Schreckreize - Phasen des Herzzyklus - Herzschlag

Medizin am Abend Berlin - MaAB-Fazit: Herzaktivität beeinflusst kognitive Reaktion unter Stress

In bedrohlichen Situationen reagieren wir instinktiv und ohne lange nachzudenken – quasi automatisch. 

Welche Rolle dabei die Herzaktivität spielen könnte, haben Forschende des Leibniz-Instituts für Arbeitsforschung an der TU Dortmund (IfADo) nun untersucht. 

Hierzu wurden Schreckreize gezielt während verschiedener Phasen des Herzzyklus abgegeben. 

Es zeigte sich, dass automatische Reaktionen schneller ablaufen, wenn die Schreckreize gleichzeitig zum Herzschlag präsentiert wurden. Die Ergebnisse wurden im Nature-Journal „Scientific Reports“ veröffentlicht. 
 
Auf potenzielle Bedrohungen reagiert unser Körper mit Stress:

• Stresshormone wie Adrenalin und Cortisol werden in den Blutkreislauf ausgeschüttet, der Blutdruck steigt und unser Herz schlägt schneller. 

Diese Reaktionen können über verschiedene Mechanismen die Gehirnaktivität und somit unser Erleben und Verhalten beeinflussen. Forschende um Dr. Mauro Larrá vom IfADo haben untersucht, wie sich die unterschiedlichen Phasen der Herzaktivität darauf auswirken, wie wir Informationen verarbeiten.

Schreckreize mit Herzschlag synchronisiert

Insgesamt nahmen 80 Personen an der Studie teil. Den teilnehmenden Personen wurden Schreckreize wie laute Knallgeräusche zufällig wechselnd von links oder rechts präsentiert. Daraufhin sollten sie entweder mit derselben oder der dem Schreckreiz gegenüberliegenden Hand einen Knopf drücken. Die Forschenden haben gleichzeitig den jeweiligen Schreckreflex erfasst. Dazu haben sie gemessen, wie stark eine Person reflexartig blinzeln musste, wenn ein Schreckreiz abgegeben wurde. Mittels Elektrokardiografie wurde während des Versuchs zusätzlich die Herzaktivität gemessen. Dadurch konnten die Schreckreize gezielt mit der Herzaktivität synchronisiert werden: Die Reize wurden entweder präsentiert, während das Herz schlägt und die Signalübertragung zum Hirn maximal ist, oder während das Herz ruht und kaum Signale weitergeleitet werden.

Auf Basis dieses Vorgehens haben die Forschenden in der aktuellen Studie analysiert, inwiefern sich die Herzaktivität auf automatische oder kognitiv kontrollierte Informationsverarbeitung im Gehirn auswirkt.

Denn es ist bekannt: Wenn man Reize aus einer bestimmten Richtung wahrnimmt, gibt es eine automatische Tendenz auch in dieser Richtung zu reagieren. Reaktionen auf derselben Seite des Reizes laufen sozusagen automatisch und somit sehr schnell ab. Will man mit der dem Reiz entgegengesetzten Seite reagieren, muss man diese Tendenz überwinden. Das erfordert kognitive Kontrolle, strengt uns an und verlangsamt somit die Reaktion.

Herzschlag begünstigt automatische und hemmt kontrollierte Reaktionen

Die Forschenden konnten nun Folgendes beobachten:  

Wenn Knallgeräusche abgespielt wurden, während das Herz pumpt, reagierten die Versuchspersonen im Vergleich zur Herzentspannungsphase mit der Hand schneller, auf deren Körperseite auch das Knallgeräusch abgespielt wurde.

Wenn die Probanden mit der dem Ton entgegengesetzten Hand reagieren sollten, kehrte sich der Effekt der Herzaktivität um:

Reaktionen waren schneller bei Knallgeräuschen, die abgespielt wurden, wenn das Herz entspannte. 

• Das Schreckblinzeln war hingegen reduziert, wenn Reize in Phasen stärkerer Herzaktivität abgegeben wurden, und zwar auf beiden Augen gleich stark.

„Der Schreckreflex wird durch einfache Verschaltungen im Hirnstamm vermittelt. Willentliche Handlungen hingegen, wie das Drücken der Knöpfe in unserem Versuch, benötigen höhere kortikale Hirnareale“, erklärt Mauro Larrá. „Dass einfache Reflexe durch die Herzaktivität gehemmt werden, weiß man. Hier konnten wir nun zeigen, dass das Herz auch höhere Informationsverarbeitungsprozesse beeinflussen kann.“

Zusammen mit seinem Team möchte der Psychologe diesen Einfluss nun weiter untersuchen. Mittels Elektroenzephalografie soll etwa direkt die Gehirnaktivität gemessen werden. Übergeordnetes Ziel der Forschenden ist es besser zu verstehen, wie Stress sich auf unser Gehirn auswirkt. „In einer Stresssituation würde man erwarten, dass automatische, unbedachte Reaktionen verstärkt werden. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass nicht nur Stresshormone, sondern auch erhöhte kardiovaskuläre Erregung unter Stress entscheidend an stressbedingten Prozessen im Gehirn beteiligt sein könnte“, sagt Psychologe Mauro Larrá.

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Dr. Mauro Larrá
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Originalpublikation:

Larra, M.F., Finke, J.B., Wascher, E. et al. Disentangling sensorimotor and cognitive cardioafferent effects: A cardiac-cycle-time study on spatial stimulus-response compatibility. Sci Rep 10, 4059 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-61068-1

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Weitere Informationen für international Medizin am Abend Berlin Beteiligte 

https://www.ifado.de/2020/03/23/herz-stress/ IfADo-Website

https://doi.org/10.1038/s41598-020-61068-1 Originalpublikation (Open Access)

 

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Untersucher-Einladung: Für Musiker / Nicht-Musiker / Instrumentalmusiker

Medizin am Abend Berlin Fazit: Musiker und die Fingerfertigkeit im Alter: Jacobs University Bremen sucht Studienteilnehmer

Die Fähigkeit des Menschen, mit den Fingern kleine Objekte zu greifen und feine Oberflächenstrukturen zu ertasten, nimmt mit dem Alter ab. 

• Verantwortlich dafür ist nicht nur eine Abnahme der Empfindlichkeit der Finger, sondern sind Veränderungen im Gehirn. 

Welche das genau sind, wollen Forscher der Jacobs University Bremen am Beispiel von Musikern untersuchen. 

Als Studienteilnehmer gesucht werden Musiker im Alter von 20 bis 30 Jahren sowie ab 55 Jahren. 

Sie sollten seit mindestens zehn Jahren regelmäßig, etwa zwei Stunden täglich, ihr Instrument spielen. 

Gesucht werden zudem Nicht-Musiker derselben Altersgruppe.  

• Bei der Veränderung der Fingerfertigkeiten spielen diejenigen Regionen des Gehirns, die für die Verarbeitung und die Wahrnehmung sensorischer Reize wichtig sind, eine Rolle. 

Forscher der Jacobs University haben nachgewiesen, dass Menschen, die einer Tätigkeit oder einem Hobby nachgehen, das regelmäßig ein hohes Maß an Fingerfertigkeit erfordert, bis ins hohe Alter eine größere Feinfühligkeit aufweisen als diejenigen, die ihre Hände nicht so ausgiebig schulen.

Dies gilt etwa für Instrumentalmusiker.

Durch tägliches feinmotorisches Training wird das Altern des Gehirns also verlangsamt. Was genau dabei im Gehirn passiert und wie man dem Gehirn dabei helfen kann, die sensorische Wahrnehmung zu trainieren, wollen die Forscher nun in ihrer neuen Studie untersuchen.

Der Zeitaufwand für mögliche Probanden ist überschaubar: Sie müssten an zwei Tagen jeweils zwei Stunden auf dem Campus der Jacobs University in Bremen Nord verbringen.

• Während sie mit den Fingern Dinge ertasten und unterscheiden, werden mittels kleiner Elektroden auf dem Kopf die Hirnströme (EEG) gemessen. 

Im Anschluss werden winzige Stromimpulse appliziert, die kurzfristig die Gehirnaktivität verstärken oder abschwächen sollen.

Sowohl das EEG als auch die Gehirnstimulation werden weltweit in zahlreichen Studien eingesetzt und sind absolut unbedenklich, schmerzfrei und frei von Neben- oder Nachwirkungen.

Für ihre Unterstützung erhalten Studienteilnehmer eine Aufwandsentschädigung von acht Euro pro Stunde.


Über die Jacobs University Bremen:
In einer internationalen Gemeinschaft studieren. Sich für verantwortungsvolle Aufgaben in einer digitalisierten und globalisierten Gesellschaft qualifizieren. Über Fächer- und Ländergrenzen hinweg lernen, forschen und lehren. Mit innovativen Lösungen und Weiterbildungsprogrammen Menschen und Märkte stärken. Für all das steht die Jacobs University Bremen. 2001 als private, englischsprachige Campus-Universität gegründet, erzielt sie immer wieder Spitzenergebnisse in nationalen und internationalen Hochschulrankings. Ihre mehr als 1400 Studierenden stammen aus mehr als 100 Ländern, rund 80 Prozent sind für ihr Studium nach Deutschland gezogen. Forschungsprojekte der Jacobs University werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft oder aus dem Rahmenprogramm für Forschung und Innovation der Europäischen Union ebenso gefördert wie von global führenden Unternehmen.
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CAVE: Bitte kein Schlafmangel: Tiefschlafphase - REM-Schlaf

Medizin am Abend Berlin Fazit: Warum unser Gehirn Schlaf braucht und was passiert, wenn wir nicht genug davon bekommen

Neue Forschungsergebnisse der University of Queensland in Australien bestätigen, dass Schlafmangel sich auf unsere Gehirnaktivität auswirkt. 

Neben Leistungsschwächen und mangelnder Konzentrationsschwierigkeit konnte eine Verbindung zwischen Alzheimer und Schlafmangel nachgewiesen werden. 
 
Obwohl es sich beim Schlafen so anfühlt, als hätte man „abgeschaltet“, ist das Gehirn keinesfalls inaktiv.

Durch die Untersuchung der Muster von Gehirnaktivitäten konnte herausgefunden werden, dass das Gehirn während des Schlafs zwei Hauptmuster aufzeigt: 

• Den REM-Schlaf ("rapid eye movement") und die Tiefschlafphase. 

Die Tiefschlafphase, die hauptsächlich zu Beginn der Nacht eintritt, ist durch geringe elektrische Hirnaktivität charakterisiert. Im Laufe der Nacht, erhöht sich dann die Anzahl der REM-Phasen: 
Während des REM-Schlafs haben wir häufig lebhafte Träume und unsere Hirnaktivität gleicht den Mustern im wachen Zustand.

Der Schlaf hat viele verschiedene Funktionen. Eine davon ist, die Erfahrungen des Tages zu verarbeiten.

REM-Schlaf soll wichtig für emotionale Erinnerungen (bspw. Angst) und prozessuale Erinnerungen (bspw. wie fahre ich Fahrrad) sein, wohingegen der Tiefschlaf die sogenannten erklärenden Erinnerungen verarbeitet, die als Aufzeichnung all unserer Erfahrungen und unseres Wissens gelten. 

Wir wissen, dass unsere täglichen Erfahrungen im Schlaf nochmal durchlebt werden.

Diese Wiederholungen finden in den Neuronen des Hippocampus – der relevanten Gehirnregion für das Gedächtnis – statt.

Um wichtig von unwichtig zu unterscheiden, kann das Gehirn die Erinnerungen nur selektierend speichern. 

Der Schlaf ermöglicht es dem Gehirn, die Erinnerungen zu überprüfen und unwichtige Erlebnisse zu vergessen. An die wichtigen Ereignisse können wir uns dann besser erinnern. Um zu vergessen werden die Verbindungen einzelner Hirnzellen geschwächt oder gänzlich getrennt.

Eine gängige Theorie zur Funktion des Schlafs liefert die Hypothese zur synaptischen Homöostase.

Sie besagt, dass es während des Schlafes zu einer weiterverbreiteten Schwächung der Synapsen (also der Verbindungen im Gehirn) kommt. Man geht davon aus, dass es diesen Vorgang braucht, um das Gleichgewicht von Erinnern und Vergessen zu halten. Durch das gezielte Vergessen während des Schlafs, können wir am folgenden Tag wieder Neues lernen. Durchkreuzt oder verhindert man diesen Vorgang, so kann es zu intensiveren und unter Umständen auch ungewollten Erinnerungen kommen.

 

• Schlaf wird ausserdem benötigt um das Gehirn "instand zu halten“. 

• Eine aktuelle Studie mit Mäusen hat bestätigt, dass Schlaf das Gehirn auch von Giftstoffen reinigt, die sich während des wachen Zustandes ansammeln. 

Während des Schlafs vergrößert sich der Zellabstand, sodass Giftstoffproteine abtransportiert werden können. 

Es ist möglich, dass durch diesen Abtransport Krankheiten wie Alzheimer abgewehrt werden können.

Genug Schlaf zu bekommen ist wichtig für unsere Konzentrations- und Lernfähigkeit während des Wachzustands. 

Es kommt zu verlangsamten Reaktionszeiten, und wir sind unkreativer und weniger leistungsstark, wenn wir zu wenig schlafen.

Es kann außerdem zum sogenannten Sekundenschlaf kommen, bei dem wir wenige Sekunden lang das Bewusstsein verlieren, ohne es überhaupt zu bemerken. 

Kinder können bei Schlafmangel hyperaktiv werden und den Unterricht stören.

Die Langzeitwirkungen von Schlafentzug können bei Menschen aufgrund ethischer Gründe kaum erforscht werden.

Chronische Schlafstörungen konnten allerdings mit Gehirnerkrankungen wie Schizophrenie, Autismus und Alzheimer in Verbindung gebracht werden. 

Wir wissen jedoch nicht, ob die Schlafstörungen der Grund oder lediglich ein Symptom für diese Erkrankungen sind.

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