweils verschwanden. Anschließend mussten sie den direkten Rückweg zum Ausgangspunkt finden, ohne dass die Strecke dorthin vorgegeben war. In einem Teil des Tests war die Umgebung völlig frei von permanenten Orientierungspunkten, die Bäume dienten lediglich als temporäre Zielpunkte. In einem anderen Teil des Tests diente ein Leuchtturm als dauerhafte Orientierungshilfe.

Neuronales Koordinatensystem fällt unter Stress aus

Cortisol verschlechterte die Orientierung der Teilnehmenden deutlich. Verglichen mit den Ergebnissen nach der Placebo-Einnahme machten die Probanden signifikant größere Fehler beim Finden ihrer Ziele, unabhängig von räumlichen Hinweisreizen oder der Schwierigkeit der Strecke.

Der Einfluss von Cortisol zeigte sich auch in den funktionellen Kernspinaufnahmen. Ohne den Einfluss des Stresshormons Cortisol feuert eine spezielle Gruppe von Nervenzellen im entorhinalen Kortex während räumlicher Orientierungsaufgaben in einem Gittermuster – daher der Name Gitterzellen; sie bilden sozusagen das innere Navigationssystem des Menschen.

Unter dem Einfluss von Cortisol verschwamm das Aktivitätsmuster der Gitterzellen; insbesondere beim Navigieren in Umgebungen ohne Landmarken hatten die Zellen praktisch keine Funktion mehr. „Unter Stress verliert das Gehirn die Fähigkeit, seine internen Navigationskarten effektiv zu nutzen“, resümiert Akan.

Zudem beobachteten die Forschenden unter Cortisol eine verstärkte Aktivierung in einem anderen Hirnareal, dem Nucleus caudatus. „Das deutet darauf hin, dass das Gehirn versucht, den Ausfall des Haupt-Navigationssystems im entorhinalen Kortex durch alternative Strategien zu kompensieren“, erklärt Akan.

Bedeutung für das Verständnis der Alzheimer-Krankheit

Der enthorinale Kortex ist diejenige Gehirnregion, die bei der Alzheimer-Erkrankung als eine der ersten geschädigt wird. „Da chronischer Stress als Risikofaktor für Demenz gilt, liefert unsere Studie einen entscheidenden Mechanismus, wie Stresshormone diese empfindliche Region destabilisieren“, fasst Akan zusammen.