Jonglieren lässt Erwachsenenhirne anwachsen

„Nature“-Publikation: Studie von Wissenschaftlern der Universitäten Regensburg und Jena weist erstmals lernbedingte strukturelle Veränderung im menschlichen Erwachsenenhirn nach.

Was die Hirnstrukturen betrifft war man bisher davon ausgegangen, dass Erwachsenenhirne keinen wesentlichen Zuwachs an grauen Zellen mehr erhalten, sondern sich lediglich altersbedingt oder durch Krankheit zurückbilden . Wissenschaftler von der Universität Regensburg und der Universität Jena konnten nun erstmals in einer Studie nachweisen, dass sich auch Erwachsenenhirne bei entsprechendem Training noch verändern. Die Ergebnisse erscheinen am 22. Januar in der neuesten Ausgabe der renommierten internationalen Fachzeitschrift Nature.

Das Team um den Regensburger Neurologen PD Dr. Arne May ließ Erwachsene (Altersdurchschnitt 22 Jahre) drei Monate lang das Jonglieren lernen. Die 12 besten Kandidaten, die drei Bälle mindestens 60 Sekunden lang in der Luft halten konnten, wurden für die Studie ausgewählt. Ihre Hirne wurden vor dem Training, direkt nach dem Training und nach dreimonatiger Trainingspause untersucht und mit den Hirnen untrainierter Probanden verglichen.

„Anfangs ließen sich keine wesentlichen Unterschiede in der grauen Substanz der angehenden und der Nicht-Jongleure feststellen“, erklärt Dr. May. Nachdem jedoch die eine Gruppe innerhalb von drei Monaten das Jonglieren erlernt hatte, ließen diese Jongleure eine deutliche beidseitige Vergößerung der grauen Substanz in der linken hinteren Furche zwischen oberem und unterem Seitenläppchen des Gehirns (im intra-parietalen Sulcus) erkennen. Dieses Gebiet ist darauf spezialisiert, Bewegungen von Objekten im dreidimensionalen Raum wahrzunehmen. „Nach einer dreimonatigen Trainingspause hatte sich diese Erweiterung teilweise wieder zurückgebildet“, so der Studienleiter weiter.
Somit konnte ein enger Bezug zwischen diesen strukturellen Veränderungen und dem Erlernen von Jonglieren nachgewiesen werden, denn die Kontrollgruppe zeigte keinerlei Veränderungen in diesem Bereich. „Dieses Ergebnis widerlegt die gängige Vorstellung, dass sich die anatomische Struktur des erwachsenen Gehirns nicht mehr verändert, es sei denn durch den Alterungsprozess oder Krankheit“, fasst der Neurologe aus Regensburg zusammen. Die Studie belege vielmehr, dass der Lernprozess strukturelle Veränderungen in der Gehirnrinde bewirkt.

Welche Prozesse dabei auf der mikroskopischen Ebene ablaufen ist noch unklar. Hier müssen histologische Untersuchungen Aufschluss geben. Die Veränderungen im sichtbaren Bereich könnten von einer Zunahme der Verbindungen (Synapsen) oder der Neuriten herrühren, – den der Reizleitung dienenden Fortsätzen der Nervenzellen. Eine weitere Möglichkeit wäre die vermehrte Zellentstehung bei der Stützsubstanz (Glia) oder den Neuronen.
Die beobachteten Veränderungen fanden weniger im motorischen als vielmehr im visuellen Bereich der Hirnrinde statt, wo es um das Erfassen von räumlichen Bewegungsabläufen geht. Schlaganfall-Patienten mit einer Läsion in dieser Region sind bewegungsblind, die Bewegung z. B. eines vorbeifahrenden Autos erscheint für sie wie „eingefroren“. Die zweite bei den Jongleuren veränderte Region (intra-parietaler Sulcus) ist für das Ergreifen von Gegenständen verantwortlich. Wie das Anwachsen der Areale für das Bewegungssehen beweist, liegt die Schwierigkeit beim Jonglieren offenbar darin, die Bewegung der Bälle visuell zu erfassen und zu analysieren.

Um die Veränderungen im Hirn zu lokalisieren und darzustellen, wurden Aufnahmen der Hirne mittels Magnetresonanztomographie (MRT) angefertigt und Ebene für Ebene analysiert . Die Messungen und Auswertungen wurden in enger Zusammenarbeit mit Dr. Christian Gaser von der Friedrich-Schiller-Universität Jena durchgeführt. Der Ko-Autor aus Jena brachte seine Kompetenzen als Elektrotechniker und Spezialist für voxelbasierte Morphometrie ein. So heißt die Methode, mit der dreidimensionale Hirnlandschaften am Computer dargestellt werden. Gaser, der an Klinik für Psychiatrie der Universität Jena arbeitet, entwickelt derzeit die Mess-Methode weiter. Zukünftig sollen mittels deformationsbasierter Morphometrie kleinste Änderungen in den interessanten Hirnregionen im Zeitverlauf nachgewiesen werden

Die Arbeitsgruppe Bildgebung am Legrstuhl für Neurologie

Einer der wissenschaftlichen Schwerpunkte des Regensburger Lehrstuhls für Neurologie (Direktor: Professor Dr. Ulrich Bogdahn) ist die Regeneration und der Zellersatz akuter und chronisch neurodegenerativer Erkrankungen. In diesem Rahmen hat die funktionelle Bildgebung (neben Stammzellforschung, Genetik und Tumorforschung) eine zentrale und verbindende Rolle. Neben der morphologischen Erforschung von Erkrankungen (neueste Arbeiten: Schlaf- und Bewegungsstörungen) richtet sich das Augenmerk der „Arbeitsgruppe Bildgebung“ (Leiter: Priv.-Doz. Dr. Arne May) daher auf plastische Vorgänge des Gehirns – auch beim Gesunden. Die vorliegende Arbeit zum Lernen von Jonglieren ist der Beginn einer ganze Reihe von geplanten Arbeiten mit vielen Kooperationspartnern und mit finanzieller Unterstützung direkt durch die Universität Regensburg (ReForm-Projekte) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), um der Plastizität und Reorganisation des menschlichen Gehirns auf die Spur zu kommen.

Kontakt:
PD Dr. Arne May
Klinik für Neurologie der Universität Regensburg
Tel.: 0941 7 941 3320
E-Mail: arne.may@klinik.uni-regensburg.de
http://www.uni-regensburg de/Fakultaeten/Medizin/Neurologie/Mitarbeiter/mitarbeit.html

Pressestelle der Universität Regensburg
Dr. Rudolf F. Dietze, M.A.
Tel. 0941 / 943 2302
Fax: 0941 / 943 4929
E-Mail: rudolf.dietze@verwaltung.uni-regensburg.de

Ansprechpartner an der Universität Jena
Zur voxelbasierten Morphometrie:
Dr. Christian Gaser Klinik für Psychiatrie der Universität Jena
Tel.: 03641 7 935805
E-Mail: christian.gaser@uni-jena.de

Allgemeine Anfragen:
Stefanie Hahn
Referat Öffentlichkeitsarbeit
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Tel.: 03641 / 931041