Das erstaunliche Gehirn
Das Gehirn formt nicht nur, wer wir sind, sondern auch die Welt, die wir erleben. Es sagt uns, was wir sehen, was wir hören und was wir sagen sollen. Es wird erweitert, um eine neue Sprache oder Fähigkeit aufzunehmen, die wir lernen. Es erzählt Geschichten, wenn wir schlafen. Es sendet Alarmsignale und spornt den Körper zum Laufen oder Kämpfen an, wenn er Gefahr spürt. Das Gehirn passt sich an Umgebungen an, sodass wir uns nicht über einen ständigen Geruch in einem alten Haus oder das ständige Summen der Klimaanlage ärgern. Unser Gehirn schaut zur Sonne und sagt unserem Körper, wie spät es ist. Das Gehirn speichert schmerzhafte und angenehme Erinnerungen.
Aber so wichtig das Gehirn für unsere Existenz ist, so mysteriös ist es für uns immer noch wie ein Planet aus einer weit entfernten Galaxie. Selbst im Jahr 2018 entdecken Neurowissenschaftler noch grundlegende Fakten über dieses etwa 3 Pfund. (1,4 kg) Masse des Gewebes. Manchmal erhalten Forscher einen Einblick in ein menschliches Gehirn oder sehen, was mit einer Person passiert, wenn ein großer Teil des Gehirns fehlt. In anderen Fällen müssen Wissenschaftler Mäuse untersuchen, um mehr über das Gehirn von Säugetieren zu erfahren, und dann raten, wie sich diese Ergebnisse auf unser eigenes Gehirn auswirken.
Hier sind einige faszinierende Dinge, die wir 2018 über das Gehirn gelernt haben.
Eine neue Art von Neuron
Es ist nicht jeden Tag, dass Wissenschaftler einen völlig neuen Zelltyp im menschlichen Gehirn entdecken, insbesondere einen, der in den bevorzugten nichtmenschlichen Subjekten der Neurowissenschaftler, den Mäusen, nicht zu finden ist. Das "Hagebutten-Neuron", das wegen seines buschigen Aussehens so genannt wurde, war Wissenschaftlern bis zu diesem Jahr entgangen, auch weil es so selten ist.
Diese schwer fassbare Gehirnzelle macht nur etwa 10 Prozent der ersten Schicht des Neokortex aus, eines der neuesten Teile des Gehirns in Bezug auf die Evolution (was bedeutet, dass die weit entfernten Vorfahren des modernen Menschen diese Struktur nicht hatten). Der Neokortex spielt beim Sehen und Hören eine Rolle. Die Forscher wissen noch nicht, was das Hagebutten-Neuron tut, aber sie fanden heraus, dass es sich mit anderen Neuronen, den sogenannten Pyramidenzellen, einer Art exzitatorischem Neuron, verbindet und sie bremst.
U.D., der neurowissenschaftliche Patient
Ein Junge, in der medizinischen Literatur als "U.D." Vor vier Jahren wurde ein Drittel der rechten Gehirnhälfte entfernt, um seine schwächenden Anfälle zu reduzieren. Der Teil des Gehirns, der entfernt wurde, umfasste die rechte Seite seines Okzipitallappens (das Sehverarbeitungszentrum des Gehirns) und den größten Teil seines rechten Temporallappens, das Tonverarbeitungszentrum des Gehirns. Jetzt Alter 11, U.D. Ich kann die linke Seite seiner Welt nicht sehen, aber er funktioniert genauso gut wie andere in seinem Alter in Bezug auf Kognition und Sehverarbeitung, auch ohne diesen wichtigen Teil des Gehirns.
Das liegt daran, dass beide Seiten des Gehirns die meisten Aspekte des Sehens verarbeiten. Laut einer Fallstudie über U.D. dominiert jedoch die Rechte bei der Erkennung von Gesichtern, während die Linke bei der Verarbeitung von Wörtern dominiert.
Diese Studie zeigt die Plastizität des Gehirns; In Abwesenheit des rechten Bildverarbeitungszentrums von U.D. trat das linke Zentrum ein, um dies zu kompensieren. In der Tat fanden die Forscher heraus, dass die linke Seite des Gehirns von U.D. Gesichter genauso gut erkannte wie die rechte.
Das Gehirn kann Bakterien enthalten
In unserem Gehirn wimmelt es möglicherweise von Bakterien. Aber keine Sorge - es sieht nicht so aus, als würden sie Schaden anrichten.
Zuvor dachten Wissenschaftler, dass das Gehirn eine bakterienfreie Umgebung sei und dass das Vorhandensein von Mikroben ein Zeichen für eine Krankheit sei. Vorläufige Ergebnisse einer Studie, die dieses Jahr auf dem großen jährlichen wissenschaftlichen Treffen der Society for Neuroscience vorgestellt wurde, ergaben jedoch, dass unser Gehirn tatsächlich harmlose Bakterien aufnehmen kann.
Die Forscher in dieser Studie hatten 34 postmortale Gehirne untersucht und nach Unterschieden zwischen denen mit Schizophrenie und denen ohne diese Erkrankung gesucht. Die Forscher stießen jedoch immer wieder auf stäbchenförmige Objekte in ihren Bildern, und diese Formen erwiesen sich als Bakterien.
Die Mikroorganismen schienen an einigen Stellen im Gehirn mehr zu verweilen als an anderen; Zu diesen Bereichen gehörten der Hippocampus, der präfrontale Kortex und die Substantia nigra. Die Mikroben wurden auch in Gehirnzellen gefunden, die Astrozyten genannt werden und sich in der Nähe der Blut-Hirn-Schranke befinden, der "Grenzmauer", die das Gehirn schützt.
Die Ergebnisse wurden noch nicht in einem von Experten begutachteten Journal veröffentlicht, und es sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die Ergebnisse zu bestätigen, so die Wissenschaftler.
Das Gehirn ist magnetisch
Unser Gehirn ist magnetisch. Zumindest enthalten Gehirne Partikel, die magnetisiert werden können. Wissenschaftler wissen jedoch nicht genau, warum sich diese Partikel im Gehirn befinden oder woher sie stammen. Einige Forscher glauben, dass diese magnetisierbaren Partikel einem biologischen Zweck dienen, während andere sagen, dass die Partikel aufgrund von Umweltverschmutzung in das Gehirn gelangt sind.
In diesem Jahr haben Wissenschaftler herausgefunden, wo sich diese Partikel im Gehirn befinden. Die Ergebnisse ihrer Studie, sagten die Forscher, liefern Beweise dafür, dass die Partikel aus einem bestimmten Grund vorhanden sind. Das liegt daran, dass in allen Gehirnen, die die Wissenschaftler untersuchten - von sieben Menschen, die Anfang der neunziger Jahre zwischen 54 und 87 Jahren starben - die magnetischen Partikel immer in denselben Bereichen konzentriert waren. Die Forscher fanden auch heraus, dass die meisten Teile des Gehirns diese kleinen Magnete enthielten.
Viele tierische Gehirne haben auch magnetische Partikel, und es gibt sogar Hinweise darauf, dass Tiere diese Partikel zum Navigieren verwenden. Darüber hinaus verwenden eine Art von Bakterien, die als magnetotaktische Bakterien bezeichnet werden, die Partikel, um sich im Raum zu orientieren.
Virus für das menschliche Bewusstsein verantwortlich?
Ein uraltes Virus hat vor langer Zeit Menschen infiziert, und dieser Eindringling hat seinen genetischen Code in unserer DNA zurückgelassen. In diesem Jahr fanden Forscher heraus, dass Ausschnitte dieser alten viralen DNA eine wichtige Rolle bei der Kommunikation zwischen Gehirnzellen spielen, die für das Denken höherer Ordnung erforderlich ist.
Es ist nicht ungewöhnlich, dass Menschen Schnipsel viralen genetischen Codes mit sich herumtragen. Etwa 40 bis 80 Prozent des menschlichen Genoms bestehen aus Genen, die von Viren zurückgelassen werden.
In der diesjährigen Studie stellten die Forscher fest, dass ein virales Gen namens Arc andere genetische Informationen verpackt und von einer Nervenzelle zur nächsten weiterleitet. Dieses Gen hilft auch Zellen, sich im Laufe der Zeit neu zu organisieren. Darüber hinaus treten Probleme mit dem Arc-Gen häufig bei Menschen mit Autismus oder anderen neuralen Störungen auf.
Die Forscher hoffen nun herauszufinden, durch welchen Mechanismus das Arc-Gen in unser Genom gelangt ist und was genau es unseren Gehirnzellen sagt.
Junge Zellen in alten Gehirnen oder nah?
Unser Körper entsorgt ständig alte Zellen und bildet neue. Aber jahrzehntelang glaubten Wissenschaftler, dass dieser Zellumsatz in alternden Gehirnen nicht vorkommt. In den letzten Jahren haben jedoch Studien an Mäusen - und einige frühe Studien an Menschen - Fragen zu diesem Begriff aufgeworfen.
In diesem Jahr lieferte ein Artikel den ersten starken Beweis dafür, dass ältere Gehirne neue Zellen bilden. Die Forscher untersuchten 28 postmortale, nicht erkrankte Gehirne von Menschen im Alter von 14 bis 79 Jahren, als sie starben. Die Wissenschaftler schnitten den Hippocampus jedes Gehirns auf, einen Bereich des Gehirns, der für das Lernen und das Gedächtnis wichtig ist, und zählten dann die Anzahl der jungen Zellen, die nicht vollständig ausgereift waren. Die Forscher fanden heraus, dass ältere Gehirne genauso viele neue Zellen hatten wie jüngere, aber dass die älteren Gehirne weniger neue Blutgefäße und Verbindungen zwischen Gehirnzellen herstellten.
Um die Sache zu verkomplizieren, fand eine andere Studie, die einen Monat vor dieser veröffentlicht wurde, das Gegenteil und kam zu dem Schluss, dass erwachsene Gehirne keine neuen Zellen im Hippocampus bilden. Die Meinungsverschiedenheit könnte auf die Art und Weise zurückzuführen sein, wie das Gehirn in den beiden Studien erhalten wurde, und auf die Art des untersuchten Gehirns. (Die frühere Studie untersuchte Gehirne mit unterschiedlichen Gesundheitszuständen, während die spätere Studie nur nicht erkrankte Gehirne untersuchte. Sie hätten auch verschiedene Konservierungstechniken anwenden können, die die Zellen beeinflussen könnten.)
Dein Gehirn auf Stress
Schlechte Nachrichten: Stress kann das Gehirn schrumpfen lassen. Das geht aus einer im Oktober dieses Jahres veröffentlichten Studie hervor.
In der Studie untersuchten die Forscher mehr als 2.000 gesunde Menschen mittleren Alters und stellten fest, dass Menschen mit einem höheren Spiegel des Stresshormons Cortisol etwas geringere Gehirnvolumina hatten als Menschen mit normalen Mengen des Hormons. Menschen mit höheren Cortisolspiegeln schnitten bei Gedächtnistests ebenfalls schlechter ab als Menschen mit normalen Hormonspiegeln. Es sollte angemerkt werden, dass beide Befunde Assoziationen zwischen Stress und Gehirn sind und keine Ursache-Wirkungs-Befunde.
Stress ist normal für den Körper: In stressigen Momenten steigt der Cortisolspiegel zusammen mit dem eines anderen Hormons, Adrenalin. Diese Hormone wirken zusammen, um Ihren Körper in eine Kampf- oder Fluchtreaktion zu versetzen. Aber sobald der stressige Teil vorbei ist, sollte der Cortisolspiegel sinken. Sie tun dies jedoch nicht immer. Einige Menschen, insbesondere in diesem modernen Leben, können über lange Zeiträume einen erhöhten Cortisolspiegel haben. Die Reduzierung von Stress - beispielsweise durch besseren Schlaf, Bewegung, Entspannungstechniken und die Einnahme von Cortisol-reduzierenden Medikamenten - könnte eine Reihe von Vorteilen haben, so die Forscher.
Lässt dein Gehirn dich deine eigenen Schritte hören?
Klicken, klicken, klicken: Möglicherweise müssen Sie Ihrem Gehirn dafür danken, dass Sie nicht jeden einzelnen Schritt hören, den Sie unternehmen. Eine in diesem Jahr an Mäusen durchgeführte Studie ergab, dass das Gehirn der Maus das Geräusch der eigenen Schritte des Lebewesens auslöschte. Dadurch konnten die Kreaturen andere Geräusche in ihrer Umgebung besser hören, beispielsweise die Geräusche eines Raubtiers.
Die Forscher fanden heraus, dass das Gehirn der Maus einen Rauschfilter baute, als sich das Gehirn an einen bestimmten Klang gewöhnte. Dies geschah, indem Zellen im motorischen Kortex, einem Bereich des Gehirns, der an der Bewegung beteiligt ist, an den auditorischen Kortex, einen Bereich, der am Schall beteiligt ist, gekoppelt wurden. Einfach ausgedrückt, Gehirnzellen im motorischen Kortex feuern Signale ab, um zu verhindern, dass Gehirnzellen im auditorischen Kortex ihre eigenen Signale auslösen - was im Wesentlichen den auditorischen Kortex stummschaltet.
Und obwohl die Studie an Mäusen durchgeführt wurde, glauben die Wissenschaftler, dass die Ergebnisse auch für Menschen gelten könnten. Das liegt daran, dass wir bereits ähnliche Systeme haben. Zum Beispiel lernen die Gehirne von Eiskunstläufern, welche Bewegungen zu erwarten sind, und hemmende Neuronen heben Reflexe auf, die diese Athleten daran hindern würden, sich zu drehen und ihre verrückten Wirbel auszuführen.
Psychedelika können die Struktur von Gehirnzellen verändern
Laut einer neuen Studie können Psychedelika die Struktur von Gehirnzellen physisch verändern. Diese Forschung wurde an Gehirnzellen in Laborschalen und bei Tieren durchgeführt. Wenn die Ergebnisse jedoch für den Menschen zutreffen, könnten die Ergebnisse bedeuten, dass diese Medikamente Menschen mit bestimmten Stimmungsstörungen helfen können.
Dies liegt daran, dass bei Menschen mit Depressionen, Angstzuständen oder anderen Stimmungsstörungen Neuronen im präfrontalen Kortex, einem Teil des Gehirns, der für die Kontrolle von Emotionen wichtig ist, tendenziell schrumpfen. Und ihre Zweige - mit denen Neuronen mit anderen Neuronen sprechen - ziehen sich zurück. Als die Wissenschaftler Petrischalen mit Rattenneuronen Psychedelika wie LSD und MDMA hinzufügten, stellten sie fest, dass die Anzahl der Verbindungen und Zweige in den Nervenzellen zunahm.
Ein zweites Gehirn im Darm?
Millionen von Gehirnzellen leben im Dickdarm, und da diese Zellen ohne Anweisungen des Gehirns oder der Wirbelsäule funktionieren, bezeichnen Wissenschaftler ihre Masse manchmal als "das zweite Gehirn". Diese Masse hat aber auch einen wissenschaftlichen Namen: das enterische Nervensystem. Und eine neue Studie an Mäusen zeigt, dass das System ziemlich intelligent ist. Es kann synchronisierte Neuronen abfeuern, um die Muskeln zu stimulieren und ihre Aktivität zu koordinieren, so dass es beispielsweise Kot aus dem Körper bewegen kann.
Das eigentliche Gehirn (das in Ihrem Kopf) kann dies auch tun - das Feuern von Neuronen synchronisieren - in den frühen Stadien der Gehirnentwicklung. Dies bedeutet, dass die Neuronenaktionen im Darm eine "ursprüngliche Eigenschaft" aus den ersten Stadien der Evolution des zweiten Gehirns sein könnten. Einige Wissenschaftler nehmen sogar an, dass sich das zweite Gehirn vor dem ersten entwickelt hat und dass dieses Zündmuster vom frühesten funktionierenden Gehirn im Körper stammt.
