Wie Gene die Reaktion des Gehirns auf die Welt bestimmen
Zwei Menschen schauen denselben Film. Ihre Gehirne reagieren unterschiedlich. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass Gene maßgeblich bestimmen, wie das Gehirn Informationen verarbeitet, und dass dies für das Verständnis des Gehirn-Alterns von Bedeutung ist.
Forschende nutzten 7-Tesla-fMRI-Aufnahmen einer großen Gruppe von Zwillingen, um zu messen, wie stark erblich bedingt die Hirnaktivität ist, wenn Menschen Filme schauen. Die Studie, veröffentlicht in eLife, zeigte, dass die Hirnreaktionen auf komplexe audiovisuelle Reize über den gesamten Kortex hinweg stark erblich sind. Die Erblichkeit war am ausgeprägtesten bei Informationen, die mit niedrigen Zeitfrequenzen verarbeitet werden, und stärker in assoziativen Hirnarealen als in primären sensorischen Regionen.
Die Forschenden gingen über die bloße Feststellung der Erblichkeit hinaus. Sie zerlegten diese in zwei Komponenten: wo im Gehirn Informationen verarbeitet werden und wie sie verarbeitet werden. Beide erwiesen sich als genetisch bedingt. Zudem stellten sie fest, dass die Erblichkeit von Hirnaktivitätsmustern zum Teil durch die Erblichkeit der neuronalen Zeitskala erklärt wird, also durch das Maß, wie lange eine lokale Hirnschaltung nach einem Reiz aktiv bleibt.
Was neuronale Zeitskalen über das Altern verraten
Die neuronale Zeitskala ist für die Alternsforschung von Bedeutung. Mit zunehmendem Alter verändern sich lokale Hirnschaltungen darin, wie lange sie aktiv bleiben. Abweichungen bei der neuronalen Zeitskala wurden bereits früher mit kognitivem Abbau und neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Die vorliegende Studie zeigt, dass die Zeitskala selbst erblich ist, was darauf hindeutet, dass genetische Variation teilweise bestimmt, wie anfällig das Gehirn eines Menschen für diese altersbedingten Veränderungen ist.
Der Befund, dass auch die funktionelle Konnektivität des Gehirns, also das Ausmaß, in dem Hirnregionen zusammenarbeiten, erblich ist und demselben Muster folgt, untermauert dieses Bild. Aus der Perspektive der Langlebigkeit ist das bedeutsam: Individuelle biologische Voraussetzungen spielen eine Rolle dabei, wie das Gehirn altert, unabhängig von Lebensstilfaktoren.
Grenzen dieser Forschung
Die Studie arbeitete mit gesunden Erwachsenen und untersuchte weder Krankheiten noch Abbauerscheinungen direkt. Der Zusammenhang mit kognitivem Altern bleibt vorerst interpretativ. Ob die Erblichkeitsschätzungen auch für ältere oder klinische Populationen gelten, wurde noch nicht untersucht. Die Ergebnisse bieten jedoch einen neuen Rahmen für künftige Studien zu genetischen Risikofaktoren beim Altern des Gehirns.
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Mögliche Suchbegriffe:
- heritability brain activity fMRI
- neural timescale cognitive aging
- functional connectivity twin study