Hirnzellen werden nie arbeitslos

Unermüdlich und flexibel einsetzbar

Nach 30 Minuten hat sich die Aktivität im Gehirn verändert. Die Areale für die Lippen und den kleinen Finger sind größer geworden und haben sich verschoben

Gehirnzellen wollen arbeiten - das ganze Hirn ist im Dauerbetrieb und jede Zelle hat eine Aufgabe: Organe müssen gesteuert, Körperteile bewegt, Wahrnehmungen verarbeitet werden. Dabei geht das Hirn durchaus ökonomisch vor, denn einzelne Regionen spezialisieren sich auf Hände, Beine, auf Mund, Gesicht oder andere Körperteile. Dass die Neuronen dabei höchst vielseitig sind und sich sofort neue Aufgaben suchen, wenn alte wegfallen, ist eine noch junge Erkenntnis der Hirnforscher. Wie schnell solche Umorientierungsprozesse vor sich gehen, ist noch weitgehend unbekannt. Wissenschaftler aus Jena haben 2005 herausgefunden, dass es wohl viel schneller gehen könnte als jemals gedacht: Schon nach 45 Minuten können Hirnzellen neue Aufgaben übernehmen!

Ralph Huonker und Thomas Weiß haben das mit Experimenten in ihrer Studie gezeigt. Sie betäubten einzelne Finger von Versuchsteilnehmern und beobachteten, was im Gehirn passiert. Ergebnis: Weil wegen der Betäubung keine Signale von Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger ins Gehirn gelangten, suchten sich die zuständigen Hirnzellen sehr schnell ein neues Betätigungsfeld und orientierten sich um.

Das wollten wir von Quarks & Co selbst erleben – und Quarks-Reporterin Anna hat sich in Jena als Versuchskaninchen zur Verfügung gestellt: Zunächst verkabelten die Jenaer Forscher Annas Kopf mit Magnetspulen für die Magnetenzephalographie-Messung (MEG). Im Gegensatz zu einer sonst üblichen EEG-Messung kann die Aktivität des Gehirns so räumlich präziser gemessen werden.

Dann wurden ihre Finger mit Reizclips versehen, die in abwechselnder Reihenfolge auf die Finger drücken und so einen Reiz für das Gehirn auslösen sollten. Auch an Annas Mund brachten die Forscher eine solche Klammer an. Denn im Gehirn liegen die Bereiche, die Finger und Lippen steuern, unmittelbar nebeneinander, so dass möglicherweise auch an den Lippen Veränderungen eintreten könnten.

Finger unter Narkose

Anna im Messraum: Drei Stunden lang dauern die Tests

Mit verkabeltem Kopf und Luftdruckclips an Daumen, kleinem Finger und Lippe wird Anna in eine Kammer mit dicken Eisentüren gebracht. In diesem extra abgeschirmten Raum können die Forscher die Magnetfelder in Annas Gehirn störungsfrei messen. Zuerst werden ihre Finger und ihre Unterlippe mit den Clips gereizt – die Klammern drücken zu, dabei gelangen Signale ins Gehirn. Diese können die Forscher messen und so errechnen, an welcher Stelle im Gehirn die zuständigen Nervenzellen für Daumen, kleinen Finger und Lippe genau liegen. Sie erstellen so eine Art Landkarte von Annas Gehirn, denn das ist bei jedem Menschen etwas anders. Dann kommt der Narkosearzt und setzt mit zwei Spritzen Annas Daumen, Zeige- und Mittelfinger außer Gefecht. Zuerst fühlen sich ihre Finger an, als wären sie eingeschlafen, dann lassen sie sich nicht mehr bewegen. Anna kann nicht mehr greifen, nach einer halben Stunde sind ihre Finger betäubt. Langsam lässt auch das Gefühl nach, nur am Daumen spürt Anna den Luftdruckclip noch ein wenig: Die Narkose war nicht stark genug, so dass bis zum Schluss noch etwas Gefühl im Daumen bleibt. Der kleine Finger bleibt, wie geplant, voll funktionstüchtig. Seine Signale kommen noch komplett im Gehirn an.

Nach 45 Minuten: Im Gehirn verschiebt sich was

Jetzt streichen die Forscher mit einzelnen Pinselhaaren in unterschiedlicher Dicke über Annas Finger. Und während die betäubten Finger weniger oder fast gar nichts mehr spüren, sind Lippe und kleiner Finger empfindlicher geworden. Anna kann jetzt feinste Unterschiede erfühlen, die sie vorher überhaupt nicht wahrgenommen hat.

Es scheint, als würden die Hirnzellen, die nach der Betäubung von Daumen, Zeige- und Mittelfinger weniger Arbeit haben, einfach beim kleinen Finger und der Lippe mitarbeiten und so deren Empfindlichkeit erhöhen. Auch in der Magnetmessung zeigt sich, dass sich die zuständigen Bereiche im Gehirn schon nach 45 Minuten umorientieren: Die vorher ausgemessenen Areale haben sich verschoben und es sieht aus, als hätten die arbeitsarmen Bereiche ihre jetzt überflüssige Kapazität an die anderen, noch aktiven Bereiche übertragen.

Lippen werden empfindlicher

Pieksende Nadeln an Annas Lippe. Sie muss erfühlen, ob sie mit einer oder zwei Spitzen gestochen wird

Bei anderen Probanden, die an der Studie der Uni Jena teilgenommen haben, hatte die Betäubung umfassender gewirkt. Hier konnten die Forscher sogar sehen, dass die aktiven Gehirnbereiche für den kleinen Finger und die Lippe deutlich sichtbar um etliche Millimeter zusammengerückt waren.

Doch so schnell sich die Gehirnzellen umorientiert haben, so schnell orientierten sie sich auch wieder zurück. Sobald die Betäubung nachlässt, kommen wieder Signale aus den Fingern im Gehirn an, so dass sich die spezialisierten Hirnzellen wieder ihrer ursprünglichen Aufgabe widmen. Anna konnte ihre Finger nach vier Stunden wieder bewegen, und ist sicher, dass ihre Gehirnzellen so zuverlässig und flexibel arbeiten wie zuvor.