Das Flimmern und das Gehirn

Erinnern Sie sich an den Blumenduft im Garten Ihrer Großmutter oder an die Luft, die Ihr Großvater zischte? Bestimmte Kindheitserinnerungen sind anscheinend in Ihrem Gehirn verwurzelt. Tatsächlich gibt es kritische Zeiten, in denen das Gehirn tiefe kognitive Routinen und Erinnerungen lernt und aufzeichnet. Die für ihre Speicherung verantwortliche Struktur wird als perineuronales Netz bezeichnet.

Diese extrazelluläre Struktur umhüllt bestimmte Neuronen und stabilisiert so die bestehenden Verbindungen – die Synapsen – zwischen ihnen und verhindert die Bildung neuer. Aber was wäre, wenn wir das perineuronale Netz entfernen und die Anpassungsfähigkeit eines jungen Gehirns wiederherstellen könnten? Dafür haben die Neurowissenschaftlerin Sandra Siegert und ihre Forschungsgruppe am IST Austria nun zwei vielversprechende Techniken veröffentlicht.

Angefangen hat alles vor vier Jahren, als Forscher am IST Austria entdeckten, dass Maus-Mikrogliazellen nach der Betäubung von Tieren mit dem Medikament Ketamin sehr reaktiv wurden. Mikroglia gelten allgemein als Immunzellen des Gehirns. Neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass sie auch mit Neuronen interagieren. Reaktive Mikroglia haben die Fähigkeit, Synapsen und sogar ganze Neuronen zu fressen, was oft in den späten Stadien der Alzheimer-Krankheit beobachtet wird.

„Die starke Reaktion der Mikroglia auf die Ketamin-Anästhesie hat uns überrascht“, sagt Alessandro Venturino, Erstautor der Studie und Mitglied der Siegert-Gruppe. „Aber wir haben keine Synapsen oder toten Neuronen verschwinden sehen. Also waren wir verwirrt, was die Mikroglia tatsächlich gefressen haben.“ Es stellte sich heraus, dass es das perineuronale Netzwerk ist, das die Verbindungen zwischen Neuronen schützt und stabilisiert.

„Alessandro kam in mein Büro und sagte mir, das perineuronale Netz sei weg. Ich konnte es nicht glauben“, erinnert sich Siegert. Sie hatten Mäusen wiederholt Ketamin als Anästhesie verabreicht. Ketamin ist ein unverzichtbares Medikament für die Humanchirurgie und wurde kürzlich auch zur Behandlung psychiatrischer Symptome zugelassen. „Nach nur drei Behandlungen konnten wir einen erheblichen Verlust des perineuronalen Netzes beobachten, der sieben Tage anhielt, bevor er wieder aufgebaut wurde.“

Als Siegert die Ergebnisse mit Mark Bear, einem kooperierenden Neurowissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT), teilte, war er gleichermaßen erstaunt und fasziniert vom Potenzial dieser Entdeckung. „In der Biologie erlebt man eine solche Situation selten schwarz auf weiß“, so Siegert weiter. „Aber das i-Tüpfelchen war der Effekt des Lichtflimmerns mit 60 Hertz.“

Neuronen kommunizieren, indem sie einander elektrische Impulse senden. Diese werden koordiniert, um Signalwellen – sogenannte Gehirnwellen – zu erzeugen, die durch äußere Sinnesinformationen, zum Beispiel das Licht in den Augen, beeinflusst werden können. „Zuvor war gezeigt worden, dass das 40-mal pro Sekunde flackernde Licht – bei 40 Hertz – Mikroglia dazu bringen kann, Plaques bei der Alzheimer-Krankheit zu entfernen. Aber es unterdrückte nicht das perineuronale Netzwerk“, erklärt Venturino. Aber als Wissenschaftler dann 60 Mal pro Sekunde Mäuse in Kisten mit flackerndem Licht steckten, hatte dies eine ähnliche Wirkung wie Ketamin-Behandlungen. „Diese Feinabstimmung zwischen den einzelnen Gehirnwellen und der Wirkung der Mikroglia ist höchst faszinierend und könnte eine neue Art des Denkens über Gehirnwellen sein.“

Bisher etablierte Strategien zur Entfernung des perineuronalen Netzes sind dauerhaft und extrem invasiv. Die Behandlung mit hochdosiertem Ketamin, vor allem aber dem 60-Hertz-Lichtflimmern, ist minimal-invasiv. Folglich könnten sie neue Therapieansätze beim Menschen eröffnen.

Ist die Blockade im perineuronalen Netzwerk im Gehirn gelöst, reagieren Neuronen wieder sensibel auf neue Inputs und es können sich neue Synapsen bilden. „Aber es ist nicht so, dass man Ketamin als Droge nimmt und schlau wird“, betont Venturino. Durch die Wiederherstellung der Plastizität könnte man traumatische Erfahrungen potenziell vernichten und eine posttraumatische Belastungsstörung behandeln. „Aber wir sind sehr vorsichtig, denn in diesem Trainingsfenster könnte auch etwas Traumatisches passieren“, sagte Siegert. „Es ist wahrscheinlich auch keine gute Idee, sich mit einem flackernden Licht in die Luft zu sprengen.“

Es gibt verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für diese Behandlungen, eine davon ist die Amblyopie, auch bekannt als Lazy Eye. Diese Sehstörung wird durch ein gestörtes Sehvermögen während der kindlichen Entwicklung verursacht und führt unbehandelt zu einem dauerhaften Verlust des Sehvermögens. Ein weiteres Thema, das die Forscher untersuchen wollen, sind die molekularen Mechanismen ihrer Entdeckung, die noch nicht vollständig verstanden sind. Venturino fasst es in wenigen Worten zusammen: „Es gibt viel zu entdecken.

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