Der kleiner Kern Locus coeruleus im Stammhieren hat als Hauptquelle des Neurotransmitters Noradrenalin große Auswirkungen auf das Gedächtnis im Alter.
Der blaue Kern, auch Locus coeruleus genannt, ist eine winzige Region im Hirnstamm und Hauptquelle des Neurotransmitters Noradrenalin. Damit hat der Locus coeruleus einen großen Einfluss darauf, ob unser Gedächtnis auch im Alter noch gut funktioniert. Mithilfe der Magnetresonanztomografie (MRT) und neuartiger Analysemethoden konnten Forscher des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung und der University of Southern California nun nachweisen, dass ein gesünderer Locus coeruleus mit besseren Gedächtnisleistungen im späteren Erwachsenenalter einhergeht.
Locus coeruleus – die Hauptquelle des neuronalen Botenstoffs Noradrenalin
Der Locus coeruleus enthält Noradrenalin-synthetisierende Neuronen, die diffuse Projektionen im gesamten Zentralnervensystem senden. Das Locus coeruleus-Noradrenalin-System spielt auch eine wichtige Rolle bei Erregung, der Aufmerksamkeit sowie bei Stressreaktionen. Im Gehirn kann Noradrenalin auch zu langfristiger synaptischer Plastizität, Schmerzmodulation, motorischer Kontrolle, Energiehomöostase sowie zur Kontrolle des lokalen Blutflusses beitragen.
Die Locus coeruleus ist bei neurodegenerativen Erkrankungen, einschließlich der Parkinson-Krankheit, stark betroffen. Die Beteiligung der noradrenergen Neuronen gilt als potenzieller Hauptverantwortlicher für kognitive Einschränkungen bei der frühen Parkinson-Krankheit. Und zwar insbesondere bei Aufmerksamkeitsstörungen. Wobei abnormale noradrenerge Signale möglicherweise auch zu motorischen Beschwerden der Krankheit beitragen können.
Locus coeruleus und Gedächtnis
In den letzten Jahrzehnten hat sich die Forschung bezüglich kognitiver Fähigkeiten, Erinnerung und Gedächtnis vornehmlich auf die Großhirnrinde und auf den Hippokampus konzentriert. Der Hippokampus spielt ja beim Lernen und Erinnern eine zentrale Rolle. Jedoch gerät in jüngster Zeit die winzige Zellstruktur Locus coeruleus oder blaue Kern in den Fokus der Forschung. Dieser Kern ist nur etwa 15 Millimeter groß und über ein weitverzweigtes Netz von Nervenfasern mit nahezu dem gesamten Gehirn verbunden. Die Nervenzellen, aus denen er besteht, sind wie erwähnt die Hauptquelle des neuronalen Botenstoffs Noradrenalin.
Als sogenannter Neuromodulator reguliert Noradrenalin die Kommunikation zwischen Nervenzellen und trägt damit wesentlich zur Kontrolle von Stress, Gefühlen und Aufmerksamkeit bei. Zudem haben Tierstudien gezeigt, dass Noradrenalin auf zellulärer Ebene Umbauvorgänge unterstützt, die die langfristige Speicherung neuer Erinnerungen, Fähigkeiten und Kenntnisse ermöglichen. Deswegen beruhen erfolgreiche Lern- und Gedächtnisprozesse vermutlich auf einem gut funktionierenden Locus coeruleus.
Verfallserscheinungen
Mit fortschreitendem Alter zeigt der Locus coeruleus zunehmend Verfallserscheinungen. Die sind wahrscheinlich auf die angesammelten Giftstoffe aus dem Blutkreislauf sowie der Flüssigkeit, die Gehirn und Rückenmark umgibt, zurückzuführen. Neuere Forschungsergebnisse weisen zudem darauf hin, dass krankhafte Veränderungen im Zuge der Alzheimer-Demenz zuerst im Locus coeruleus auftreten könnten. Und erst von dort aus Hirnregionen erreichen, die für das Gedächtnis zuständig sind. Schließlich erfassen sie in späteren Krankheitsstadien große Teile des restlichen Gehirns.
„Neue Studien, die das Hirngewebe Verstorbener untersuchten, zeigen, dass einer der wesentlichen Krankheitsindikatoren der Alzheimer-Demenz bei den meisten Menschen mittleren Alters im Locus coeruleus festgestellt werden kann. Wir sind nun unter den ersten, die einen Zusammenhang zwischen kognitiver Leistungsfähigkeit und der Gesundheit des Locus coeruleus beim lebenden Menschen belegen konnten“, sagt Mara Mather, Professorin für Gerontologie an der University of Southern California und Koautorin der Studie.
Markus Werkle-Bergner, Senior Scientist am Forschungsbereich Entwicklungspsychologie des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung, fügt hinzu: „Frühere Tierversuche legten eine Verbindung zwischen einem gesünderen Locus coeruleus und besseren Lern- und Gedächtnisleistungen nahe. Es ist daher wichtig zu verstehen, ob alterungsbedingte Veränderungen des Locus coeruleus auch bei Menschen mit Gedächtniseinbußen im Alter zusammenhängen.“
Den blauen Kern nicht-invasiv sichtbar machen
Aufgrund seiner geringen Größe und der Lage tief im Hirnstamm war es bislang nahezu unmöglich, den Locus coeruleus am lebenden Menschen zu untersuchen. Dank neuer Methoden der MRT-Bildgebung sowie weiterentwickelter Analyseverfahren kann diese Gehirnregion nun nicht-invasiv sichtbar gemacht werden. Mit diesen neuen Verfahren haben nun die Wissenschaftler*innen den Locus coeruleus von 66 jüngeren Menschen mit einem Altersdurchschnitt von 33 Jahren und 228 älteren Menschen mit einem Altersdurchschnitt von 72 Jahren näher untersucht. Alle Proband*innen haben zudem im Rahmen der Berliner Altersstudie II (BASE-II) eine Reihe neuropsychologischer Gedächtnistests bearbeitet. Beispielsweise sollten sie sich eine fünfzehn Worte umfassende Liste über mehrere Durchgänge hinweg einprägen und anschließend wiedergeben.
Wie erwartet lösten die jüngeren Probanden die Aufgaben im Mittel besser als die älteren. Auffällig war jedoch, dass diejenigen älteren Probanden, deren Locus coeruleus denen der jüngeren Probanden ähnelte, höhere Gedächtnisleistungen zeigten als ältere Probanden, deren Locus coeruleus deutliche Anzeichen alterungsbedingter Veränderungen aufwies.
„Der Locus coeruleus ist ein sehr empfindlicher Teil des Gehirns. Unsere Studie zeigt, dass alterungsbedingte Beeinträchtigungen seiner Struktur und Funktion weitreichende Folgen für Aufmerksamkeit und Gedächtnis haben. Künftige Langzeitstudien müssen ergründen, ob auch krankheitsbedingte Prozesse die Alterung des Locus coeruleus beschleunigen – und wenn das der Fall ist, wie wir den Beginn beim einzelnen Betroffenen feststellen können“, sagt Martin Dahl, Erstautor der Studie und Doktorand am Forschungsbereich Entwicklungspsychologie des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung.
Gedächtnisveränderungen im Alter erkennen
Bei Erkrankungen wie der Alzheimer-Demenz sind im Locus coeruleus neuropathologische Veränderungen bereits sichtbar, bevor die ersten Verhaltensänderungen auftreten. Diese Periode könnte ein Zeitfenster darstellen, in dem die Krankheitsentwicklung noch beeinflusst werden kann. Weitere Langzeitstudien könnten ein neues Licht auf die Unterschiede und Gemeinsamkeiten gesunder und pathologischer Gedächtnisveränderungen im Alter werfen. Und zwar bezogen auf den Locus coeruleus sowie krankheitsspezifische Biomarker.
Literatur:
Dahl, M. J., Mather, M., Düzel, S., Bodammer, N. C., Lindenberger, U., Kühn, S., & Werkle-Bergner, M. (2019). Rostral locus coeruleus integrity is associated with better memory performance in older adults. Nature Human Behaviour. doi:10.1038/s41562-019-0715-2. https://www.nature.com/articles/s41562-019-0715-2.
Benarroch EE . Locus coeruleus. Cell Tissue Res. 2018 Jul; 373 (1): 221 & ndash; 232. doi: 10.1007 / s00441-017-2649-1. Epub 2017 Jul 7.
