Eine Person verlässt die Wohnung, der Schüssel steckt noch von innen
©picture alliance / Christin Klose

Neurowissenschaften Im Alter nichts Neues?

Mit den Jahren lassen Lernvermögen und Gedächt­nis nach – unter anderem auch in Folge struktureller Veränderungen in zen­tralen Teilen des Gehirns

von Dr. Tineke Steiger

Vermutlich kennen Sie das: Sie wollen kurz etwas aus dem Keller holen, doch schon auf der Treppe wissen Sie nicht mehr, was es war. Ein anderes Beispiel: Ihr Freund erzählt Ihnen von einem Erlebnis aus dem gemeinsamen Urlaub – und Sie selber können sich partout nicht mehr daran erinnern. Dass wir uns nicht immer an alles erinnern können, ist normal und von Person zu Person unter­schied­lich. Der eine kann sich mehr merken, der andere weniger.

Einen allgemeinen Faktor gibt es allerdings: das Alter. Tatsächlich lassen die Lern- und Gedächtnis­leistungen nicht nur rein subjektiv, sondern auch objektiv mess­bar mit den Jahren nach. Aller­dings ist bisher wenig darüber bekannt, welche Veränderungen im Gehirn dieser Verschlechterung zugrunde liegen, obwohl hier doch sehr grund­legende Fähig­­keiten betroffen sind. Ob wir uns nur kurz­zeitig etwas merken müssen, oder ob es lang­fristige Erinnerungen und auch Erfahrungen sind – all dies prägt unser all­tägliches Leben und nicht zuletzt auch unsere Persönlich­keit.

Wie das Lernen und Abspeichern im Gehirn funktioniert, beschreibt eine recht gut erforschte Theorie. Demnach wird eine wahr­genommene Information zunächst darauf­hin über­prüft, ob sie neu oder bereits bekannt ist. Diese Auf­gabe über­nimmt ein für das Gedächtnis sehr wichtiges Hirn­areal: der Hippo­campus. Erkennt dieser, dass es sich um eine neue Infor­mation handelt, schickt er ein Signal in den Bereich der Basalganglien, die im Zentrum des Gehirns liegen.

Damit nicht wahllos alles Neue in das Lang­zeit­gedächtnis über­geht, wird hier nun über­prüft, ob die eingegangene Information für unser Verhalten wichtig ist und ob sie vielleicht auch auf eine Belohnung hindeutet. Das Ergebnis melden die Basalgang­lien mittels eines Boten­stoffs, dem Dopamin, an den Hippo­campus zurück und sorgen so dafür, dass relevante Infor­mationen besser in das Gedächtnis ein­gespeichert werden.

Nico Bunzeck, Leiter unseres Teams und Professor an der Universität zu Lübeck, konnte bereits zeigen, dass jenes System von Lernen und Gedächtnis­bildung bei älteren Menschen offenbar nicht mehr so gut funktioniert. Uns interessierte nun die Frage nach dem Warum.

Dabei konzentrierten wir uns auf einen Punkt: Es ist nämlich bekannt, dass sich mit fort­schreitendem Alter auch bei gesunden Menschen in den Basal­ganglien Eisen­ablager­ungen bilden. Mit Hilfe einer speziellen, unter anderem am Wellcome Trust Centre for Neuro­imaging in London entwickelten Methode der Kern­spin­tomo­graphie gelang es uns, diese sehr feinen Veränderungen im Gehirn zu unter­suchen. Und tatsächlich fanden wir, dass die Lern- und Gedächtnis­leistung der Studien­teil­nehmer umso schlechter war, je mehr Eisen sich in den Basalganglien abgelagert hatte.

Vermutlich stört eine über­mäßige Menge des ansonsten für den Körper so wichtigen Spuren­elements an dieser Stelle das Dopamin, welches ja die Infor­mation zum Hippo­campus leiten soll. Zudem zeigte sich in unserer Studie auch, dass die Eisen­ablagerungen in einem negativen Zusammen­hang mit dem sogenannten Myelin standen: Je mehr Eisen sich abgelagert hatte, desto weniger Myelin war im Bereich der Basalganglien vorhanden. Myelin umgibt die Nerven­fasern und wirkt wie eine elektrische Isolierung. Ist es defekt, werden Signale ungenauer weiter­geleitet. Die Informations­über­tragung zum Hippo­campus funktioniert also vermutlich nicht mehr richtig.

Lässt sich das bei den älteren Teilnehmern nicht mehr so gut funktionierende System aber vielleicht anstoßen, indem man die Information, die eingespeichert werden soll, mit einer Belohnung verbindet? Denn die Basalganglien reagieren, wie oben beschrieben, stärker auf eine belohnte Information. Dabei gilt: Je größer die erwartete Belohnung, desto mehr Dopamin wird frei­gesetzt und desto wahr­schein­licher wird eine Information eingespeichert. Die Basalganglien reagieren dabei nicht nur auf die Information einer direkten Belohnung (zum Beispiel ein leckeres Eis), sondern auch bereits auf Hinweis­reize, die eine Belohnung vorher­sagen (das Klingeln des nahenden Eis­wagens). Dieser Mechanismus ist von zentraler Bedeutung, denn er sorgt dafür, dass wir unsere kognitiven und körperlichen Ressourcen verstärkt für Aufgaben gebrauchen, von denen wir uns einen Nutzen erhoffen.

Dabei ist uns der Einfluss der Belohnung meist gar nicht bewusst. Verspricht man einer Test­person beispiels­weise fünf Euro, wenn sie an einem Hebel zieht, greift sie völlig un­nötiger­weise und ohne dies selbst zu bemerken kräftiger zu, als jene, die keine Belohnung erwartet. Ob also eine Verbindung zwischen einem Hinweis und einer entsprechenden Belohnung – auch unbewusst – erlernt wurde, kann man unter anderem an einer verstärkten körperlichen Reaktion messen.

Inwiefern dieses Erlernen einer Verknüpfung zwischen einem Hinweis­reiz und einer Belohnung in älteren Menschen noch funktioniert, unter­suchten wir bei einem Versuch mit jungen und älteren Probanden. Die Aufgabe war denkbar einfach. Die Versuchs­teil­nehmer mussten einfach nur per Knopf­druck angeben, ob die auf einem Bild­schirm gezeigten Fotos in einem Gebäude oder außer­halb auf­genommen wurden. Das Entscheidende: Mit jedem Bild bekamen sie die Information, ob sie für die richtige Einordnung nur 10 Cent oder einen Euro Belohnung bekommen würden. Dabei maßen wir sowohl die Reaktions­zeiten als auch – mit Hilfe der Elektro­enzephalo­graphie (EEG) – die Hirn­aktivität.

Tatsächlich reagierten die jungen Versuchs­teil­nehmer deutlich schneller, wenn ihnen die höhere Belohnung winkte, obwohl ja nur die richtige Antwort zählte, nicht aber die Geschwindig­keit der Entscheidung belohnt wurde. In diesen Fällen zeigte sich auch eine deutliche Änderung in der Hirn­aktivität. Bei den älteren Probanden waren beide Effekte, die Reaktions­geschwindig­keit und die Hirn­aktivität, hingegen nicht zu beobachten. Auf den Bildern des Kern­spin­tomo­graphen war schließlich zu sehen, dass dies mit entsprechend geschwächten Myelinscheiden der Basalganglien zusammen­hing. Der Abbau von Myelin im hohen Alter führt also vermutlich auch dazu, dass die Basalganglien die Verbindung zwischen Hinweis­reiz und Belohnung nicht richtig verarbeiten können.

Die Erkenntnisse dieser Studien fügen unserem Wissen über die biologischen Grund­lagen kognitiver Veränderungen neue Aspekte hinzu und liefern somit Anhalts­punkte für weitere Forschung, die sich mit der drängenden Frage nach dem „Was tun?“ gegen den kognitiven Abbau im Alter beschäftigt. So wiesen zum Beispiel verschiedene Forscher bereits darauf hin, dass Vor­freude, Neugier und das Erkunden von Neuem das Lern- und Gedächtnis­system positiv beeinflussen können – und es dadurch vermutlich im Alter fit halten. Wie groß dieser Effekt wirklich ist und inwiefern davon auch die strukturellen Veränderungen im Gehirn beeinflusst werden, müssen weitere Studien zeigen. Der Rat, sich seine Neugier zu bewahren, aktiv zu bleiben und Neues zu wagen, ist aber ganz sicher nicht falsch.

Neugier hält jung

Wer sich auf Dinge freut und Neues ausprobiert, trainiert seinen Dopamin­haus­halt – und damit auch sein Gedächtnis

Zehn-, zwanzig- oder dreißigtausendmal am Tag werden wir mit einem Ereignis konfrontiert, müssen in einer bestimmten Situation reagieren oder eine Entscheidung treffen. An die aller­meisten werden wir uns Sekunden später schon nicht mehr erinnern: Sie bremsen an der Kreuzung, hängen Ihren Mantel an den Haken und fahren den Rechner hoch.

Der Grund dafür liegt in unserem Gehirn, das permanent Wichtiges von Unwichtigem unter­scheidet – und nur einen winzigen Teil der Sinnes­wahr­nehmungen im Gedächtnis abspeichert. Entschieden wird das durch den Boten­stoff Dopamin, der bei positiven aber auch negativen Erlebnissen aus­geschüttet wird und zu einer Speicherung im Gedächtnis führt.

Auch bei Neugierde scheint er eine große Rolle zu spielen. Wie dies geschieht, fanden Forscher um Matthias Gruber von der University of California in Davis mit Hilfe von Probanden heraus, indem sie ihnen Quiz­fragen vorlegten. Dabei sollten die Befragten vor jeder Frage sagen, wie gespannt sie auf die Antwort sind. Diese wurde ihnen 14 Sekunden später präsentiert. In dieser Warte­zeit sahen sie das Porträt eines Menschen, das mit dem Quiz über­haupt nichts zu tun hatte.

Später fragten die Forscher, ob sich die Probanden an eben diese Gesichter erinnern können. Das Ergebnis: Je neugieriger die Probanden die Antwort auf eine spannende Frage erwarteten, umso besser konnten sie sich auch an die eingeblendeten Gesichter erinnern.

Allein die Neugier führte offen­bar zu einer Steigerung des Gedächtnisses – ein Effekt, der nach­weislich viele Stunden anhielt. Auf Computer­scans ist zu sehen, wie das Gehirn bei einer spannenden Frage das Belohnungs­zentrum aktivierte: Das Warten auf eine spannende Antwort ging mit der Aus­schüttung von Dopamin einher.

Kurzum: Wer neugierig ist, lernt und behält besser. Und: Wer neugierig ist, trainiert seinen Dopamin­haus­halt und hält sein Hirn fit. Denn Lange­weile und Routine sind die Rivalen des Boten­stoffs.

Von Joachim Schüring

Ein Rentner zeigt ein Foto in die Kamera, das ihn beim Fallschirmsprung zeigt.
©Hans-Jürgen Bauer
Zur Nachahmung empfohlen: An seinem 95. Geburtstag wagte Herbert Spiller aus Düsseldorf seinen ersten Fallschirmsprung.
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