Einige Gehirnbereiche halten die jugendliche Konnektivität im Alter aufrecht
Diese Fähigkeit, eine „kindliche“ Fähigkeit im Erwachsenenalter beizubehalten, trägt möglicherweise dazu bei, dass wir im Alter neue Fähigkeiten erlernen und neue Erinnerungen bilden können.
Forscher der Medizinischen Fakultät der Washington University in St. Louis und des Allen Institute for Brain Science in Seattle gelangten zu den neuen Erkenntnissen, indem sie die Genaktivitätsniveaus in verschiedenen Regionen des Gehirns verglichen.
Sie identifizierten adulte Gehirnregionen, in denen Gene, die mit dem Aufbau neuer Verbindungen zwischen Zellen verbunden sind, ein höheres Aktivitätsniveau aufweisen. Dieselben Gene sind auch in jungen Gehirnen hoch aktiv, daher nannten die Forscher dieses Muster der Genaktivität „kindlich“.
"Wir wussten bereits, dass das erwachsene menschliche Gehirn im Vergleich zu anderen eng verwandten Arten, einschließlich Schimpansen und Affen, im Allgemeinen mehr Aktivität unter diesen Genen aufweist", sagte der Erstautor Manu S. Goyal, M.D.
"Unsere neuen Ergebnisse verbinden diese Aktivität mit einer Form der Energieerzeugung, die bekanntermaßen für den Aufbau biologischer Strukturen hilfreich ist, beispielsweise mit den neuen Nervenzellästen, die zum Hinzufügen von Verbindungen im Gehirn erforderlich sind."
Wissenschaftler glauben, dass neue Verbindungen zwischen Gehirnzellen dazu beitragen, neue Erinnerungen und Fähigkeiten zu kodieren, lange nachdem das Gehirn aufgehört hat zu wachsen.
Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Zellstoffwechsel.
Vor einigen Jahren untersuchte der leitende Autor Marcus Raichle, M. D., den unersättlichen Verbrauch von Zucker und Sauerstoff im Gehirn, um Energie zu erzeugen und andere Funktionen zu ermöglichen, als er bemerkte, dass einige Bereiche des Gehirns Zucker mit außergewöhnlich hohen Raten konsumierten.
Er und seine Kollegen zeigten später, dass dies darauf zurückzuführen war, dass diese Regionen aktiv an einem alternativen Energieerzeugungsprozess namens aerobe Glykolyse beteiligt waren.
"Aerobe Glykolyse ist die Form des Zuckerkonsums, die von Krebszellen und anderen schnell wachsenden Zellen bevorzugt wird", sagte Goyal.
"Dies ließ uns fragen, ob die Gehirnregionen, die aerobe Glykolyse verwenden, auch diejenigen waren, die die kindlichste Genaktivität aufwiesen, nämlich diejenigen, die zur Bildung neuer Gehirnzellverbindungen beitragen."
Für die neue Studie arbeitete Raichle mit Michael Hawrylycz, Ph.D., zusammen und erstellte den Allen Human Brain Atlas, eine Datenbank, in der die Aktivität von Genen in verschiedenen Teilen des Gehirns und von Menschen unterschiedlichen Alters detailliert beschrieben wird.
Als Forscher den Atlas verwendeten, um die Genaktivität in Hirnregionen mit hohen aeroben Glykolyse-Raten zu untersuchen, stellten sie fest, dass diese Regionen eine kindlichere Genaktivität aufwiesen als andere Hirnregionen.
Sie identifizierten auch mehr als 100 Gene, die in diesen Regionen durchweg aktiver waren als in anderen.
Im Rahmen der Studie analysierte Goyal auch Daten früherer Forschungen anderer Wissenschaftler, um zu zeigen, dass bei kleinen Kindern im gesamten Gehirn eine stärkere aerobe Glykolyse auftritt.
"Im erwachsenen Gehirn macht die aerobe Glykolyse etwa 10 bis 12 Prozent des gesamten Zuckerkonsums aus", sagte er.
"Bei kleinen Kindern macht die aerobe Glykolyse 30 bis 40 Prozent des gesamten Zuckerverbrauchs aus."
Die aerobe Glykolyse ist für die Energieerzeugung weniger effizient als die oxidative Glykolyse, die alternative Methode, bei der Sauerstoff und Zucker verwendet werden. Wissenschaftler glauben jedoch, dass Ersteres eine bessere Energiequelle für schnelles Wachstum ist.
"Selbst bei Erwachsenen gibt es Teile des Gehirns, die sich immer noch schnell verändern und anpassen, und das ist wahrscheinlich der Grund, warum die aerobe Glykolyse im erwachsenen Gehirn weiterhin angewendet wird", sagte Goyal.
Die Forscher untersuchen nun, ob Probleme in bestimmten Gehirnzellen, die aerobe Glykolyse verwenden, zu neurologischen Entwicklungsproblemen wie Autismus oder geistiger Behinderung oder zu neurodegenerativen Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit beitragen.
"Die Fähigkeit, den Stoffwechselbedarf adulter Gehirnzellen zu unterstützen, um neue Verbindungen herzustellen, könnte eines Tages wichtig für die Behandlung von Hirnverletzungen und neurodegenerativen Störungen sein", erklärte Goyal. "Wir haben viel zu tun, aber dies ist eine faszinierende Erkenntnis."
Quelle: Washington University - St. Louis
