Seit über einem Jahrzehnt versuchen Neurowissenschaftler herauszufinden, wie Neurogenese (die Geburt neuer Neuronen) und Neuroplastizität (die Formbarkeit neuronaler Schaltkreise) zusammenwirken, um unser Denken, Erinnern und Verhalten neu zu gestalten.

Diese Woche wurde in einer aufsehenerregenden neuen Studie mit dem Titel „Adult-Born Neurons Modify Excitatory Synaptic Transmission to Existing Neurons“ (Neuronen im Erwachsenenalter verändern die erregende synaptische Übertragung auf bestehende Neuronen) berichtet, wie sich neugeborene Neuronen (die durch Neurogenese entstanden sind) in ein „neues und verbessertes“ neuronales Geflecht einweben. Die Ergebnisse wurden im Januar 2017 in der Fachzeitschrift eLife veröffentlicht.

In dieser hochmodernen Studie an Mäusen fanden Neurowissenschaftler der University of Alabama at Birmingham (UAB) heraus, dass die Kombination aus Neurogenese und Neuroplastizität dazu führte, dass weniger fitte ältere Neuronen in Vergessenheit gerieten und abstarben, während die rüstigen, jungen neugeborenen Neuronen bestehende neuronale Schaltkreise übernahmen, indem sie robustere synaptische Verbindungen herstellten.

Für ihre jüngste UAB-Studie konzentrierten sich Linda Overstreet-Wadiche und Jacques Wadiche – beide außerordentliche Professoren an der Abteilung für Neurobiologie der Universität von Alabama in Birmingham – auf die Neurogenese im Gyrus dentatus des Hippocampus.

Der Gyrus dentatus ist ein Epizentrum der Neurogenese, das unter anderem für die Bildung neuer episodischer Erinnerungen und die spontane Erkundung neuer Umgebungen verantwortlich ist.

Im Einzelnen konzentrierten sich die Forscher auf neugeborene Körnerzellenneuronen im Gyrus dentatus, die durch die Bildung von Synapsen mittels Neuroplastizität in ein neuronales Netzwerk eingebunden werden müssen, um am Leben zu bleiben und an der laufenden Funktion des neuronalen Schaltkreises teilzunehmen.

Es gibt nur zwei große Hirnregionen, von denen man derzeit annimmt, dass sie in der Lage sind, im Erwachsenenalter durch Neurogenese ständig neue Neuronen hervorzubringen: zum einen der Hippocampus (Zentrum des Langzeit- und Raumgedächtnisses) und zum anderen das Kleinhirn (Zentrum des Koordinations- und Muskelgedächtnisses). Bemerkenswert ist, dass die Körnerzellen die höchste Rate an Neurogenese aufweisen. Sowohl der Hippocampus als auch das Kleinhirn sind vollgepackt mit Körnerzellen.

Interessanterweise ist mäßige bis starke körperliche Aktivität (MVPA) eine der effektivsten Möglichkeiten, die Neurogenese und die Entstehung neuer Körnerzellen im Hippocampus und im Kleinhirn zu stimulieren. (Als einer der Eckpfeiler der Plattform The Athlete’s Way schreibe ich seit über einem Jahrzehnt über den Zusammenhang zwischen MVPA und Neurogenese. Klicken Sie auf diesen Link, um eine Vielzahl von Psychology Today-Beiträgen zu diesem Thema zu lesen.)

Die Körnerzellen wurden erstmals von Santiago Ramón y Cajal identifiziert, der 1899 wunderschöne Skizzen anfertigte, die zeigen, wie die Körnerzellen synaptische Verbindungen mit den Purkinje-Zellen im Kleinhirn herstellen. Seine atemberaubenden und mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Illustrationen sind derzeit als Leihgabe des Instituto Santiago Ramón y Cajal in Madrid, Spanien, im Rahmen der Wanderausstellung „The Beautiful Brain“ in den Vereinigten Staaten zu sehen.

(Nebenbei bemerkt ist der Riechkolben der einzige andere subkortikale Hirnbereich, von dem bekannt ist, dass er hohe Neurogeneseraten aufweist. Spekulativ könnte dies ein Grund dafür sein, dass der Geruch eine so unauslöschliche und sich ständig verändernde Rolle in unserer Gedächtnisbildung und „Erinnerung an Vergangenes“ spielt.

Neurogenese und Neuroplastizität arbeiten zusammen, um neuronale Schaltkreise neu zu verdrahten

Einer der Schlüsselaspekte der neuronalen Plastizität wird als neuronaler Darwinismus oder „neuronales Pruning“ bezeichnet, was bedeutet, dass jedes Neuron, das nicht in einem Netzwerk „gefeuert und verdrahtet“ ist, wahrscheinlich gelöscht wird. Die neuesten Forschungsergebnisse der UAB deuten darauf hin, dass neugeborene Neuronen eine Rolle bei der Beschleunigung dieses Prozesses spielen, indem sie in einer Art neuronalen Überlebenskampf gegen ihre älteren oder abgenutzten Gegenstücke „gewinnen“.

Lange bevor es neurowissenschaftliche Studien über Neuroplastizität und Neurogenese gab, beschrieb Henry David Thoreau unwissentlich den Prozess, wie die Pfade, die der eigene Geist beschreitet, fest verdrahtet werden können (wenn man in einem Trott stecken bleibt), indem er einen gut ausgetretenen Pfad durch den Wald beschrieb. In Walden schreibt Thoreau,

„Die Oberfläche der Erde ist weich und von den Füßen der Menschen beeindruckbar; und so ist es auch mit den Pfaden, die der Geist beschreitet. Wie abgenutzt und staubig müssen dann die Straßen der Welt sein, wie tief die Spurrillen der Tradition und der Konformität!“

Aus psychologischer Sicht bietet die neueste Entdeckung der UAB die aufregende Möglichkeit, dass durch die Einbindung erwachsener Neuronen in bestehende neuronale Netze neue Erinnerungen geschaffen und ältere Erinnerungen verändert werden können.

Durch Neurogenese und Neuroplastizität kann es möglich sein, einen frischen und unverbrauchten Weg für die eigenen Gedanken zu bahnen. Man könnte vermuten, dass dieser Prozess die Möglichkeit eröffnet, sich neu zu erfinden und sich vom Status quo zu entfernen oder vergangene traumatische Ereignisse zu überwinden, die Angst und Stress hervorrufen. Fest verdrahtete, auf Angst basierende Erinnerungen führen oft zu Vermeidungsverhalten, das Sie davon abhalten kann, Ihr Leben in vollen Zügen zu leben.

Zukünftige Forschungen zur Neurogenese könnten zu neuen PTSD-Behandlungen führen

Granulatzellen im Gyrus dentatus sind Teil eines neuronalen Schaltkreises, der sensorische und räumliche Informationen aus anderen Bereichen des Gehirns verarbeitet. Durch die Integration von sensorischen und räumlichen Informationen ist der Gyrus dentatus in der Lage, einzigartige und detaillierte Erinnerungen an eine Erfahrung zu erzeugen.

Vor dieser Studie hatten Overstreet-Wadiche und ihre UAB-Kollegen einige grundlegende Fragen darüber, wie die neu geborenen Körnerzellen im Gyrus dentatus funktionieren. Sie stellten sich zwei konkrete Fragen:

1. Da die Zahl der Neuronen im Gyrus dentatus durch Neurogenese zunimmt, während die Zahl der Neuronen im Kortex gleich bleibt, bildet das Gehirn zusätzliche Synapsen von den kortikalen Neuronen zu den neuen Körnerzellen?
2. Oder übertragen einige kortikale Neuronen ihre Verbindungen von reifen Körnerzellen auf die neuen Körnerzellen?

In einer Reihe von komplexen Experimenten mit Mäusen fanden Overstreet-Wadiche et al. fanden heraus, dass einige der kortikalen Neuronen in der Großhirnrinde alle ihre früheren Verbindungen mit älteren Körnerzellen (die vielleicht abgenutzt waren oder ihre beste Zeit hinter sich hatten) auf die frisch geborenen Körnerzellen übertrugen, die in den Startlöchern standen.

Diese revolutionäre Entdeckung öffnet die Tür, um zu untersuchen, wie die Umverteilung von Synapsen zwischen alten und neuen Neuronen dem Gyrus dentatus hilft, durch die Bildung neuer Verbindungen auf dem neuesten Stand zu bleiben.

Eine der Schlüsselfragen, denen die Forscher in den kommenden Experimenten auf den Grund gehen wollen, lautet: „Wie hängt diese Umverteilung mit den positiven Effekten von körperlicher Betätigung zusammen, die auf natürliche Weise die Neurogenese erhöht?“

In der Zukunft könnte die Spitzenforschung zur Neurogenese und Neuroplastizität zu fein abgestimmten neurobiologischen Behandlungen von Krankheiten wie posttraumatischer Belastungsstörung (PTSD) und Demenz führen. In einer Erklärung an die UAB sagte Overstreet-Wadiche,

„In den letzten 10 Jahren gab es Hinweise auf eine Umverteilung von Synapsen zwischen alten und neuen Neuronen, möglicherweise durch einen Wettbewerbsprozess, den die neuen Zellen tendenziell ‚gewinnen‘. Unsere Ergebnisse sind wichtig, weil sie direkt zeigen, dass die alten Zellen Verbindungen verlieren, damit die neuen Zellen Verbindungen gewinnen können.

Der Prozess der adulten Neurogenese fügt dem Netzwerk also nicht nur neue Zellen hinzu, sondern fördert auch die Plastizität des bestehenden Netzwerks. Es wird interessant sein zu untersuchen, wie die Neurogenese-induzierte Plastizität zur Funktion dieser Hirnregion beiträgt.

Neurogenese wird typischerweise mit einer verbesserten Aufnahme neuer Informationen in Verbindung gebracht, aber einige Studien haben auch nahegelegt, dass Neurogenese das „Vergessen“ bestehender Erinnerungen fördert.“

Aerobes Training ist der effektivste Weg, um die Neurogenese zu stimulieren und Neuronen im Erwachsenenalter zu bilden

In den letzten 10 Jahren beruhten die Ratschläge, die ich in The Athlete’s Way gegeben habe, auf der Überzeugung, dass jeder durch tägliches Training die Neurogenese stimulieren und seine Einstellung und Lebenseinstellung durch Neuroplastizität optimieren kann.

Das Programm wurde entwickelt, um neuronale Netze umzugestalten und Ihre Denkweise zu optimieren. Von Anfang an basierte dieses Programm auf der Entdeckung, dass aerobes Training den neurotrophen Faktor des Gehirns (BDNF) produziert und die Geburt neuer Neuronen durch Neurogenese stimuliert. Ich beschreibe meine Philosophie in der Einleitung zu The Athlete’s Way,

„Die Verlagerung des Schwerpunkts von dünneren Oberschenkeln auf einen stärkeren Geist macht dieses Übungsbuch einzigartig. The Athlete’s Way konzentriert sich nicht nur darauf, ein Sixpack zu formen oder einen stählernen Hintern zu modellieren. Wir sind vielmehr daran interessiert, Ihre Neuronen zu stärken und Ihre Synapsen neu zu formen, um eine optimistische, belastbare und entschlossene Einstellung zu schaffen. Das Ziel ist die Transformation von innen nach außen.

Meine Aufgabe ist es, Ihnen diese Botschaft zu vermitteln, damit Sie die Neurobiologie und die Verhaltensmodelle nutzen können, um Ihr Leben durch Bewegung zu verbessern. Ich bin begeistert von der Kraft des Schweißes, das Leben der Menschen zu verändern, indem ich ihren Verstand verändere. Meine Überzeugung ist stark und authentisch, weil ich sie gelebt habe.“

Ich habe The Athlete’s Way mit der unverzichtbaren Hilfe meines verstorbenen Vaters Richard Bergland entwickelt, der ein visionärer Neurowissenschaftler, Neurochirurg und Autor von The Fabric of Mind (Viking) war.

Vor einem Jahrzehnt, als ich The Athlete’s Way veröffentlichte: Sweat and the Biology of Bliss (St. Martin’s Press) veröffentlichte, rückte ich die Neurogenese und Neuroplastizität ins Rampenlicht. Damals war die Entdeckung der Neurogenese brandneu und in den Mainstream-Neurowissenschaften noch ein radikaler Begriff.

Anfang des 21. Jahrhunderts glaubten die meisten Experten noch, dass der Mensch mit allen Neuronen geboren wird, die er sein ganzes Leben lang haben wird. Wenn überhaupt, dann glaubte man, dass Menschen nur Neuronen verlieren oder „Gehirnzellen absterben“ können, wenn sie älter werden.

Als ich 2007 The Athlete’s Way veröffentlichte, gab es verständlicherweise viele Skeptiker und Neinsager, die meine Ideen über die Umgestaltung des Denkens durch eine Kombination aus Neurogenese und Neuroplastizität durch moderate bis kräftige körperliche Aktivität für lächerlich hielten.

In den letzten 10 Jahren habe ich meine Fühler ausgestreckt und den Finger am Puls der neuesten Forschung über Neurogenese und Neuroplastizität, in der Hoffnung, zusätzliche empirische Beweise zu finden, die meinem Glaubenssystem und meiner Methodik mehr wissenschaftliche Glaubwürdigkeit verleihen.

Es erübrigt sich zu sagen, dass ich heute Morgen überglücklich und ekstatisch war, als ich von den neuen Forschungsergebnissen von Linda Overstreet-Wadiche und Jacques Wadiche las, die genau aufzeigen, wie die im Erwachsenenalter geborenen Neuronen bestehende neuronale Schaltkreise verändern. Das ist faszinierend!

Es sind aufregende Zeiten für die Neurowissenschaften. Die modernen neurowissenschaftlichen Techniken sind in der Lage, viele weitere Rätsel über den komplexen Mechanismus zu lösen, durch den Neurogenese und Neuroplastizität als dynamisches Duo zusammenarbeiten, um unsere neuronalen Netzwerke und die funktionelle Konnektivität zwischen den Gehirnregionen neu zu gestalten. Bleiben Sie dran, um in den kommenden Monaten und Jahren weitere empirische Beweise und wissenschaftliche Forschungen zur Neurogenese und Neuroplastizität zu erhalten.

Wenn Sie in der Zwischenzeit einen kostenlosen Auszug aus The Athlete’s Way lesen möchten, der Ihnen einige einfache, umsetzbare Ratschläge und praktische Möglichkeiten bietet, um die Neurogenese zu stimulieren und Ihr Gehirn durch Neuroplastizität und mäßige bis kräftige körperliche Aktivität neu zu verdrahten, lesen Sie diese Seiten aus einem Abschnitt meines Buches mit dem Titel: „Neuroplastizität und Neurogenese: Die Verbindung von Neurowissenschaft und Sport.“