Nach 14 kalten Monaten in der Antarktis verließen laut einer neuen Studie neun Expeditionisten den Kontinent mit etwas kleineren Gehirnen.
Ein Forscherteam untersuchte vor und nach der Reise das Gehirn der Expeditionisten und stellte fest, dass bestimmte Strukturen in der Orgel während der Reise geschrumpft waren. Insbesondere eine für das Lernen und das Gedächtnis kritische Gehirnstruktur namens Hippocampus hatte signifikant an Volumen verloren. Die Ergebnisse, die heute (4. Dezember) im New England Journal of Medicine veröffentlicht wurden, deuten darauf hin, dass die Expeditionisten möglicherweise die dringend benötigte Hirnstimulation verpasst haben, indem sie in einer isolierten Forschungsstation auf dem Polareis mit nur a gelebt und gearbeitet haben wenige ausgewählte Personen und monatelang.
Die Schrumpfung des Gehirns kann auch die Fähigkeit der Expeditionisten untergraben, Emotionen zu verarbeiten und mit anderen zu interagieren, da der Hippocampus der "Schlüssel" zu diesen kognitiven Fähigkeiten ist, Co-Autor Alexander Stahn, Weltraumforscher an der Charité - Universitätsmedizin Berlin und Assistenzprofessor von Medizin in der Psychiatrie an der University of Pennsylvania, sagte Live Science in einer E-Mail.
Die im antarktischen Team beobachteten Gehirnveränderungen spiegeln ähnliche Beobachtungen bei Nagetieren wider, die darauf hindeuten, dass längere Perioden sozialer Isolation die Fähigkeit des Gehirns, neue Neuronen aufzubauen, beeinträchtigen. Das Leben in einer "monotonen" Umgebung, einem Ort, der sich selten ändert und nur wenige interessante Objekte oder Räume zum Erkunden enthält, scheint Veränderungen im Gehirn von Nagetieren hervorzurufen, die denen der Expeditionisten, insbesondere im Hippocampus, ähneln. Laut BrainFacts.org ist der Hippocampus eine der wenigen Hirnregionen, die Neuronen bis ins Erwachsenenalter erzeugen. Er verdrahtet unsere neuronalen Schaltkreise kontinuierlich neu, während wir lernen und neue Erinnerungen gewinnen.
Obwohl das Gehirn von Nagetieren auf Umweltstimulation angewiesen zu sein scheint, um den Hippocampus zu erhalten, ist weniger über die Auswirkungen von Isolation und Monotonie auf das menschliche Gehirn bekannt. Stahn und seine Co-Autoren waren der Meinung, dass eine entfernte Forschungsstation am Südpol das perfekte Labor für Untersuchungen sein könnte. Stahn untersucht in erster Linie, wie sich das Gehirn während einer langfristigen Raumfahrt verändern könnte, aber die Antarktis erlaubte ihm, diese Auswirkungen etwas näher zu Hause zu untersuchen, sagte er.
"Es kann als ausgezeichnetes Weltraumanalog angesehen werden, um die Auswirkungen einer längeren Isolation und Einschließung zu bewerten", sagte er.
Die fragliche Polarforschungsstation, die Neumayer-Station III, steht auf dem Ekström-Schelfeis in der Nähe des Weddellmeeres und beherbergt nach Angaben des Alfred-Wegener-Instituts, das die Station betreibt, in den Wintermonaten neun Personen. Das Gebäude selbst enthält die meisten Arbeitsbereiche, öffentlichen Bereiche und Versorgungsräume des Teams, die auf 16 Hydraulikstreben über dem schneebedeckten Eisschelf ragen. Umgeben von bitterkalter Wildnis passt die Station sicherlich zur Lehrbuchdefinition von "isoliert".
Bevor sich die Expeditionisten für den antarktischen Winter hockten, scannten Stahn und seine Co-Autoren das Gehirn der Probanden mittels Magnetresonanztomographie (MRT), bei der mithilfe eines starken Magnetfelds und Radiowellen strukturelle Bilder des Gehirns aufgenommen wurden. Aus medizinischen Gründen konnte sich einer der Expeditionisten keiner MRT unterziehen, aber die Autoren haben für alle neun Teammitglieder die internen Spiegel eines Proteins gemessen, das als aus dem Gehirn stammender neurotropher Faktor (BDNF) bezeichnet wird. Das BDNF-Protein unterstützt das Wachstum neuer Neuronen und ermöglicht das Überleben der knospenden Zellen. Ohne BDNF kann der Hippocampus keine neuen neuronalen Verbindungen herstellen.
Die Autoren testeten die BDNF-Werte und die kognitive Leistung der Expeditionisten während der gesamten Expedition und scannten ihr Gehirn erneut, nachdem das Team nach Hause zurückgekehrt war. Die Forscher haben die gleichen Messungen auch von neun gesunden Teilnehmern durchgeführt, die nicht an der Expedition teilgenommen haben.
Sicher genug, die Expeditionisten verloren während ihrer 14 Monate am Südpol mehr Hippocampusvolumen und BDNF als die Gruppe, die zu Hause blieb.
Insbesondere eine Region des Hippocampus, der als Gyrus dentatus bezeichnet wird, ist bei den acht Expeditionisten, die sich einer MRT unterzogen, signifikant gesunken. Diese Region dient als Brutstätte der Neurogenese im Hippocampus und zeichnet laut BrainFacts.org Erinnerungen an Ereignisse auf. Im Durchschnitt schrumpfte der Gyrus dentatus jedes Expeditionisten während seines Aufenthalts auf der Forschungsstation um etwa 4% bis 10%.
Expeditionisten mit größerem Volumenverlust im Gyrus dentatus schnitten bei Tests der räumlichen Verarbeitung und der selektiven Aufmerksamkeit im Vergleich zu ihren Ergebnissen vor der Expedition ebenfalls schlechter ab. Andere Bereiche des Gehirns von Expeditionisten schienen während der Reise ebenfalls zu schrumpfen, einschließlich mehrerer Flecken auf der Großhirnrinde (der faltigen äußeren Schicht des Gehirns); Diese Flecken waren der linke Gyrus parahippocampus, der rechte dorsolaterale präfrontale Kortex und der linke orbitofrontale Kortex.
Ein Viertel des Weges durch die Expedition waren die BDNF-Werte der Expeditionisten bereits von ihren Ausgangswerten gefallen und sanken schließlich im Durchschnitt um etwa 45%. Diese Werte blieben auch 1,5 Monate nach der Rückkehr des Teams nach Hause niedrig. Eine stärkere Verringerung der BDNF-Spiegel korrelierte mit einem größeren Volumenverlust im Gyrus dentatus von vor der Expedition bis danach, heißt es in der Studie.
Da ihre Studie nur neun Personen umfasste, betonten die Autoren, dass ihre "Daten mit Vorsicht interpretiert werden sollten". Allein aufgrund ihrer Forschung können die Autoren nicht feststellen, welche Elemente der Expedition eine soziale oder ökologische Benachteiligung darstellten. Dennoch, so die Forscher, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass eine längere Isolation das menschliche Gehirn von BDNF erschöpfen, die Struktur des Hippocampus verändern und wichtige kognitive Funktionen wie das Gedächtnis untergraben kann.
Die Forscher untersuchen derzeit verschiedene Möglichkeiten, um diese Schrumpfung des Gehirns zu verhindern, "wie bestimmte Routinen für körperliche Bewegung und virtuelle Realität, um die sensorische Stimulation zu verstärken", sagte Stahn. Theoretisch könnte eine "Anreicherung" der Umgebung einer Person mit neuen Gegenständen und Aktivitäten den Hippocampus vor Schrumpfung schützen, wenn die Ergebnisse von Nagetierstudien beim Menschen zutreffen, so die Autoren.
