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16.10.2008 | Von:
Gerd Kempermann

Plastizität und Regeneration des Gehirns

Adulte Neurogenese

Eine fundamentale Veränderung im Blick auf die "Regenerationsfähigkeit" des Gehirns erfolgte, als die adulte Neurogenese, die Nervenzellneubildung im erwachsenen Gehirn, in den frühen 1990er Jahren wiederentdeckt wurde. Die Erstbeschreibung 1965 durch Joseph Altman[13] und einige nachfolgende Bestätigungen hatten es nicht über den Rang wissenschaftlicher Kuriositäten hinausgebracht, da zum einen nicht plausibel schien, woher neue Nervenzellen kommen sollten, zum andern wegen ihrer geringen Zahl und örtlichen Beschränkung auf nur zwei Hirnareale ein relevanter Beitrag zur Hirnfunktion unwahrscheinlich schien. Letzteres begann sich zu ändern, als in den 1980er Jahren Fernando Nottebohm und Mitarbeiter von der Rockefeller Universität in New York zeigten, dass bei Kanarienvögeln adulte Neurogenese mit der Zeit des jährlichen Liederlernens korreliert.[14] Wir Menschen teilen nur mit Vögeln (und Delfinen), dass wir unsere Lautäußerungen erlernen müssen. Diese "menschliche" Funktion neuer Nervenzellen beim Vogel traf gewissermaßen einen Nerv - und das, obwohl uns Menschen die neurogene Hirnregion der Kanarienvögel fehlt. Nottebohm zeigte später aber auch, dass ein ähnlicher Zusammenhang zwischen Neurogenese und Funktion bei Vögeln zu finden war, die im Sommer Futterverstecke anlegen (oft viele tausend) und sich deren Lokalisation merken müssen, um sie im Winter wiederzufinden.[15] Hier besitzen auch Menschen die entsprechende Hirnstruktur.

Der Durchbruch in der Akzeptanz adulter Neurogenese erfolgte, als man 1992 bis 1995 in beiden neurogenen Hirnregionen des erwachsenen Gehirns Stammzellen entdeckte, die Nervenzellen hervorbringen konnten.[16] Die beiden Regionen liegen im Vorder- und Riechhirn und im Hippocampus, der von besonderem Interesse ist, da er zentral in Lern- und Gedächtnisvorgängen involviert ist. Damit war das Rätsel des Ursprungs der neuen Zellen gelöst. Mittlerweile gibt es verschiedene Theorien, wie selbst die relativ wenigen neu gebildeten Nervenzellen im Hippocampus angesichts ihrer strategisch so bedeutsamen Lokalisation eine funktionelle Relevanz für Lernen und Gedächtnis haben könnten. Die neuen Nervenzellen tragen mutmaßlich dazu bei, dass sich der Hippocampus lebenslang an die Herausforderungen einer sich ständig ändernden Umwelt anpassen kann. Umgekehrt gibt es Theorien, wie eine gestörte adulte Neurogenese im Hippocampus zur Entstehung von chronischen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen, insbesondere den Demenzen und der Depression, beitragen könnte.

Bemerkenswerterweise ist adulte Neurogenese im Hippocampus durch körperliche und kognitive Aktivität steigerbar.[17] Dies alles legt nahe, dass "Aktivität" die Plastizität des Hippocampus erhält. Wer aktiv lebt, erhielte sich somit das Potenzial für eventuell notwendige Anpassungsvorgänge im Alter. Man baute sich durch ein aktives und reizreiches Leben gewissermaßen eine Reserve auf, von der sich zehren ließe.[18] Die neuen Nervenzellen könnten dadurch zu dem gut beschriebenen aber noch kaum verstandenen Phänomen beitragen, dass Menschen, die lebenslang körperlich und geistig aktiv sind, ein etwas reduziertes Risiko haben, eine Demenz zu entwickeln. Adulte Neurogenese im Hippocampus hätte also zunächst mit Regeneration nichts zu tun. Dennoch wäre sie ein Faktor, der möglicherweise entscheidend zur funktionellen Kompensationsfähigkeit bei Schädigungen des Gehirns beiträgt. Die Wirkung wäre also eher präventiv.

Allerdings wurde auch gezeigt, dass es bei experimentell ausgelösten Schlaganfällen bei Ratten zu einer Auswanderung von Vorläuferzellen ("Stammzellen") aus der Wand der Hirnkammern in den von der Durchblutungsstörung betroffenen "Streifenkörper" (Striatum) kommen kann und dass sich aus diesen auswandernden Zellen, allerdings in geringer Zahl, neue Nervenzellen bilden können.[19] Man knüpft Hoffnungen daran, diese "reaktive Neurogenese" vielleicht auch beim Menschen zur Therapie einsetzen zu können. Der Vorgang ist aber wohl eine Ausnahme: Bei anderen Schädigungen, wie zum Beispiel experimentellen Hirntumoren, findet man eine ähnliche Wanderung der Zellen, aber keine Neurogenese.[20] Auch hier erhob man einen überraschenden Befund: Die wandernden Vorläuferzellen zeigten eine Wirkung gegen den Tumor selbst. Auch hier schienen die Zellen also eine Art Immunfunktion auszuüben. Die Wirkung war selbst im Tierversuch zu gering, um Hoffnungen auf eine unmittelbare Ausnutzung des Phänomens für therapeutische Zwecke realistisch erscheinen zu lassen, aber er deutete erneut an, dass auch im erwachsenen Gehirn regenerative Prozesse ablaufen, die bis vor Kurzem als unvorstellbar galten. Wie man diese Erscheinungen in medizinischen Nutzen verwandeln kann, bleibt Gegenstand intensiver und schwieriger Forschung. Niedrig hängende Früchte sind dies nicht. Aber sie haben den unschätzbaren Vorteil, auf den Potenzialen des betroffenen Organismus selbst aufzubauen. Adulte Neurogenese ist auch aus einem weiteren Grund ein interessanter Forschungsgegenstand. Hier macht uns die Natur vor, was bei vielen Zellersatzstrategien erst versucht wird: wie man aus Stammzellen unter den Bedingungen des erwachsenen Gehirns neue Nervenzellen generieren kann.

Fußnoten

13.
Vgl. J. Altman/G.D. Das, Autoradiographic and histologic evidence of postnatal neurogenesis in rats, in: The Journal of Comparative Neurology, 124 (1965), S. 319 - 335.
14.
Vgl. S.A. Goldman/F. Nottebohm, Neuronal production, migration and differentiation in a vocal control nucleus of the adult female canary brain, in: Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 80 (1983), S. 2390 - 2394.
15.
Vgl. A. Barnea/F. Nottebohm, Recruitment and replacement of hippocampal neurons in young and adult chickadees: An addition to the theory of hippocampal learning, in: Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 93 (1996), S. 714 - 718.
16.
Vgl. T.D. Palmer/J. Ray/F.H. Gage, FGF-2-responsive neuronal progenitors reside in proliferative and quiescent regions of the adult rodent brain, in: Molecular and Cellular Neuroscience, 6 (1995) 5, S. 474 - 486; B.A. Reynolds/S. Weiss, Generation of neurons and astrocytes from isolated cells of the adult mammalian central nervous system, in: Science, 255 (1992) 5052, S. 1707 - 1710.
17.
Vgl. K. Fabel/G. Kempermann, Physical activity and the regulation of neurogenesis in the adult and aging brain, in: Neuromolecular Medicine, 10 (2008) 2, S. 59 - 66.
18.
Vgl. G. Kempermann, The neurogenic reserve hypothesis: what is adult hippocampal neurogenesis good for?, in: Trends in Neurosciences, 31 (2008) 4, S. 163 - 169.
19.
Vgl. A. Arvidsson/T. Collin/D. Kirik/Z. Kokaia/O. Lindvall, Neuronal replacement from endogenous precursors in the adult brain after stroke, in: Nature Medicine, 8 (2002) 9, S. 963 - 970.
20.
Vgl. R. Glass et al., Glioblastoma-induced attraction of endogenous neural precursor cells is associated with improved survival, in: The Journal of Neuroscience, 25 (2005) 10, S. 2637 - 2646.