- Medizin am Abend Berlin - MaAB-Fazit: Wie ein blauer Kern im Gehirn unsere Aufmerksamkeit lenkt
Wie können wir von einem Zustand der Unachtsamkeit zu einem höchster
Aufmerksamkeit wechseln?
Der Locus coeruleus, der blaue Kern, ist eine
winzige Zellstruktur im Hirnstamm.
Als Hauptquelle des Botenstoffes
Noradrenalin hilft er dabei, unseren Aufmerksamkeitsfokus zu
kontrollieren. Wissenschaftler*innen am Max-Planck-Institut für
Bildungsforschung und der University of Southern California
argumentieren, dass der blaue Kern die Sensitivität unseres Gehirns in
Situationen reguliert, die unsere Aufmerksamkeit erfordern. Ihre
Annahmen stellen sie in einem Meinungsartikel vor, der in der
Fachzeitschrift Trends in Cognitive Sciences veröffentlicht wurde.
Unsere Aufmerksamkeit schwankt:
- Meist sind wir konzentriert und
können uns leicht auf das Wichtigste fokussieren, manchmal sind wir
jedoch abgelenkt und es entgehen uns wichtige Dinge.
Wenn wir
beispielsweise nach getaner Arbeit nach Hause gehen und im Geiste die
Einkaufsliste für das Abendessen durchgehen, sind wir in einem Zustand
der Unachtsamkeit.
Wenn aber plötzlich ein Auto hupt, können wir sofort
unsere Aufmerksamkeit umlenken und auf diese neue Situation reagieren.
Wie aber gelingt es unserem Gehirn, innerhalb kürzester Zeit von einem
Zustand der Unachtsamkeit in einen fokussierter Aufmerksamkeit
umzuschalten?
-
Während Phasen der Unachtsamkeit ist unser Gehirn von rhythmischen
Fluktuationen neuronaler Aktivität geprägt.
- Es wird angenommen, dass in
Momenten der Unachtsamkeit langsame rhythmische Aktivitätsmuster mit
einer Frequenz von rund 10 Hertz, sogenannte Alpha-Oszillationen, die
aktive Verarbeitung von eingehenden Sinnesinformationen hemmen.
Diese
Alpha-Oszillationen können dabei als Filter verstanden werden, der die
Empfindlichkeit des Gehirns für externe Informationen reguliert.
„Während der Zusammenhang zwischen der Zu- und Abnahme von
Alpha-Oszillationen und Aufmerksamkeit schon länger beobachtet wurde,
blieb bislang offen, was diese rhythmischen Aktivitätsmuster kommen und
gehen lässt“, sagt Markus Werkle-Bergner, Senior Research Scientist im
Forschungsbereich Entwicklungspsychologie am Max-Planck-Institut für
Bildungsforschung und Koautor des Meinungsartikels in der
Fachzeitschrift Trends in Cognitive Sciences.
Zur Untersuchung dieser Frage betrachteten die Wissenschaftler*innen den
blauen Kern (Locus coeruleus), eine winzige Zellstruktur im Hirnstamm,
die tief unter der Hirnrinde verborgen ist.
- Diese Ansammlung von
Nervenzellen ist nur ungefähr 15 Millimeter groß, sie ist jedoch über
ein umfassendes Netzwerk weitreichender Nervenfasern mit einem Großteil
des Gehirns verbunden.
- Die Neuronen, aus denen der blaue Kern besteht,
sind die Hauptquelle des Botenstoffs Noradrenalin im Gehirn.
- Durch
Regulation der neuronalen Kommunikation trägt Noradrenalin zur Kontrolle
von Stress, Gedächtnisleistung und Aufmerksamkeit bei.
„Wegen seiner geringen Größe und seiner Lage tief im Hirnstamm war es
bisher fast unmöglich, den noradrenergenen, blauen Kern bei lebenden
Menschen ohne operativen Eingriff zu untersuchen. Allerdings konnte die
Tierforschung in den letzten Jahren zeigen, dass Veränderungen der
Pupillengröße mit der Aktivität des blauen Kerns zusammenhängen.
Insofern können unsere Augen als Fenster zu einer Hirnregion betrachtet
werden, die lange unerreichbar schien,” sagt Mara Mather, Professorin
für Gerontologie an der University of Southern California und Koautorin
des Meinungsartikels.
Um zu untersuchen, ob das Noradrenalin des blauen Kerns einer der
Faktoren sein könnte, der Alpha-Oszillationen reguliert, kombinierten
die Wissenschaftler*innen Messungen der Pupillengröße und neuronaler
Rhythmen, während Studienteilnehmende eine schwierige
Aufmerksamkeitsaufgabe lösten.
Wie erwartet, wurde eine Abnahme von
Alpha-Oszillationen in jenen Momenten beobachtet, in denen die Pupillen
geweitet waren.
Außerdem konnten diejenigen Personen, die stärkere
Pupillen- und Alpha-Antworten aufwiesen, die Aufmerksamkeitsaufgabe
besser lösen. Diese Ergebnisse, die sie bereits 2020 in einem Artikel im
Journal of Neuroscience veröffentlicht haben, legen nahe, dass der
blaue Kern uns durch die Modulation von Alpha-Oszillationen hilft,
unsere Aufmerksamkeit zu regulieren.
Was in dieser Studie unbeantwortet blieb, ist die Frage danach, wie
Noradrenalin Alpha-Oszillationen beeinflusst, also wie der Botenstoff
die Filterfunktion im Gehirn ein- und ausschaltet.
Die Autor*innen
wandten sich deswegen zusätzlich früheren Studien mit Tieren zu, in
denen neuronale Aktivität direkt von Neuronen im Thalamus abgeleitet
wurde.
Der Thalamus, eine Region in der Mitte des Gehirns, ist ein
wesentlicher Taktgeber des Alpha-Rhythmus.
Im Ruhezustand feuern die
Neuronen im Thalamus rhythmisch.
Diese rhythmischen Feuermuster
verursachen die Alpha-Oszillationen, die in Phasen geringer
Auferksamkeit in der Hirnrinde feststellbar sind.
- Wenn man jedoch den
Neuronen im Thalamus den Botenstoff Noradrenalin zuführt, stellen sie
das rhythmische Feuern ein.
„Durch Zusammenführung der Ergebnisse verschiedener Studien konnten wir
nun beschreiben, wie Noradrenalin und der Thalamus bei der Kontrolle von
Alpha-Oszillationen zusammenarbeiten könnten.
Wir nehmen an, dass das
Noradrenalin des blauen Kerns die Alpha-Generatoren im Thalamus
blockiert und dadurch die Empfindlichkeit unseres Gehirns für relevante
Informationen reguliert“, sagt Martin Dahl, Postdoktorand im
Forschungsbereich Entwicklungspsychologie am Max-Planck-Institut für
Bildungsforschung und der University of Southern California und
Erstautor des Meinungsartikels.
-
Wenn also eine Situation ein plötzliches Umschalten der Aufmerksamkeit
erfordert, wird ein schneller Anstieg von Noradrenalin helfen, uns neu
zu fokussieren – und rasch dem herannahenden Auto auszuweichen.
Weitere Studien, die über längere Zeit sowohl den Locus coeruleus als
auch den Thalamus bei den gleichen Proband*innen messen, könnten neue
Einblicke in die neuronalen Mechanismen der Aufmerksamkeit und ihrer
Abnahme im Verlauf des Alterns und bei Krankheit erlauben.
****
Das Max-Planck-Institut für Bildungsforschung wurde 1963 in Berlin
gegründet und ist als interdisziplinäre Forschungseinrichtung dem
Studium der menschlichen Entwicklung und Bildung gewidmet. Das Institut
gehört zur Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.
V., einer der führenden Organisationen für Grundlagenforschung in
Europa.
Originalpublikation:
1. Dahl, M. J., Mather, M.,
& Werkle-Bergner, M. (2022). Noradrenergic modulation of rhythmic
neural activity shapes selective attention. Trends in Cognitive
Sciences, 26(1), 38–52. https://doi.org/10.1016/j.tics.2021.10.009
2. Dahl, M. J., Mather, M., Sander, M. C., & Werkle-Bergner, M.
(2020). Noradrenergic responsiveness supports selective attention across
the adult lifespan. Journal of Neuroscience, 40(22), 4372–4390. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0398-19.2020
Medizin am Abend Berlin DirektKontakt
Über Google: Medizin am Abend Berlin
idw - Informationsdienst Wissenschaft e. V.
Elena Hungerland Max-Planck-Institut für Bildungsforschung
Lentzeallee 94
14195 Berlin
Deutschland
Berlin
Elena Hungerland
Telefon: 030 824 06-284
E-Mail-Adresse:
hungerland@mpib-berlin.mpg.de
