Wissenschaftler finden fehlende Verknüpfung zwischen Gehirnaktivität und Blutfluss
Forscher haben herausgefunden, wie Neuronenaktivität den Blutfluss zum Gehirn anregt. Die Entdeckung verspricht, dass wir die vielen Verfahren zur bildlichen Darstellung des Gehirns, die die Hirndurchblutung als Repräsentation der Neuronenaktivität verwenden, besser verstehen können. Zudem könnte sie bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer Aufschluss über die Rolle eines beeinträchtigten Blutflusses zum Gehirn geben. Die Arbeit, die teilweise mit EU-Geldern finanziert wurde, wird in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Neuron veröffentlicht. Obwohl das Gehirn lediglich 5% unserer Körpermasse ausmacht, hat es doch einen Anteil von 20% am Sauerstoffverbrauch. Im Unterschied zu Muskeln und anderem Gewebe hat das Gehirn keinen eigenen Energiespeicher. Dafür erhält es Sauerstoff und Energie direkt aus dem Blut; wird eine Hirnregion aktiviert, so wird dieser Bereich vermehrt durchblutet, damit so die für die erhöhte Aktivität erforderliche Sauerstoff- und Energiezufuhr gewährleistet wird. Bei Verfahren zur bildlichen Darstellung des Gehirns wie bei der funktionellen Magnetresonanzbildgebung (fMRI) macht man sich den Vorteil dieser engen Verknüpfung zwischen Blutfluss und Gehirnaktivität zunutze. Trotzdem sind die Mechanismen, mit denen das Gehirn diese Beziehung reguliert, auch heute noch nicht vollständig geklärt. "Wenn man sich eine Darstellung des Gehirns in fMRI-Untersuchungen ansieht, dann sieht man eigentlich nur die Änderungen des Blutflusses und der Sauerstoffzufuhr", erklärt Venkatesh N. Murthy von der Harvard-Universität, einer der Urheber der Studie. "Aufgrund der engen Verknüpfung von Neuronenaktivität und Durchblutung können wir diese Änderungen des Blutflusses jedoch als Anzeige der Gehirnaktivität deuten. Wenn wir besser verstehen, wie genau die Gehirnaktivität den Blutfluss anregt, sollten wir diesen Prozess auch in umgekehrter Richtung verstehen können. Und genau das machen wir bei der Auswertung von fMRI-Bildern." In dieser neuesten Studie untersuchten Neurowissenschaftler bei Mäusen einen Teil des Gehirns, den Riechkolben, in dem Duft und Geruch verarbeitet werden. "Nimmt eine Maus einen Duft wahr, werden einzelne Bereiche in ihrem Riechkolben aktiviert, woraufhin die Durchblutung dieser Bereiche angeregt wird", so Professor Murthy weiter. "All dies haben wir mit Hilfe von hoch entwickelten optischen Mikroskopen gemessen, indem wir die Anzahl und die Geschwindigkeit der roten Blutkörperchen gezählt haben, die in diesem Bereich durch die Kapillaren strömten." Die Wissenschaftler fanden heraus, dass bestimmte Zellen, die Astrozyten, als "Mittelsmänner" fungieren und dafür verantwortlich sind, dass der Blutfluss zu den unterschiedlichen Bereichen des Gehirns den Gehirnaktivitäten entspricht. Wenn eine Region des Gehirns aktiviert wird, werden Moleküle, die Neurotransmitter, freigesetzt. Spüren die Astrozyten diese auf, veranlassen sie die Erweiterung von Blutgefäßen, um letztlich den Blutfluss zu diesem Bereich des Gehirns zu erhöhen. Den Forschern zufolge sind viele verschiedene molekulare Signalwege an diesem Prozess beteiligt. Die Untersuchungsergebnisse sind nicht nur für diejenigen nützlich, die nun die Verfahren zur bildlichen Darstellung des Gehirns besser verstehen können, sondern auch für diejenigen, die neurodegenerative Gegebenheiten, wie z.B. bei der Alzheimer-Erkrankung oder der Alterung des Gehirns, erforschen. Die Forschung hat gezeigt, dass die Fähigkeit des menschlichen Gehirns, den Blutfluss auf die Stärke der jeweiligen Aktivität abzustimmen, im Prozess der Alterung oder bei der Entwicklung einer neurodegenerativen Erkrankung beeinträchtigt werden kann. Ob dies nun für einige Symptome des kognitiven Verfalls verantwortlich ist, bleibt dennoch ein Rätsel. Als nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler untersuchen, ob ihre Ergebnisse für den Riechkolben auch auf die anderen Bereiche des Gehirns übertragen werden können. Die EU unterstützte dieses Forschungsprojekt über ein Marie-Curie-Stipendium.