Neuronale Plastizität des Gehirns: Die revolutionäre Erkenntnis, dass unser Gehirn sich verändert und was du dafür tun kannst

Hast du dich schonmal gefragt, was in deinem Gehirn passiert, wenn du dir neues Wissen aneignest? Möchtest du erfahren, wie du zur Neubildung von Gehirnzellen einen Beitrag leisten und dein Gehirn gesund halten kannst? Welchen Einfluss übt das Potenzial unseres Gehirns, sich fortwährend zu verändern, auf die Entstehung und den Verlauf von Krankheiten aus? Kann man Erkrankungen wie Alzheimer und Demenz durch Gedächtnisübungen vorbeugen und was geschieht dabei im Gehirn? Wie wirkt sich die ketogene Ernährungsform auf die neuronale Plastizität des Gehirns aus? Diesen und weiteren Fragen werde ich in dem folgenden Artikel auf den Grund gehen.

Genauer gesagt beschäftigen wir uns mit diesen Thematiken:

• Was ist die neuronale Plastizität des Gehirns?
• Welche Arten von Neuroplastizität gibt es?
• 14 Wege, wie du dein Gehirn renovieren kannst
• Ketogene Ernährung und Neuroplastizität 
• Wie wurde die neuronale Plastizität des Gehirns entdeckts?

Was ist die neuronale Plastizität des Gehirns?

Die neuronale Plastizität des Gehirns bezeichnet die Fähigkeit des Gehirns, sich zu verändern, zu restrukturieren und neu zu organisieren. Durch diesen Vorgang passt sich unser Gehirn an neue Situationen an. Es gleicht funktionelle Ausfälle in dem einen Kortexbereich dadurch aus, dass ein anderer die Aufgaben des beschädigten Bereiches mit übernimmt. Dieser Vorgang ist insbesondere nach Hirnverletzungen relevant. Doch auch für Menschen ohne derartige Einschränkungen lohnt sich das Wissen um die Neuroplastizität des eigenen Gehirns. Weil du dich damit in die Lage versetzen kannst, dein Erinnerungsvermögen sowie deine Leistungsfähigkeit zu steigern und Erkrankungen vorzubeugen. Das Konzept der neuronalen Plastizität des Gehirns ist zwar noch recht neu, doch handelt es sich um eine der wichtigsten Entdeckungen in der Neurowissenschaft.

Eine spannende Erkenntnis ist, dass die neuronalen Netzwerke in unserem Körper nicht starr und unbeweglich sind. Vielmehr entwickeln sie sich dynamisch über unser ganzes Leben hinweg. Ob gewisse Netzwerke verstärkt werden oder aber verschwinden ist dabei abhängig von unserer Erfahrung und wie sehr sie beansprucht werden. Während wir beispielsweise wiederholt eine Tätigkeit ausführen, eine bestimmte Bewegungsabfolge üben oder aber ein mathematisches Problem lösen, formen sich gewisse neuronale Kreisläufe in unserem Gehirn. Dies führt über längere Zeit hinweg dazu, dass uns die entsprechende Tätigkeit leichter fällt und unser Gehirn dafür weniger Ressourcen verbrauchen muss. Wenn wir allerdings eine bestimmte Aktivität nicht mehr ausüben, so kalibriert sich unser Gehirn nach dem Prinzip „Nutze es oder verliere es“ neu. Die Neuroplastizität ist ein Mechanismus, der bei vielen verschiedenen Vorgängen in unserem Nervensystem eine entscheidende Rolle spielt. Dazu zählen Gewöhnung, Sensitivierung, Medikament-Toleranz, sowie die Funktionswiederherstellung nach einer Hirnverletzung. Bei chronischen Schmerzen treten beispielsweise maladaptive (eine unzureichende oder fehlerhafte Anpassung an eine neue Situation) zentrale neuroplastische Veränderungen auf. Schmerz verursacht Spuren im Gedächtnis und dadurch Veränderungen im nozirezeptiven System. Wiederholter Schmerz führt üblicherweise zur Habituation (das Gehirn „gewöhnt“ sich daran, wodurch die Schmerzempfindung abnimmt), bei chronischen Schmerzzuständen kommt es jedoch zur Sensitivierung (stärkere Schmerzwahrnehmung). Nach demselben Prinzip ist der Gewöhnungseffekt dafür verantwortlich, dass Medikamente nach dauerhafter Einnahme ihre Wirksamkeit einbüßen.

Welche Arten von Neuroplastizität gibt es?

Neuroplastizität ist ein allgemeiner Begriff, der die Fähigkeit des Gehirns zur Modifikation seiner neuronalen Netzwerke umschreibt. Hierbei unterscheiden Wissenschaftler die beiden Formen der strukturellen und der funktionellen Neuroplastizität.

1. Strukturelle Neuroplastizität

 Die Stärke des Signals zwischen Synapsen intensiviert sich, wenn mehr Neurotransmitter in den Spalt gelangen. Dadurch verändern sich die neuronalen Verbindungen dauerhaft. Wissenschaftler bezeichnen die Fähigkeit der Synapsen, sich an veränderte Anforderungen anzupassen, als synaptische Plastizität. Bei den Synapsen handelt es sich um chemische beziehungsweise elektrische Schnittstellen zwischen Gehirnzellen. Synaptische Plastizität umfasst viele verschiedene Veränderungsprozesse, wie zum Beispiel eine dauerhafte Änderung der Menge an Rezeptoren für bestimmte Neurotransmitter oder Änderungen im Bezug auf die Synthese von Proteinen innerhalb einer Zelle. Der Begriff der Synaptogenese steht dabei für die Entstehung oder Bildung einer neuen Synapse an einer Nervenzelle und wie sie sich in das bereits bestehende neuronale Netzwerk einfügt. Strukturelle Plastizität findet statt, wenn fetale Neurone während der Entwicklung des Gehirns gekennzeichnet werden. Fetale Neurone sind neuronale Stammzellen, die sich je nach dem Bereich, in den sie wandern, zu den dort spezialisierten Zellen ausdifferenzieren. Dieser Prozess wird auch Plastizität während der Entwicklungsphase genannt. Dabei bildet das Gehirn neue Hirnzellen, welche von ihrem Geburtsort in der subventrikulären Zone zu ihrem finalen Bestimmungsort im Kortex wandern und sich dort in das neuronale Netzwerk einfügen (neuronale Migration). Im Zuge der Entwicklungsphase spezialisieren sich die Kortexbereiche mehr und mehr auf bestimmte Aufgaben wie zum Beispiel auf die Verarbeitung von Signalen aus umliegenden Bereichen durch sensorische Rezeptoren. So nehmen die neuronalen Rezeptoren im Okzipitallappen speziell die Signale von der Sehbahn auf.

Bei der Neurogenese handelt es sich um die Heranbildung neuer Neurone. Dieser Prozess ereignet sich primär während der frühen Entwicklungsphase. Doch innerhalb der letzten Dekade haben sich die Beweise dafür gehäuft, dass die Neurogenese ebenfalls im Gehirn von Erwachsenen stattfindet. Das bedeutet, dass das Gehirn von Erwachsenen nach einem Verlust von Hirnzellen in der Lage ist, sie durch neue zu ersetzen. Die Neubildung von Neuronen findet im Hippocampus im Bereich des Gyrus dentatus statt, genauer gesagt in der subgranulären Zone, welche zwischen Hilus und Körnerzellschicht liegt. Auf der anderen Seite muss sich unser Körper alter Zellen entledigen, um den Organen zum Wachstum zu verhelfen. Dabei ersetzt er fortwährend alte Zellen durch neue. Er tötet dafür alte Zellen ab und neue Zellen treten an deren Stelle. Dieser Prozess nennt sich Apoptose und ist eine Form des programmierten Zelltods (PCD). Er wird auch als „active cell death„ (ACD) bezeichnet. Die Apoptose ist eigentlich ein natürlicher Vorgang, der durch verschiedene interne Faktoren ausgelöst wird. Allerdings gibt es auch externe Faktoren, die den Zelltod anregen können. Dazu zählen Neurotoxine (zum Beispiel Mononatriumglutamat) ebenso sehr wie Hirnverletzungen, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen, Oxidation, Hitzeschock, cytotoxische Drogen (Cytotoxine), Schwermetalle und oxidativer Stress. Wenn die Apoptose auf diese Weise angetrieben wird, kann sie krankhafte Formen annehmen und im schlimmsten Fall zur Nekrose führen. Die Nekrose bezeichnet einen unkoordinierten Zelltod, bei dem ein ganzer Zellverband abstirbt.

Andere Formen von struktureller Neuroplastizität sind zum Beispiel Veränderungen in der Dichte der weißen und grauen Hirnmasse. Mithilfe der Magnetresonanztomografie können Wissenschaftler diese sichtbar machen. Die weiße Substanz in unserem Gehirn besteht überwiegend aus Leitungsbahnen bzw. Nervenfasern und enthält vornehmlich Nervenzellfortsätze. Die graue Substanz setzt sich im Unterschied dazu primär aus Nervenzellkörpern zusammen.

Funktionelle Neuroplastizität

Die funktionelle Neuroplastizität hängt von zwei grundlegenden Prozessen ab, nämlich Lernen und Gedächtnis. Diese repräsentieren einen speziellen Typus neuronaler und synaptischer Plastizität. Während Lern- und Erinnerungsprozessen ereignen sich Veränderungen in der synaptischen Beschaffenheit zwischen Neuronen. Diese strukturelle Adaptierung wird durch biochemische Prozesse in den Zellen angeregt.

Wissenschaftler unterscheiden hauptsächlich vier verschiedene Formen funktioneller Neuroplastizität:

• Homologous Area Adaption (homologe Adaptierung eines Gebiets): Die homologe Adaptierung eines Bereichs ist die Übernahme eines bestimmten kognitiven Prozesses durch den äquivalenten Bereich der gegenüberliegenden Hemisphäre.
• Cross-modal Reassignment (kreuz-modale Neuzuweisung eines Bereichs im Gehirn): Cross-modal reassignment ereignet sich, wenn ein Kortexbereich plötzlich andere sensorische Signale verarbeiten kann als nur diejenigen, auf die er ursprünglich spezialisiert war.
• Map Expansion: Bei der Map Expansion handelt es sich um die Ausweitung einer funktionellen Kortexregion, wodurch auch andere Bereiche des Gehirns danach für die jeweilige Funktion benutzt werden.
• Compensatory Masquerade (in etwa: kompensatorische Maskerade): Eine kompensatorische Maskerade geschieht hingegen, wenn ein bestimmter kognitiver Prozess eine neue Aufgabe übernimmt, für die er zuvor nicht zuständig war.

Wie kannst du die Bildung neuer Hirnzellen anregen und die Neuroplastizität deines Gehirns steigern?

Wie ich weiter oben bereits erläutert habe, verfügt auch das Gehirn von Erwachsenen über die Fähigkeit zur Bildung neuer Hirnzellen (Neurogenese) sowie ebenfalls zur Bildung neuer Nervenbahnen (Neuroplastizität).

Schon wenn du dich tagtäglich nur für 30 Minuten sportlich betätigst, kannst du so die Produktion neuer Synapsen stimulieren. Denselben Effekt haben auch Meditationsübungen. Wenn du Speisen konsumierst, welche viele Flavonoide (dazu zählen Kakao und Heidelbeeren) oder Antioxidantien (wie grüner Tee oder Kaffee) enthalten, so wirkt sich dies auch positiv auf die Wachstumsprozesse in deinem Gehirn aus. Hier sind 14 weitere Methoden, um die Neurogenese und die neuronale Plastizität des Gehirns anzuregen.

14 Wege, wie du dein Hirn renovieren kannst

1. Intermittierendes Fasten 

Fasten hat vielerlei positive Effekte: Es erhöht die Plastizität deiner Synapsen, stimuliert das Wachstum neuer Neurone in deinem Gehirn, senkt das Risiko neurodegenerativer Erkrankungen und verbessert die kognitive Funktion (6,7).

Während des Fastens ist der Leptinspiegel in Folge einer metabolischen Veränderung deutlich niedriger. Bei Leptinen handelt es sich um Hormone, die unser Körper aus Fett herstellt. Das Resultat der geringeren Menge an Leptinen ist, dass unser Gehirn sodann ein chemisches Signal erhält, durch die Neurone mehr Energie zu produzieren.

Verbreitete Methoden des Fastens sind: Einen Tag in der Woche für die gesamten 24 Stunden fasten; eine 16-stündige Fastendauer, dazu würdest du die letzte Mahlzeit um 20 Uhr zu dir nehmen und danach erst wieder um 12 Uhr Mittags am nächsten Tag und schließlich das „5-2“ Modell, wobei du 5 Tage lang regulär und danach 2 Tage kalorienreduziert (nur zwischen 400 und 600 Kalorien) essen würdest.

Auch bei der ketogenen Ernährung stellst du deinen Körper auf die Verbrennung von Fetten um, somit birgt dies ebenfalls das Potenzial, die neuronale Plastizität des Gehirns zu erhöhen. Mehr dazu findest du weiter unten im Kapitel „Ketogene Ernährung und Neuroplastizität“.

2. Reisen

Reisen fördert die Neurogenese, da du dein Gehirn dadurch neuen, abwechslungsreichen Eindrücken aussetzt. Paul Nussbaum, ein Neuropsychologe der Universität von Pittsburgh, erläutert diesbezüglich: „Solche neuen, herausfordernden Situationen regen das Gehirn an, mehr Dendriten wachsen zu lassen.“ (8)

Doch du musst dafür keine längere Reise unternehmen; ein Wochenendtrip in eine andere Stadt stimuliert dein Gehirn auf dieselbe Weise wie in ferne Länder zu reisen.

3. Verwende mnemonische Techniken

Wenn du dein Gedächtnis trainierst, so kannst du dadurch die Konnektivität der Neurone deines Präfrontallappens verbessern (9) und dem Verlust von Erinnerungen entgegenwirken. Bei mnemonischen Techniken handelt es sich um eine Form des Gedächtnistrainings, bei der Visualisierung, Bildsprache, räumliches Vorstellungsvermögen, Rhythmus sowie Melodie miteinander kombiniert werden. (10)

Eine bekannte Technik aus diesem Repertoire ist die Method of Loci (MoL). Dabei stellst du dir eine dir bekannte Route vor, entweder durch ein Gebäude, bei dir zu Hause oder dein Weg zur Arbeit, und platzierst gedanklich Gegenstände an verschiedenen Orten auf dem Weg. Diese gilt es dabei, sich zu merken. Je bizarrer diese Gegenstände sind, desto besser wirst du dich später an sie erinnern können. Indem du dann deine Schritte gedanklich zurückverfolgst, werden die mit den Orten verknüpften Gegenstände wieder an die Oberfläche kommen und dir einfallen. Neben Objekten, Nummern und Namen konnte diese Methode auch Menschen mit Depressionen dabei helfen, glückliche Erinnerungen abzuspeichern, um sie dann in Zeiten erhöhter Belastung abrufen zu können (11).

Du solltest also damit beginnen, diese mnemonischen Techniken auszuprobieren und deine Erinnerungsfähigkeit zu trainieren; dabei könntest du zunächst versuchen, Namen, Texte oder Gedichte zu erinnern. Hier findest du eine Auswahl mnemonischer Techniken, um damit anzufangen.

4. Lerne ein Instrument

Gehirnaufnahmen von Musikern zeigen eine erhöhte Konnektivität zwischen einzelnen Hirnregionen. Neurowissenschaftler erklären diese Tatsache dadurch, dass das Spielen eines Instruments eine intensive, multisensorische Erfahrung ist (12). Indem du deine Bewegungen mit spezifischen Klängen und visuellen Mustern verknüpfst, stimulierst du die Formierung neuer neuronaler Netzwerke in deinem Gehirn. Dadurch regst du die neuronale Plastizität des Gehirns an.

Falls du also schon immer ein Instrument lernen wolltest, so behalte dir als zusätzliche Motivation in Erinnerung, dass es auch dein Gehirnwachstum anregt.

5. Übungen mit der nicht-dominanten Hand

Wenn du deine nicht-dominante Hand für Tätigkeiten wie Zähneputzen, Nachrichten schreiben oder das Umrühren von Kaffee beziehungsweise Tee verwendest, so kannst du dadurch dein Gehirn anregen, neue neuronale Netzwerke zu produzieren. Diese kognitiven Übungen werden auch Neurobics genannt. Sie stärken die Konnektivität zwischen deinen Hirnzellen. Dr. P. Murali Doraiswamy von der Abteilung der biologischen Psychiatrie an der Duke Universität erklärt diesen Vorgang anhand der folgenden Analogie: “Es ist, wie als wenn du dadurch mehr Funkmasten in deinem Gehirn hast, um Nachrichten zu senden und zu empfangen. Je mehr Funkmasten vorhanden sind, desto weniger Anrufe verpasst du.”

Studien konnten außerdem zeigen, dass Übungen mit der nicht-dominanten Hand ebenfalls die emotionale Gesundheit stärken und die Impulskontrolle verbessern. Also wechsle die Hand bei einfachen Tätigkeiten, um dein Gehirn zu trainieren.

6. Lies fiktive Romane

Eine Studie der Emory Universität, die über 19 aufeinanderfolgende Tage hinweg durchgeführt wurde, hat gezeigt, dass die Konnektivität des Gehirns bei den Probanden zunahm, die alle denselben Roman gelesen hatten. Der Versuchsleiter Gregory Berns bemerkt dazu: „Obwohl die Probanden den Roman während des Hirnscans nicht lasen, blieb die erhöhte Konnektivität in ihrem Gehirn erhalten.“

Die Forscher konnten eine erhöhte Aktivität insbesondere in den Regionen des Gehirns beobachten, die für physische Eindrücke und Bewegungen zuständig sind. Berns erklärt das damit, dass dich das Lesen einer Novelle in die Haut des Protagonisten hineinversetzt. Die Fähigkeit, sich in einen anderen mentalen Zustand hineinzuversetzen ist für komplexe soziale Interaktionen enorm wichtig. Um diesen positiven Effekt auf das Gehirn zu erleben, bietet es sich also an, ein paar Romane in deine Leseliste aufzunehmen.

7. Erweitere dein Vokabular 

Indem du neue Worte lernst, aktivierst du die Regionen deines Gehirns, welche für visuelle und auditorische Verarbeitung (das Sehen und Hören eines Wortes) sowie diejenigen, die für Gedächtnisprozesse zuständig sind. Ein kleines Vokabular steht bei Kindern mit einer herabgesetzten kognitiven Lernfähigkeit in Verbindung, wohingegen ein großes Vokabular ein Indikator für Erfolg im Studium ist.

Lerne jeden Tag ein neues Wort, um dein Vokabular zu vergrößern. Dadurch kannst du die neuronale Plastizität des Gehirns verbessern und es dazu anregen, neue neuronale Netzwerke zu knüpfen. Es gibt für diesen Zweck zahlreiche Apps und Online-Kurse.

8. Betätige dich künstlerisch

Ein Artikel mit dem Titel “Wie Kunst dein Gehirn verändert” konnte zeigen, dass das Malen von Bildern die Konnektivität des Gehirns erhöht. Die Studie wurde in Form eines 10-wöchigen Kunstkurses durchgeführt (eine zweistündige Sitzung, einmal pro Woche). Diese verbesserte Konnektivität hielt auch über die Zeit, in der die Probanden das Bild malten hinaus an und nahm somit Einfluss auf deren Ruhezustandsnetzwerk („default mode network“). Das Ruhezustandsnetzwerk ist verantwortlich für mentale Prozesse wie Introspektion, Gedächtnis und Empathie. Die künstlerische Betätigung stärkte zudem dasjenigen neuronale Netzwerk, welches Aufmerksamkeit und Konzentration reguliert.

Es ist sekundär, ob die künstlerische Aktivität das Kreieren von Mosaik, Schmuck, Keramik, Malereien oder Zeichnungen beinhaltet. Die Kombination von motorischen und kognitiven Prozessen verbessert in jedem dieser Fälle die Konnektivität des Gehirns. Also wäre es empfehlenswert, wenn du einen Kunstkurs belegst. Selbst, wenn dieser nur einmal in der Woche stattfindet, so hat dies einen positiven Einfluss auf dein Gehirnwachstum.

9. Tanzen

Wenige von uns würden sich das Tanzen als einen Entscheidungsprozess vorstellen. Doch dass es sich beim Tanzen genau darum handelt, ist der Grund, wieso es so gesund für das Gehirn ist. Insbesondere free-style Tanzen und solche Tanzformen, die sich nicht bereits erlernter Bewegungsabläufe bedienen und diese abrufen. Forscher haben die Effektivität verschiedener kognitiver Aktivitäten für die Prophylaxe von Alzheimer und Demenz verglichen. Dabei kamen sie zu dem Schluss, dass Tanzen den größten positiven Effekt hatte (eine Reduktion des Erkrankungsrisikos von 76 %); höher als viermal die Woche Kreuzworträtsel lösen (47 %) oder Lesen (35 %).

Tanzen erhöht die neuronale Konnektivität, da es dein Gehirn dazu bringt, verschiedene Gehirnfunktionen gleichzeitig zu benutzen und somit zu integrieren: Nämlich kinästhetische, rationale, musikalische und emotionale Funktionen. Wenn du mit einem Partner zusammen tanzt, so ergibt sich sowohl durch die Lead als auch durch die Follow Rolle eine kognitive Stimulation.

 

10. Schlaf

Diverse Studien, die an der New York Universität durchgeführt wurden, konnten zeigen, dass ein gesunder Schlafrhythmus dabei hilft, Lerninhalte zu speichern. Dies geschieht, indem dadurch das Wachstum dendritischer Dornen angeregt wird. Dendritische Dornen sind die kleinen Vorwölbungen an den Axonen, welche Gehirnzellen miteinander verbinden und die Informationsübertragung über Synapsen ermöglichen.

Versuche, 7 bis 8 Stunden pro Nacht zu schlafen. Wenn es dir schwerfällt, rechtzeitig einzuschlafen, dann könntest du probieren, ein nächtliches Ritual durchzuführen: Jeden Abend zu derselben Zeit ins Bett gehen; einen schlaffördernden Tee zu dir nehmen; oder den Raum so dunkel wie möglich machen.

11. Übungseinheiten mit eingeschränkter Sinnesbeanspruchung

Trainiere eine Sinneswahrnehmung, indem du andere Sinnesmodalitäten, die du üblicherweise für alltägliche Tätigkeiten benutzt, einschränkst. Während du zum Beispiel mit jemandem gemeinsam zu Mittag isst, verwende ausschließlich non-verbale Kommunikation; schließe deine Augen, während du dich anziehst; nimm eine Dusche mit geschlossenen Augen ein oder mache das Licht aus und ertaste den Weg zum Schlafzimmer. Gemäß neuerer Erkenntnisse aus Studien des Franklin Instituts werden durch die Ausführung alltäglicher Tätigkeiten mit weniger Sinnesmodalitäten untergenutzte neuronale Netzwerke aktiviert.

12. Veränderung täglicher Routinen

Wenn du reguläre Routinen änderst, kannst du dein Gehirn dazu bringen, neue neuronale Verbindungen auszubilden. Einige Anregungen dazu wären: Nimm eine andere Route zur Arbeit, stehe morgens nach der anderen Seite des Bettes wie sonst auf oder wechsle im Fitnessstudio häufiger die Geräte.

13. Sportliche Betätigung

Sport erhöht das Volumen sowohl der grauen Substanz (Neurone), als auch der weißen Substanz (Verbindungen zwischen Neuronen) im Gehirn. Indem physische Aktivität den Blutfluss zum Gehirn anregt, werden dadurch biochemische Veränderungen angestoßen, welche die Neuroplastizität verbessern. Das bedeutet, dass sich mehr neue Neurone bilden und die Verbindungen zwischen diesen Nervenzellen ebenfalls zunehmen. Wenn du dies mit kognitivem Training kombinierst, so kannst du die neu geknüpften Verbindungen zusätzlich stärken.

14. Achte darauf, genügend Fisch zu essen

In einer Studie konnte demonstriert werden, dass die primär in Fischöl vorkommenden Omega-3-Fettsäuren (wie Docosahexaensäure) die Formierung neuer neuronaler Netzwerke im Hippocampus von Rennmäusen erhöhen. Es wird vermutet, dass eine Anregung der Neurogenese im Hippocampus durch Omega-3-Fettsäuren das Potenzial birgt, PTSD (Post-traumatische Stressstörung) vorzubeugen.

Ketogene Ernährung und Neuroplastizität

Die ketogene Ernährungsform ist äußerst gesund für dein Gehirn und fördert die neuronale Plastizität des Gehirns sowie die Neurogenese. Viele Menschen, die sich bereits länger ketogen ernähren, berichten davon, dass ihre kognitiven Funktionen sich verbessert haben. Auch das Voranschreiten neurodegenerativer Erkrankungen kann dadurch deutlich abgebremst werden und manchmal kann diese Ernährungsform gar als Prophylaxe wirken, um den Ausbruch solcher Krankheiten zu verhindern.

Doch wie genau wirkt sich die Ketose auf die Prozesse in unserem Gehirn aus?

1. Die Ketose stellt eine konstante, saubere Energieversorgung an Fettsäuren für das Gehirn bereit.

Weil unser Gehirn das energieforderndste Organ im gesamten Körper ist, reagiert es äußerst sensibel auf die Fluktuation verfügbarer Brennstoffe. Menschen, die sich an eine Versorgung des Gehirns mit Zucker gewöhnt haben, erleben oftmals ein starkes Craving bei Abstinenz, zusammen mit damit einhergehenden Symptomen wie einem niedriger Blutzuckerspiegel mit begleitender innerer Unruhe und Schlappheit.

Wenn du deinen Stoffwechsel auf die Ketose umstellst, kannst du das aber verhindern. Insbesondere bei Frauen hat sich gezeigt, dass eine Stabilisierung des Blutzuckerspiegels ebenfalls die Stimmungslage stabilisiert (13).

Verschiedene Studien deuten darauf hin, dass eine ketogene Ernährung sich günstig auf geistige Erkrankungen auswirkt, oftmals ist sie sogar heilsamer als Medikamente. So reduziert ketogene Ernährung beispielsweise die Symptome von Depressionen und Angststörungen bei Mäusen und Ratten (14). Andere Studien konnten demonstrieren, dass sie ebenfalls dabei hilft, die Symptome von schizophrenen Erkrankungen zu verringern (15).

   2. Die ketogene Ernährung fördert die Gesundheit der Mitochondrien im Körper und erhöht ihre Anzahl

Vor der Entdeckung der Neuroplastizität dachten Wissenschaftler, dass ein geschädigtes Gehirn sich nicht selbst regenerieren kann. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass unser Gehirn zu solchen Heilungsprozessen durchaus in der Lage ist. Dabei spielen Mitochondrien eine gewichtige Rolle. Mitochondrien, die Kraftwerke der Zellen, regulieren die Produktion und Steuerung von Stammzellen in unserem Gehirn. So haben Wissenschaftler herausgefunden, dass der mitochondriale Metabolismus die Entstehung neuer Neurone im erwachsenen Hippocampus beeinflusst und sich ebenfalls auf den Alterungsprozess auswirkt.

Im erwachsenen Gehirn werden unter normalen Umständen keine neuen Nervenzellen mehr gebildet. Der Hippocampus, eine Struktur, die für Gedächtnis und Lernprozess verantwortlich ist, bildet die Ausnahme dieser Regel. Hier entstehen zeitlebens aus Stammzellen neue Nervenzellen, die sich in bestehende Netzwerke integrieren und eine wichtige Funktion in der neuronalen Plastizität des Gehirns übernehmen. Mit zunehmendem Alter nimmt die Neubildung von Nervenzellen ab und es wird vermutet, dass die altersabhängige Abnahme der Neurogenese zur Beeinträchtigung der Gehirnleistung beiträgt.

Gehirnzellen verfügen über weit mehr Mitochondrien als andere Körperzellen und das wiederum äußert sich in einem höheren Bedürfnis an Brennstoffen. Wenn du die Anzahl an Mitochondrien und ihren Output erhöhst, so steht deinem Gehirn dadurch mehr Energie zur Verfügung. Es hat sich gezeigt, dass du das insbesondere durch Fasten und ketogene Ernährung erreichen kannst. Dies funktioniert, indem die ketogene Ernährung den BDNF nach oben reguliert. Der Wachstumsfaktor BDNF, von eng.: „Brain-derived neurotrophic factor“; auf deutsch etwa: „Vom Gehirn stammender neurotropher Faktor“, dient als Indikator für das Wachstum neuronaler Verbindungen im Gehirn. Da ein niedriges BDNF-Level mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer, Depression, Schizophrenie und der Huntington-Erkrankung in Verbindung steht, birgt die ketogene Ernährung also das Potenzial, diesen Krankheiten durch eine Anregung des Zellwachstums entgegenzuwirken. Ketonkörper selber haben erwiesenermaßen viele neuroprotektive Eigenschaften. Sie erhöhen beispielsweise das ATP Level (Adenosintriphosphat ist der universelle und unmittelbar verfügbare Energieträger in Zellen und wichtiger Regulator Energie-liefernder Prozesse) und senken die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS – reactive oxygen species). ROS sind im biologischen Kontext für den Organismus wichtige Signalmoleküle, haben aber in hoher Konzentration schädliche Auswirkungen, indem sie zu oxidativem Stress führen können. Auf dem Feld der Bioenergetik hat sich gezeigt, dass ketogene Ernährung die mitochondriale Biogenese (Neubildung von Mitochondrien) stimuliert, wodurch zahlreiche synaptische Funktionen stabilisiert werden (16).

Wie wurde die neuronale Plastizität des Gehirns entdeckt?

Die Theorie der Neuroplastizität geht auf den Psychologen William James zurück, der sie vor ungefähr 120 Jahren als erster in seinem Werk „Principles of Psychology“ beschrieb (1). Er stellte darin fest, dass das menschliche Gehirn zu andauernden funktionellen Veränderungen fähig ist. Der polnische Neurowissenschaftler Jerzy Konorski war dann im Jahr 1948 derjenige, der den Begriff Neuroplastizität erstmals definierte. Konorski schlug eine Theorie vor, nach der Neurone, welche durch die örtliche Nähe zu einem aktiven neuronalen Kreislauf aktiviert werden, sich sodann verändern und in diesen Kreislauf integrieren (2).

Der kanadische Psychologe Donald Hebb formulierte zu derselben Zeit eine ganz ähnliche Hypothese, die er Hebb-Regel nannte. Er definierte diese Regel in seinem 1949 erschienen Buch „The Organization of Behaviour“ folgendermaßen: „Wenn ein Axon der Zelle A […] Zelle B erregt und wiederholt und dauerhaft zur Erzeugung von Aktionspotentialen in Zelle B beiträgt, so resultiert dies in Wachstumsprozessen oder metabolischen Veränderungen in einer oder in beiden Zellen, die bewirken, dass die Effizienz von Zelle A in Bezug auf die Erzeugung eines Aktionspotentials in B größer wird.“ In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies: Je häufiger ein Neuron A gleichzeitig mit Neuron B aktiv ist, umso bevorzugter werden die beiden Neuronen aufeinander reagieren. Folglich  kommt es also zu einer Stärkung der Synapse, sodass Neuronen, die gemeinsam feuern eine gemeinsame Verbindung ausbilden. Dies hat Hebb anhand von Veränderungen der synaptischen Übertragung zwischen Neuronen nachgewiesen, womit Hebb als der Entdecker der synaptischen Plastizität gilt, die die neurophysiologische Grundlage von Lernen und Gedächtnis darstellt (3).

Ein weiterer Pionier auf dem Gebiet der Neuroplastizität ist der amerikanische Neurophysiologe Paul Bach-y-Rita, welcher als erster die neuronale Plastizität des Gehirns anhand realer Fallbeispiele demonstrieren konnte. Er stellte fest, dass gesunde Regionen des Gehirns die Funktionen von verletzten Kortexbereichen mit übernehmen können. Diese Erkenntnis nutzte er sodann als Grundlage für die Behandlung von Patienten, die wegen vestibulärer Schäden unter Gleichgewichtsstörungen litten. Er entwickelte zu diesem Zweck ein an einen Computer gekoppeltes Gerät. Dieses Gerät bestand aus einer Gruppe von Beschleunigungsmessern, die auf den Patienten positioniert wurden. Die so gewonnen Informationen wurden an ein kleines Plättchen gesendet, das den Patienten auf die Zunge gelegt wurde. Die Zunge eignet sich für diesen Zweck besonders gut, da sie eine große Menge sensorischer Rezeptoren enthält. Dieses Plättchen stimulierte sodann verschiedene Bereiche der Zunge, in Abhängigkeit von der Orientierung der Beschleunigungssensoren. Durch diese Methode war es den Patienten möglich, ihren Gleichgewichtssinn zurückzugewinnen. Nach mehrmaliger Anwendung fiel Bach-y-Rita auf, dass seine Patienten ihr Gleichgewicht selbst, nachdem das Gerät entfernt wurde noch für einige Zeit halten konnten. Nachdem sie das Gerät über mehrere Wochen hinweg benutzt hatten, waren sie vollkommen von den Gleichgewichtsstörungen geheilt. Dies lieferte einen ersten Hinweis auf das Potenzial der Neuroplastizität für die Heilung neurologischer Störungen und für die Fähigkeit des Gehirns, sich auf wiederholte Stimuli hin neu auszurichten.

Ein weiterer erwähnenswerter Name auf diesem Gebiet ist der Neurowissenschaftler Edward Taub. Auf ihn geht die sogenannte Constrained-Induced Movement Therapy zurück. Patienten, die einen Schlaganfall hatten, erleben als Folge der resultierenden Schädigung des zentralen Nervensystems oftmals Lähmungen einzelner Körperteile. Mit seinem revolutionären Therapieansatz konnten diese Ausfälle erfolgreich behandelt werden. Die Grundidee hinter seiner Intervention ist, dass Schlaganfallpatienten die betroffenen Körperteile oftmals nicht mehr benutzen, weil sie wegen der damit verbundenen Schwierigkeiten entmutigt sind, sie überhaupt zu gebrauchen. Doch dieser „gelernte Nichtgebrauch“ führt nach Taubs Argumentation zu einer weiteren Verschlechterung der Lähmung.

Um diese Entwicklung aufzuhalten, zwingt sein Therapieansatz die Patienten dazu, das betroffene Körperglied intensiv zu bewegen. Dies wird dadurch erreicht, dass das korrespondierende gesunde Körperglied, welches als Ausgleich vom Patienten bis dato mehr benutzt wurde, über längere Zeit hinweg drastisch eingeschränkt (constrained) wird. Das gelähmte Glied wird in diesem Zeitraum dann zugleich intensiv beansprucht und trainiert. Durch die ständige Wiederholung wird die neuronale Plastizität des Gehirns der Patienten angeregt und es bahnen sich neue neuronale Pfade. Durch diesen Prozess wird deren Gehirn in die Lage versetzt, die Benutzung der durch den Schlaganfall in Mitleidenschaft gezogenen Körperteile wieder zu lernen.

Diese Therapiemethode birgt freilich einen großen Nutzen und wird in der Fachwelt gefeiert, doch die ursprünglichen Erkenntnisse zu ihrer Entwicklung wurden zunächst durch Experimente mit Rhesus-Affen gewonnen. Während dieser Experimente entdeckte Tauber, dass die Funktionsbeschränkung eines Teils der Körper dieser Affen deren Gehirn zu einer schnelleren Regeneration beziehungsweise Funktionsübernahme der beschädigten Kortexregionen anregte. Dank Taubers daraus abgeleiteten physiotherapeutischen Techniken haben bis heute tausende Patienten mit Schädigungen am zentralen Nervensystem gelernt, ihre gelähmten Gliedmaßen wieder zu gebrauchen.

Eine weitere Koryphäe in der Erforschung der Neuroplastizität ist der Neurowissenschaftler Michael Merzenich. Im Februar 2004 gab er einen TED-Talk mit dem Titel “Growing evidence of brain plasticity” (in etwa: Zunehmende Beweise für die neuronale Plastizität des Gehirns), worin er einen Überblick über die Ergebnisse seiner Forschungsarbeit gibt. Merzenich hat dabei mitgeholfen, zwei Perioden der Gehirnplastizität zu identifizieren: Ein früher, „kritischer“ Zeitraum, in dem die Plastizität am größten ist und die darauffolgende Phase der erwachsenen Plastizität (Adult Plasticity). Die frühkindliche kritische Phase ist der Zeitraum, in dem das Gehirn des Kindes erste neuronale Schaltkreise als Reaktion auf äußere Stimuli entwickelt. Die Phase der erwachsenen Plastizität ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehirn die neuronalen Netzwerke verfeinert und diese durch eine Vielzahl an Aufgaben und Übungen moduliert.

Das Verständnis darüber, wie das Gehirn sich selbst neu verschaltet hat Merzenich, Tallal und anderen Forschern auf diesem Gebiet ermöglicht, diverse Strategien zu entwickeln, um die Defizite von Patienten zu korrigieren. Durch Untersuchungen auf dem Gebiet des erfahrungsabhängigen Lernens mit Primaten konnte Merzenich zeigen, dass sich die Neuroplastizität bis ins Erwachsenenalter erhält. Weitere Studien mit Affen weisen zudem darauf hin, dass die von Hebb entdeckten Prinzipien des Lernens, welche die neuronale Plastizität des Gehirns anregen, für die Therapie von Kindern mit Lernschwäche bezüglich dem Spracherwerb benutzt werden können.

Doch leider sind nicht alle neuroplastischen Veränderungen hilfreich. Ein Negativbeispiel für den Effekt neuronaler Plastizität finden wir im alltäglichen Gebrauch von Computern und Bildschirmen. Indem wir viel Zeit vor dem Bildschirm verbringen, verkabeln wir unser visuelles System neu. Dadurch richten wir es darauf aus, sich auf das zu konzentrieren, was sich direkt vor unseren Augen befindet.

Kinder in den USA verbringen durchschnittlich 11 Stunden am Tag vor einem Bildschirm (Computer, Smartphone und Fernseher inbegriffen). In Deutschland sind die Zahlen zwar nicht ganz so hoch, aber trotzdem bedenklich. Denn hierzulande surfen die 12- bis 19-Jährigen ca. 3 Stunden täglich im Internet, die Jüngsten deutlich über 2 Stunden und die Ältesten fast 4 Stunden.

Das hat zur Folge, dass die Jugendlichen ihr peripheres Sehen nur sehr unzureichend nutzen. Durch diese mangelhafte Beanspruchung kommt es dazu, dass sich das Gehirn an die Situation anpasst. Wenn die periphere Sicht nämlich nicht beansprucht wird, dann verkümmert sie und die Fähigkeit, Objekte am Rand des Sichtfeldes zu erkennen, nimmt deutlich ab.

Doch ironischerweise können ausgerechnet Computer dabei helfen, Augen und Gehirn neu zu verkabeln, sodass unser Körper die periphere Sicht zurückgewinnt. Michael Merzenich und Kollegen entwickelten zu diesem Zweck computerbasierte neuroplastische Übungseinheiten. Eine dieser Übungen besteht darin, Autos auf einem Bildschirm zu beobachten und dabei ebenfalls auf Objekte am Rande der Autos zu achten. Ursprünglich entwarfen sie diese zwar für ältere Menschen, doch wie neueste Statistiken über den Sehverlust bei Jugendlichen zeigen, können auch sie davon profitieren.

All diese Wissenschaftler mussten gegen die dazumal in akademischen Kreisen vorherrschende Meinung ankämpfen, dass das Gehirn von Erwachsenen über keine Neuroplastizität verfügt. Mit Ausnahme der jugendlichen Entwicklungsphase, wo bereits früher schon Neuroplastizität beobachtet werden konnte. Über 400 Jahre lang war die gängige Ansicht, dass sich das Gehirn nicht mehr verändern kann, nachdem es das Erwachsenenalter erreicht hat. Doch Anfang dieses Jahrhunderts fanden Wissenschaftler heraus, dass die neuronalen Netzwerke des Gehirns eines Erwachsenen sich konstant neu ausrichten und verändern. Hunderte von Studien konnten bis dato belegen, dass mentale Aktivität nicht nur aus der Beschaffenheit des Gehirns resultiert, sondern diese maßgeblich mitformt. Diese Studien haben gezeigt, dass das Gehirn über erstaunliche Selbstheilungskräfte verfügt. So kann der Mechanismus der Neuroplastizität nicht nur dazu beitragen, die funktionellen Einschränkungen nach Schlaganfällen zu kurieren (4), sondern das Gehirn ist sogar in der Lage, die Symptome solcher Krankheiten wie Parkinson abzuschwächen (5).

Bis zum Anbruch der sogenannten „Dekade des Gehirns“ (1990-2000) war das Konzept der Neuroplastizität in der Wissenschaftswelt so verschmäht, dass allein die Erwähnung des Wortes es verhinderte, dass Artikel darüber in Fachjournalen veröffentlicht wurden. Nach der Aussage des Nobelpreisträgers Eric Kandel prägte das Konzept der Neuroplastizität die Dekade des Gehirns wie kein anderes.

 Timo B.

Mehr zum Thema neuronale Plastizität des Gehirns:

1. www.archive.org/details/theprinciplesofp01jameuoft
2. KONORSKI J 1948 Conditioned reflexes and neuron organization.
3. HEBB D O 1958 A textbook of psychology. WB Saunders, Philadelphia.
4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4880010/
5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23588357
6. https://law.stanford.edu/2015/01/09/lawandbiosciences-2015-01-09-intermittent-fasting-try-this-at-home-for-brain-health/
7. http://www.jneurosci.org/content/34/46/15139
8. http://articles.chicagotribune.com/2014-01-28/travel/sc-trav-0128-travel-mechanic-20140128_1_brain-20-percent-health
9. https://blogs.scientificamerican.com/beautiful-minds/reasoning-training-increases-brain-connectivity-associated-with-high-level-cognition/
10. http://www.jstor.org/stable/27829239?seq=1#page_scan_tab_contents
11. https://blogs.scientificamerican.com/mind-guest-blog/can-a-mnemonic-slow-memory-loss-with-age/
12. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2996135/
13. https://www.livestrong.com/article/462118-do-blood-sugar-levels-affect-mood-swings/
14. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5138218/
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16. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16807920