Warum bildet das erwachsene Gehirn weiterhin neue Neuronen?

Bis Ende des 20. Jahrhunderts ging die Neurowissenschaft von etwas aus, das wir heute als falsch wissen: dass das erwachsene menschliche Gehirn mit allen Neuronen geboren wird, die es sein ganzes Leben lang haben wird, und von da an nur noch welche verlieren, nie aber neue bilden kann. Im November 1998 veröffentlichte der Forscher Peter Eriksson mit seinem Team einen Befund, der diese Vorstellung über den Haufen warf: Das reife menschliche Gehirn bildet weiterhin neue Neuronen, zumindest in einer sehr konkreten und für das Lernen besonders relevanten Region, dem Hippocampus.

Eine Entdeckung, die spät kam, und aus gutem Grund

Neurogenese beim Menschen zu bestätigen, dauerte länger als bei Tieren, aus rein methodischen Gründen: Um ein neu gebildetes Neuron zu identifizieren, muss man Zellen markieren, die sich genau in dem Moment teilen, in dem die Teilung stattfindet, was bei Ratten oder Labor-Primaten relativ einfach ist, aber viel schwerer ethisch vertretbar in lebenden menschlichen Gehirnen nachzuweisen ist. Eriksson gelang es, indem er Hirngewebe von Krebspatienten im Endstadium analysierte, die im Rahmen einer anderen klinischen Studie kurz vor ihrem Tod einen Marker erhalten hatten, der es ermöglichte, sich teilende Zellen zu identifizieren. Es war genau dieses ungewöhnliche Design, das es schließlich erlaubte, beim Menschen zu bestätigen, was zuvor nur bei anderen Arten nachgewiesen worden war.

Wo neue Neuronen entstehen

Die hippocampale Neurogenese findet in einer basalen Region namens Gyrus dentatus statt. Dort gibt es Vorläufer- oder Stammzellen, die sich teilen und Zellen hervorbringen, die in den Hippocampus wandern, wo sie sich zu Neuronen differenzieren und Verbindungen mit bereits bestehenden Neuronen herstellen. Der Prozess kommt nie ganz zum Stillstand: Jeden Tag entstehen einige tausend neue Neuronen, wobei ein Großteil von ihnen die ersten Wochen nicht überlebt.

Dass ausgerechnet der Hippocampus, eine der Regionen, die am stärksten in Lernen und Gedächtnis involviert ist, diese Fähigkeit behält, ist für die Forschenden auf diesem Gebiet kein Zufall: Man weiß noch immer nicht genau, wie Erinnerungen gespeichert werden, aber die Übereinstimmung zwischen “Schlüsselregion für das Gedächtnis” und “Region mit der Fähigkeit, neue Neuronen zu bilden” eröffnete eine Forschungslinie, die bis heute andauert.

Was diesen Prozess fördert und was ihn bremst

Die auf Eriksson folgende Forschung identifizierte bei Labortieren zwei Faktoren mit gegensätzlichen Effekten auf die Neurogenese. Zum einen erhöhen ein forschendes Verhalten und die Erkundung reizreicher Umgebungen sowohl die Bildung neuer Neuronen als auch ihre Überlebenswahrscheinlichkeit. Zum anderen wirken anhaltender Stress und Reizmangel genau umgekehrt: Sie verringern beides. Das ist ein Befund, der direkt mit warum Stress das Gedächtnis blockiert zusammenhängt: Es ist nicht nur so, dass Stress das Abrufen von bereits Gelerntem erschwert, er kann sogar die eigentliche Bildung der Neuronen bremsen, die künftiges Lernen tragen.

Ein Kreis, der sich selbst verstärkt

Ein Detail macht diesen Befund noch interessanter: Die Forschung von Elizabeth Gould und ihrem Team (1999) zeigte, dass die Beziehung auch umgekehrt funktioniert, dass der Akt des Lernens selbst die Neurogenese im Hippocampus erhöht. Es ist nicht nur so, dass eine anregende Umgebung das Entstehen neuer Neuronen begünstigt: Der Akt, neue Informationen aufzunehmen, scheint den Prozess selbst zu verstärken und mehr von jenen Zellen zu erzeugen, die wiederum die Fähigkeit stützen, weiter zu lernen. Es ist ein positiver Kreislauf mit einer direkten praktischen Implikation: Geistig aktiv zu bleiben, statt kognitive Anstrengung zu vermeiden, könnte dem Gehirn buchstäblich helfen, seine Fähigkeit zur Bildung neuer Neuronen besser zu bewahren.

Warum man so lange das Gegenteil glaubte

Dass diese Idee so lange brauchte, um bestätigt zu werden, war kein Zufall. Jahrzehntelang ging ein Großteil der Neurowissenschaft davon aus, dass das erwachsene Nervensystem eine bereits abgeschlossene Struktur sei, unfähig, über die anfängliche Entwicklung hinaus neue Zellen zu produzieren. Erikssons Befund zwang dazu, diese Annahme mit konkreten Daten zu überprüfen, nicht nur mit Intuition, und eröffnete eine Forschungslinie (mit Implikationen, die vom kognitiven Altern bis zur Depression reichen, bei der Veränderungen der hippocampalen Neurogenese beobachtet wurden), die dreißig Jahre später noch immer aktiv ist.

Eine über ein Jahrhundert alte Idee, bestätigt

Der spanische Anatom Santiago Ramón y Cajal, Nobelpreisträger von 1906, hatte bereits etwas Ähnliches vermutet, als er das Gehirn mit einem Garten voller Bäume verglich, die “als Reaktion auf intelligente Pflege die Anzahl ihrer Äste vermehren, Wurzeln über eine größere Fläche ausbreiten und vielfältigere und köstlichere Blüten und Früchte hervorbringen können.” Cajal bezog sich vor allem auf neue Verbindungen zwischen bereits bestehenden Neuronen, nicht auf völlig neue Neuronen, aber die zugrunde liegende Idee (dass das erwachsene Gehirn Veränderungsfähigkeit behält, keine feste, abgeschlossene Struktur ist) ist dieselbe, die Eriksson fast ein Jahrhundert später aus einem anderen Blickwinkel bestätigte. Was Anfang des 20. Jahrhunderts eine poetische Intuition war, erwies sich mit den richtigen Werkzeugen auch als buchstäbliche biologische Tatsache: Das erwachsene Gehirn wächst weiter, Zelle für Zelle, während es weiter lernt.