Wissenschaftler entdecken Hirnschichten, die mit zunehmendem Alter stärker werden

Das menschliche Gehirn altert weniger als gedacht und in Schichten – zumindest in dem Bereich der Großhirnrinde, der für den Tastsinn zuständig ist. Zu diesem Schluss kommen Forscher des DZNE, der Universität Magdeburg und des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung an der Universität Tübingen. Sie stützen sich dabei auf Gehirnscans junger und älterer Erwachsener sowie auf Studien an Mäusen. Ihre Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht wurden, liefern auch neue Erkenntnisse darüber, wie sich die Fähigkeit zur Verarbeitung sensorischer Informationen mit dem Alter verändert.

Ein Prozessor für taktile Eingaben

Die menschliche Großhirnrinde ist nur wenige Millimeter dick und in zahlreichen Falten angeordnet. Dieses Gewebe wird mit zunehmendem Alter in der Regel dünner. „Das ist ein Kennzeichen des Alterns. Es wird unter anderem auf den Verlust von Nervenzellen zurückgeführt. Dadurch verschlechtern sich einige Fähigkeiten. Generell geht man davon aus, dass weniger Gehirnvolumen auch weniger Funktion bedeutet“, erklärt Prof. Esther Kühn, Neurowissenschaftlerin am DZNE und am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung. „Allerdings ist wenig darüber bekannt, wie die Großhirnrinde tatsächlich altert. Das ist bemerkenswert, da viele unserer täglichen Aktivitäten von einer funktionierenden Großhirnrinde abhängen. Deshalb haben wir die Situation mit hochauflösenden Gehirnscans untersucht.

Zusammen mit Kollegen aus Tübingen und Magdeburg konzentrierte sich Esther Kühn auf einen Teil der Großhirnrinde, in dem Signale aus dem Tastsinn verarbeitet werden. Dieser „primäre somatosensorische Kortex“ befindet sich links und rechts oben am Kopf und erstreckt sich entlang eines etwa fingerbreiten Streifens in Richtung der Ohren. „Dieser Bereich des Gehirns ist für die Wahrnehmung des eigenen Körpers und für die Interaktion mit der Umwelt relevant“, erklärt die Neurowissenschaftlerin. „Wenn ich einen Schlüssel aufhebe, einen Türgriff greife oder sogar gehe, brauche ich ständig haptisches Feedback, um meine Bewegungen zu steuern. Die entsprechenden Reize laufen in diesem Bereich zusammen und werden auch hier verarbeitet.“

Hirnschichten altern unterschiedlich

Mithilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) konnten die Forscher diesen Bereich der Großhirnrinde mit bisher unerreichter Genauigkeit kartieren. Dazu setzten sie einen besonders empfindlichen Scanner mit einer Magnetfeldstärke von sieben Tesla ein, der es ihnen ermöglichte, winzige Hirnstrukturen von der Größe eines Sandkorns abzubilden. Insgesamt wurden rund 60 Frauen und Männer im Alter zwischen 21 und 80 Jahren untersucht. Bislang wurde nicht berücksichtigt, dass der primäre somatosensorische Kortex aus einem Stapel mehrerer extrem dünner Gewebeschichten besteht, die jeweils eine eigene Architektur und Funktion haben. Die Forscher haben nun festgestellt, dass diese Schichten unterschiedlich altern. Obwohl die Großhirnrinde insgesamt dünner wird, bleiben einige ihrer Schichten stabil oder werden mit zunehmendem Alter sogar dicker. Vermutlich, weil sie besonders beansprucht werden und so ihre Funktionalität behalten. Die Experten sehen daher Hinweise auf Neuroplastizität, also Anpassungsfähigkeit, auch bei älteren Menschen.

Gestapelte Architektur

Die Schichtstruktur des primären somatosensorischen Kortex findet sich in ähnlicher Form auch in anderen Bereichen des menschlichen Gehirns – und sogar in anderen Organismen. In der aktuellen Studie zeigte sich, dass nicht nur die mittlere Schicht der Hirnrinde, sondern auch die darüber liegenden Bereiche bemerkenswert widerstandsfähig gegenüber dem Alterungsprozess sind. Die verschiedenen Schichten wurden anhand ihres Gehalts an Myelin unterschieden, einer Substanz, die für die Übertragung von Nervensignalen unerlässlich ist. „Die mittlere Schicht ist quasi das Tor für haptische Reize. In den darüber liegenden Schichten findet die weitere Verarbeitung statt“, sagt Kühn.

Bei sensorischen Reizen aus der Hand sind beispielsweise die oberen Schichten besonders an der Interaktion zwischen benachbarten Fingern beteiligt. Das ist wichtig beim Greifen von Gegenständen. Deshalb haben die Forscher mit ihren Studienteilnehmern auch Tests zur Tastempfindlichkeit und Motorik der Hand durchgeführt und sogenannte funktionelle MRT-Scans gemacht, um die Funktion der mittleren Schicht der Hirnrinde, in der die Signale empfangen werden, zu erfassen. Nur die tieferen Schichten der Großhirnrinde zeigten altersbedingte Degeneration: Sie waren bei älteren Studienteilnehmern dünner als bei jüngeren. In den unteren Schichten der Großhirnrinde findet ein Prozess statt, der als Modulation bezeichnet wird: Taktile Signale werden je nach Kontext verstärkt oder abgeschwächt.

Eine optimistische Sicht auf das Altern

„Die mittleren und oberen Schichten der Großhirnrinde sind am unmittelbarsten äußeren Reizen ausgesetzt. Sie sind permanent aktiv, weil wir ständig mit unserer Umwelt in Kontakt stehen“, so Kühn weiter. „Die neuronalen Schaltkreise in den unteren Schichten werden insbesondere im späteren Leben weniger stark stimuliert. Darüber hinaus könnten Unterschiede in der Alterung der Hirnschichten erklären, warum manche Fähigkeiten mit dem Alter nachlassen, andere weniger. Sensomotorische Fähigkeiten, die wiederholt geübt werden, wie das Tippen auf einer Tastatur, können auch im Alter lange stabil bleiben. Wenn jedoch störende Reize hinzukommen, wie beispielsweise eine laute Umgebung, fallen solche Tätigkeiten älteren Menschen in der Regel besonders schwer. Das könnte daran liegen, dass die Funktionalität der tiefen Schichten der Großhirnrinde nachlässt und dadurch die Modulation sensorischer Reize beeinträchtigt ist.“

Die Forscher fanden jedoch Hinweise darauf, dass Mechanismen in den tiefen Schichten der Großhirnrinde dem altersbedingten Funktionsverlust bis zu einem gewissen Grad entgegenwirken. Offenbar wirken kompensatorische Mechanismen einer spezifischen Zelldegeneration entgegen. Im Hinblick auf die Prävention wäre es interessant zu untersuchen, ob diese Mechanismen gezielt gefördert und aufrechterhalten werden können. Insgesamt stehen diese Ergebnisse laut den Forschern im Einklang mit der allgemeinen Vorstellung, dass wir mit geeigneten Stimulationen etwas Gutes für unser Gehirn tun können.