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Mittwoch, 28.09.2016
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Überbleibsel von Atomtests lösen Hirnrätsel

Vergangene Kernwaffentests helfen, die Geburtsrate neuer Neuronen im Gehirn zu bestimmen

Eine ungewöhnliche Methode: Überbleibsel der Atomwaffentests von vor rund 50 Jahren haben Forschern geholfen zu belegen, dass unser Gehirn auch im Erwachsenenalter noch Neuronen nachbildet. Denn die Tests der Jahre 1955 bis 1963 erhöhten den Anteil des C-14-Kohlenstoffs in der Atmosphäre - und wurden auch in die Körper der damals Lebenden eingebaut. Rund 1.400 Gehirnzellen pro Tag werden demnach in einer bestimten Hirnregion gebildet, wie die Forscher im Fachmagazin "Cell" berichten.
US-Atomwaffentest auf Christmans Island im Pazifik im Jahr 1962

US-Atomwaffentest auf Christmans Island im Pazifik im Jahr 1962

"Lange Zeit wurde angenommen, dass wir mit einer bestimmten Anzahl von Hirnzellen geboren werden, und dass es nicht möglich ist, neue Neuronen nach der Geburt zu bilden", erläutert Studienleiter Jonas Frisén vom Karolinska-Institut in Stockholm. Bei vielen Tieren, vor allem bei den als Modellen sehr beliebten Mäusen und Ratten, ist das anders: Dort wird auch im erwachsenen Gehirn regelmäßig Zell-Nachschub produziert, so dass bestimmte Hirnteile sogar ständig wachsen. Allerdings gibt es seit einiger Zeit Hinweise darauf, dass es vielleicht auch beim Menschen neue Nervenzellen im Lauf des Lebens gibt.

Wie viele das sind und ob sie überhaupt ausreichen, um eine Rolle für die Funktionsfähigkeit des Gehirns zu spielen, blieb jedoch unklar. Daher suchten Frisén und seine Kollegen jetzt nach einer Möglichkeit, die neuen Mitglieder im Hirnverbund zu quantifizieren. Ihre Idee: Gelänge es, das Geburtsjahr der einzelnen Zellen zu bestimmen, könnte man direkt sehen, ob es neue Hirnzellen im Erwachsenenalter gibt und daraus zudem berechnen, wie viele das sind.

C-14 aus Atomtests als Indikator


Zu Hilfe kam ihnen dabei eine Methode, die Frisén vor ein paar Jahren entwickelt hatte. Sie nutzt einen Nebeneffekt der vielen Kernwaffentests, die während des Kalten Krieges vor allem in den Jahren 1955 bis 1963 durchgeführt wurden. Damals stieg der Anteil des Kohlenstoffisotops C-14 in der Atmosphäre drastisch an. Nach der Einigung auf einen Stopp der oberirdischen Tests 1963 begann er dann, wieder zu fallen – und zwar mit einer mittlerweile ziemlich genau bekannten Geschwindigkeit.

Über die Nahrungskette erhält auch der menschliche Körper exakt die Menge des schweren Kohlenstoffatoms, die gerade in der Atmosphäre zu finden ist. Gewebe, das sich in dieser Zeit bildet, fixiert die C-14-Konzentration wie eine Art Schnappschuss der aktuellen Bedingungen. Genau dies machten sich Frisén und seine Kollegen zunutze: Sie untersuchten für ihre Studie die kohlenstoffhaltige DNA von Gehirnzellen aus Gewebespenden Verstorbener, um herauszufinden, ob diese zum Teil auch während der Nukleartests gebildet wurden - und damit zu einer Zeit, als viele der Spender bereits erwachsen waren.


Forschungslandschaft Gehirn

Forschungslandschaft Gehirn

1.400 neue Gehirnzellen pro Tag


Das Ergebnis: Bei vielen Spendern, die zwischen 1955 und 1963 bereits jugendlich oder erwachsen waren, fanden die Forscher Neuronen mit C-14-Werten, die denen der Atomwaffentest-Zeit entsprachen. Das sei ein klarer Hinweis darauf, dass bei diesen Menschen auch nach der Geburt noch neue Gehirnzellen entstanden seien, so die Forscher. Mit Hilfe verschiedener mathematischer Modelle konnten die Wissenschaftler sogar das Ausmaß der Neubildung berechnen: Täglich bilden sich demnach etwa 1.400 neue Nervenzellen, wobei die genaue Anzahl von Mensch zu Mensch schwankt.

Selbst bei den Gewebespendern, die währen der Atomtests bereits 42 Jahre und älter waren, zeigten sich Hinweise auf eine Neubildung von Neuronen, wenngleich etwas weniger als bei jüngeren. Das zeigt, dass die Gehirnzellbildung bis ins Alter anhält. Allerdings scheint die Neubildung nur in bestimmten Bereichen des Hippocampus stattzufinden, wie die Forscher berichten. Vermutlich handele es sich dabei um den sogenannten Gyrus dentatus, einen Bereich im Hippocampus, der als eine Art Eingangspforte für Signale gilt. Insgesamt nehmen knapp ein Drittel aller Neuronen des Hippocampus an dieser Erneuerung teil.

Recycling hält Gehirn flexibel


Allerdings wächst durch die neugebildeten Neuronen das Gehirn nicht: Stattdessen handelt es sich um eine Art Recyclingsystem, wie Frisén und seine Kollegen erklären. Denn parallel zum Neuentstehen der Neuronen werden alte Zellen abgebaut, so dass die Größe des Hippocampus im Lauf des Lebens sogar leicht abnimmt.

Warum der Körper diesen Aufwand treibt, können die Forscher auch erklären: Denn junge Neuronen sind noch flexibler als ältere. Indem der Hippocampus stets für Nachschub junger Gehirnzellen sorgt, kann er Funktionen aufrechterhalten, die mit ausschließlich alten Nervenzellen nicht machbar wären. Dazu gehört beispielsweise eine gute Mustererkennung, die für die Bildung neuer, differenzierter Erinnerungen wichtig ist. Ältere Neuronen sind dagegen auf das Erkennen von Gemeinsamkeiten bei Mustern spezialisiert und damit auf das Zusammenfassen ähnlicher Erinnerungen und das Generalisieren.

Diesem Zusammenhang wollen die Wissenschaftler nun noch genauer nachgehen. Es sei nämlich bekannt, dass Menschen mit Depressionen oder auch anderen psychischen Problemen häufig stark zu Generalisieren neigen – und das gehe möglicherweise auf eine reduzierte Neubildung von Neuronen im Hippocampus zurück. (Cell, 2013; doi: 10.1016/j.cell.2013.05.002)
(Cell, 10.06.2013 - ILB)
 
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