Wie das Gehirn den Verlust von Nervenzellen kompensiert

Wissenschaftler des Instituts für Physiologie der Universitätsmedizin Mainz haben entschlüsselt, wie das Gehirn in der Lage ist, seine Funktion bei einem Verlust von Nervenzellen weitestgehend aufrechtzuerhalten. 

Neuronen sind die wichtigsten Bausteine des Gehirns. Sie stellen die Basis für alle geistigen und körperlichen Funktionen wie Denken, Fühlen, Bewegung und Wahrnehmung dar. Im Laufe des Lebens können Nervenzellen im Gehirn aus verschiedenen Gründen verloren gehen. Einerseits können Nervenzellen durch altersbedingte Prozesse absterben. Zum anderen führen neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson zu einem schneller fortschreitenden Verlust von Neuronen.

Während die meisten Körperorgane alte oder beschädigte Zellen regelmäßig durch neue ersetzen, um ihre Organfunktion aufrechtzuerhalten, können sich neue Neuronen nur in bestimmten Regionen des Gehirns bilden. Im Kortex, der für komplexe Denkprozesse und die Wahrnehmung verantwortlich ist, ist die Fähigkeit zur Neubildung von Nervenzellen im Erwachsenenalter sehr eingeschränkt. „Dennoch zeigt sich die kortikale Gehirnfunktion in klinischen Untersuchungen oft überraschend widerstandsfähig gegenüber einem Neuronenverlust, der im Verlauf des Alterns oder bei neurodegenerativen Erkrankungen entsteht“, erläutert Prof. Simon Rumpel, Leiter der AG Systemische Neurophysiologie am Institut für Physiologie der Universitätsmedizin Mainz.

Bisher war nicht bekannt, wie das Gehirn in der Lage ist, den Verlust von Nervenzellen zu kompensieren und seine Funktion weitestgehend aufrechtzuerhalten. Um das herauszufinden, hat das Forschungsteam um Rumpel im Tiermodell die neuronalen Netzwerke im Auditorischen Kortex, der für die Verarbeitung von akustischen Reizen verantwortlich ist, untersucht. Grundlage für die bewusste Wahrnehmung von Geräuschen sind Aktivitätsmuster, die im Gehirn durch Schall hervorgerufen werden. Diese neuronalen Muster werden auch als Repräsentationskarte bezeichnet.

Die Forscher fanden heraus, dass sich die auditive Repräsentationskarte bei einem experimentell gezielt hervorgerufenen Verlust von nur wenigen spezifischen Nervenzellen zunächst destabilisierte. Dies deutet darauf hin, dass sich das für die Geräuschwahrnehmung zuständige neuronale Netzwerk prinzipiell in einer empfindlichen Balance befindet. Die Wissenschaftler beobachteten jedoch, dass sich bereits nach wenigen Tagen sehr ähnliche Aktivitätsmuster neu bildeten. Wie das Forschungsteam zeigen konnte, war dies darauf zurückzuführen, dass Nervenzellen, die zuvor nicht durch Schall aktiviert wurden, nun die Fähigkeit hatten, an die Stelle der verlorenen Neuronen zu treten.

„Mit unseren Untersuchungen haben wir aufgedeckt, dass neuronale Netzwerke im Gehirn über ein bemerkenswertes Potenzial zur Reorganisation verfügen. Wir nehmen an, dass dieser neu entdeckte neuronale Mechanismus auch eine wichtige Rolle für den Verlust von Nervenzellen bei natürlichen Alterungsprozessen sowie bei neurodegenerativen Erkrankungen spielen könnte. Auf Grundlage unserer Erkenntnisse können zukünftige Forschungsanstrengungen darauf abzielen, diese neuronale Reorganisation zu unterstützen“, betont Rumpel.