Das Gehirn in seinen reifen Jahren

Grafikerin: Meike Ufer

Das Alter macht auch vor den grauen Zellen nicht halt. In den reifen Jahren bauen sie unterschiedlich stark ab. Das macht sich auch bei den geistigen Fähigkeiten bemerkbar. Doch das Gehirn kennt Strategien, Defizite teilweise auszugleichen.

Wissenschaftliche Betreuung: Hubert R. Dinse

Veröffentlicht: 26.04.2013

Das Wichtigste in Kürze
  • Die graue Hirnsubstanz nimmt etwa bis zum 12. Lebensjahr zu, bevor sie sich allmählich wieder ausdünnt. Betroffen von dem Verlust sind vor allem der präfrontale Cortex und der Hippocampus, die für exekutive Funktionen und das Langzeitgedächtnis unerlässlich sind.
  • Die weiße Hirnsubstanz gewinnt etwa bis zum Alter von etwa 40 bis 50 Jahren an Volumen. Dann schrumpft auch sie wieder. Unter dem Substanzverlust leidet möglicherweise die mentale Verarbeitungsgeschwindigkeit. Die Kommunikation zwischen verschiedenen Hirnarealen lässt in ihrer Effizienz nach.
  • Ursachen für den Schwund sind vermutlich die Veränderung von Nervenzellen, die Schrumpfung von Nervenfortsätzen sowie der Verlust von synaptischen Verbindungen.
  • Mit zunehmendem Alter finden sich auch vermehrt Ansammlungen von Tau-Proteinen. Sie sind möglicherweise für das Absterben von Nervenzellen verantwortlich.
  • Das reife Gehirn ist aber in der Lage, gewisse Defizite zu kompensieren.
Hirnbotenstoff auf Talfahrt

Mit steigendem Alter geht es mit dem Botenstoff Dopamin drastisch bergab. Er spielt eine wichtige Rolle bei Bewegungskontrolle, Motivation und Lernen. Studien haben unter anderem herausgefunden, dass die Dopamin-Synthese im Striatum im Alter abnimmt. Andere Untersuchungen fanden, dass die Dichte an Rezeptoren – also Empfangsstationen – für Dopamin abnimmt. Der Verlust an Dopamin könnte für viele neurologische Symptome verantwortlich sein, die sich mit zunehmenden Alter bemerkbar machen: die zunehmende Steifheit der Bewegungen, aber auch Einbußen bei der geistigen Flexibilität.

Dopamin

Dopamin/-/dopamine

Dopamin ist ein wichtiger Botenstoff des zentralen Nervensystems, der in die Gruppe der Catecholamine gehört. Es spielt eine Rolle bei Motorik, Motivation, Emotion und kognitiven Prozessen. Störungen in der Funktion dieses Transmitters spielen eine Rolle bei vielen Erkrankungen des Gehirns, wie Schizophrenie, Depression, Parkinsonsche Krankheit, oder Substanzabhängigkeit.

Motivation

Motivation/-/motivation

Ein Motiv ist ein Beweggrund. Wird dieser wirksam, spürt das Lebewesen Motivation – es strebt danach, sein Bedürfnis zu befriedigen. Zum Beispiel nach Nahrung, Schutz oder Fortpflanzung.

Striatum

Striatum/Corpus striatum/striatum

Eine Struktur der Basalganglien. Sie umfasst den Nucleus accumbens, das Putamen und den Nucleus caudatus. Das Striatum ist die Eingangsstruktur der Basalganglien und spielt eine tragende Rolle bei Bewegungsabläufen.

Rezeptor

Rezeptor/-/receptor

Signalempfänger in der Zellmembran. Chemisch gesehen ein Protein, das dafür verantwortlich ist, dass eine Zelle ein externes Signal mit einer bestimmten Reaktion beantwortet. Das externe Signal kann beispielsweise ein chemischer Botenstoff (Transmitter) sein, den eine aktivierte Nervenzelle in den synaptischen Spalt entlässt. Ein Rezeptor in der Membran der nachgeschalteten Zelle erkennt das Signal und sorgt dafür, dass diese Zelle ebenfalls aktiviert wird. Rezeptoren sind sowohl spezifisch für die Signalsubstanzen, auf die sie reagieren, als auch in Bezug auf die Antwortprozesse, die sie auslösen.


Das Leben hinterlässt tiefe Spuren in unserem Körper. Das gilt auch für die Hirnentwicklung. Ähnlich wie manchmal das Leben selbst ist sie von einem Auf und Ab bestimmt. Deutlich lässt sich dieser Trend erkennen, wenn man sich die graue Hirnsubstanz anschaut. Sie besteht aus den Zellkörpern und Synapsen, den Verbindungen zwischen den Nervenzellen. Zunächst nimmt sie ungefähr bis zum zwölften Lebensjahr zu: Synapsen werden im Überschuss produziert. Danach geht es „bergab“: Je nach Region bauen die grauen Zellen mit zunehmendem Alter unterschiedlich stark ab.

In einer Region macht sich der Substanzverlust besonders bemerkbar: im Stirnhirn, genauer im präfrontalen Cortex Für die Psychologen Anders Fjell und Kristine Walhovd von der University of Oslo ist dies alles andere als ein Zufall, wie sie in einer Übersichtsarbeit von 2010 schreiben: Einer anerkannten Hypothese zufolge sind nämlich genau die Hirnregionen als erste von der normalen Alterung betroffen, die sich als letzte entwickeln. Ganz nach dem Motto: Wer zuletzt kommt, geht zuerst. Der präfrontale Cortex ist eindeutig ein Spätzünder und lässt sich mit der Entwicklung noch bis Mitte 20 Zeit.

Dazu passt laut den norwegischen Psychologen noch eine andere Tatsache gut: Die so genannten exekutiven Funktionen – beispielsweise die Fähigkeit, seine Aufmerksamkeit zu steuern – sind durch fortschreitendes Alter am meisten beeinträchtigt. Und genau diese Fertigkeiten hängen sehr stark von der Aktivität im Stirnhirn ab.

Eine Hirnregion, die ebenfalls nach und nach schrumpft, ist der Scheitellappen. Er ist für Alternsforscher von besonderem Interesse. Beheimatet er doch den Hippocampus, der für das Langzeitgedächtnis wichtig ist. Nur allzu gut weiß man, dass besonders das episodische Gedächtnis mit dem Alter leidet. Es speichert die Langzeiterinnerungen, beispielsweise die der eigenen Biografie.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Synapse

Synapse/-/synapse

Eine Synapse ist eine Verbindung zwischen zwei Neuronen und dient deren Kommunikation. Sie besteht aus einem präsynaptischen Bereich – dem Endknöpfchen des Senderneurons – und einem postsynaptischen Bereich – dem Bereich des Empfängerneurons mit seinen Rezeptoren. Dazwischen liegt der sogenannte synaptische Spalt.

Präfrontaler Cortex

Präfrontaler Cortex/-/prefrontal cortex

Der vordere Teil des Frontallappens, kurz PFC ist ein wichtiges Integrationszentrum des Cortex (Großhirnrinde): Hier laufen sensorische Informationen zusammen, werden entsprechende Reaktionen entworfen und Emotionen reguliert. Der PFC gilt als Sitz der exekutiven Funktionen (die das eigene Verhalten unter Berücksichtigung der Bedingungen der Umwelt steuern) und des Arbeitsgedächtnisses. Auch spielt er bei der Bewertung des Schmerzreizes eine entscheidende Rolle.

Präfrontaler Cortex

Präfrontaler Cortex/-/prefrontal cortex

Der vordere Teil des Frontallappens, kurz PFC ist ein wichtiges Integrationszentrum des Cortex (Großhirnrinde): Hier laufen sensorische Informationen zusammen, werden entsprechende Reaktionen entworfen und Emotionen reguliert. Der PFC gilt als Sitz der exekutiven Funktionen (die das eigene Verhalten unter Berücksichtigung der Bedingungen der Umwelt steuern) und des Arbeitsgedächtnisses. Auch spielt er bei der Bewertung des Schmerzreizes eine entscheidende Rolle.

Aufmerksamkeit

Aufmerksamkeit/-/attention

Aufmerksamkeit dient uns als Werkzeug, innere und äußere Reize bewusst wahrzunehmen. Dies gelingt uns, indem wir unsere mentalen Ressourcen auf eine begrenzte Anzahl von Bewusstseinsinhalten konzentrieren. Während manche Stimuli automatisch unsere Aufmerksamkeit auf sich ziehen, können wir andere kontrolliert auswählen. Unbewusst verarbeitet das Gehirn immer auch Reize, die gerade nicht im Zentrum unserer Aufmerksamkeit stehen.

Präfrontaler Cortex

Präfrontaler Cortex/-/prefrontal cortex

Der vordere Teil des Frontallappens, kurz PFC ist ein wichtiges Integrationszentrum des Cortex (Großhirnrinde): Hier laufen sensorische Informationen zusammen, werden entsprechende Reaktionen entworfen und Emotionen reguliert. Der PFC gilt als Sitz der exekutiven Funktionen (die das eigene Verhalten unter Berücksichtigung der Bedingungen der Umwelt steuern) und des Arbeitsgedächtnisses. Auch spielt er bei der Bewertung des Schmerzreizes eine entscheidende Rolle.

Parietallappen

Parietallappen/Lobus parietalis/parietal lobe

Wird auch Scheitellappen genannt und ist einer der vier großen Lappen der Großhirnrinde. Er liegt hinter dem Frontal– und oberhalb des Occipitallappens. In seinem vorderen Bereich finden somatosensorische Prozesse statt, im hinteren werden sensorische Informationen integriert, wodurch eine Handhabung von Objekten und die Orientierung im Raum ermöglicht werden.

Langzeitgedächtnis

Langzeitgedächtnis/-/long-term memory

Ein relativ stabiles Gedächtnis über Ereignisse, die in der etwas entfernteren Vergangenheit passiert sind. Im Langzeitgedächtnis werden Inhalte zeitlich nahezu unbegrenzt gespeichert. Unterschiedliche Gedächtnisinhalte liegen in unterschiedlichen Gehirn-​Arealen. Die zelluläre Grundlage für diese Lernprozesse beruht auf einer verbesserten Kommunikation zwischen zwei Zellen und wird Langzeitpotentierung genannt.

Gedächtnis

Gedächtnis/-/memory

Gedächtnis ist ein Oberbegriff für alle Arten von Informationsspeicherung im Organismus. Dazu gehören neben dem reinen Behalten auch die Aufnahme der Information, deren Ordnung und der Abruf.

Auf und Ab bei der weißen Substanz

Ein wenig anders verläuft die Entwicklung der weißen Substanz. Sie besteht aus Nervenfasern, die einzelne Hirnregionen miteinander verbinden. Damit sorgt sie für den kommunikativen Draht zwischen den Arealen. Das Volumen der weißen Substanz nimmt in der Kindheit und Adoleszenz konstant zu. Lange Zeit glaubten Forscher, sie bliebe danach während des Erwachsenenlebens weitgehend stabil.

Mittlerweile gehen Wissenschaftler allerdings davon aus, dass sie etwa bis zum Alter von etwa 40 bis 50 Jahren zunimmt, bevor sich ein Teil von ihr wieder verabschiedet. Das bleibt möglicherweise nicht ohne Folgen für die allgemeine Verarbeitungsgeschwindigkeit, mit der wir geistige Aufgaben meistern. Sie lässt meist bereits in den 20ern oder 30ern nach, was damit zusammenhängen könnte, dass die Kommunikation zwischen den verschiedenen Hirnarealen nicht mehr so effizient ist.

Grund für den Schwund

Doch was steckt eigentlich hinter dem Schwund an Hirnmasse? Früher glaubte man zumindest im Falle der grauen Hirnsubstanz, der Verlust von Nervenzellen sei die Hauptursache. Doch es scheinen ganz andere Faktoren eine Rolle zu spielen: So vermindert sich die Dichte an Synapsen mit dem Alter. Forscher konnten vor allem einen Verlust so genannter dendritischer Dornen, Ausstülpungen von Nervenfortsätzen, im hohen Alter belegen.

Bei der weißen Substanz hat der Verlust andere Gründe. Die Menge der mit Myelin umhüllten Nervenfasern nimmt ab. So stieß beispielsweise ein Team um die Neurowissenschaftlerin Lisbeth Marner von der University of Copenhagen 2003 auf beeindruckende Zahlen: Betrug die Gesamtlänge myelinisierter Fasern bei Frauen im Alter von 20 Jahren noch durchschnittlich 149.000 Kilometer, war sie im Alter von 80 Jahren auf nur noch 82.000 Kilometer geschrumpft. Bei Männern fiel der Abbau sogar noch deutlicher aus.

 

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Synapse

Synapse/-/synapse

Eine Synapse ist eine Verbindung zwischen zwei Neuronen und dient deren Kommunikation. Sie besteht aus einem präsynaptischen Bereich – dem Endknöpfchen des Senderneurons – und einem postsynaptischen Bereich – dem Bereich des Empfängerneurons mit seinen Rezeptoren. Dazwischen liegt der sogenannte synaptische Spalt.

Myelin

Myelin/-/myelin

Myelin ist eine fetthaltige Substanz, die aus Gliazellen gebildet wird. Sie umhüllt die Axone (lange faserartige Fortsätze) von Nervenzellen und isoliert diese, so dass Nachrichten nicht ungehindert auf benachbarte Nervenzellen übergehen können. Zudem wird so die Signalleitung enorm beschleunigt.

Knäuel im Gehirn

Doch das normal alternde Gehirn wartet noch mit anderen Auffälligkeiten auf: Die Dichte so genannter Neurofibrillen nimmt in betagteren Jahren zu. Dabei handelt es sich um Ansammlungen eines Proteins namens Tau, die als Verklumpungen möglicherweise für das Absterben von Nervenzellen verantwortlich sind. Bemerkenswert viele solcher Knäuel lassen sich in den Gehirnen von Alzheimer-​Patienten finden.

Auffällig sind diese Knäuel aber auch noch bei einer anderen Gruppe von Menschen: 2008 untersuchten Forscher um den Neurologen Changiz Geula von der Northwestern University in den USA die Gehirne von verstorbenen „Super-​Agern“. Diese Menschen können selbst im hohen Alter in Sachen Gedächtnis mit Jungspunden problemlos mithalten. Bei ihnen fanden die Wissenschaftler geringere Ansammlungen der verdächtigen Knäuel als bei normal gealterten Menschen. „Man hat immer angenommen, dass die Anhäufung solcher Fibrillenbündel ein fortschreitendes Phänomen im Alterungsprozess sei“, sagt Changiz Geula. „Aber jetzt sehen wir, dass einige Individuen gewissermaßen immun gegen die Fibrillenbildung sind und dass ihr Vorkommen die kognitive Leistung beeinflusst.“

Neurofibrillen

Neurofibrillen/-/neurofilament

Hiermit bezeichnen Biologen eine Gruppe von Filamenten mittlerer Dicke, die zum Zytoskelett gehören und als solche zur Aufrechterhaltung der Zellstruktur beitragen. Sie bestehen aus seilartigen Proteinen, die sich jeweils paarweise umeinander winden und zu längeren Strukturen aneinanderlagern. In den Neurofibrillen sind die Filamente als Bündel angeordnet, die Zellkörper und Fortsätze von Nervenzellen durchziehen. Als eindeutige Merkmale von Neuronen treten sie schon im frühen Embryo auf. Bei der Entstehung von Alzheimer kommt den Neurofibrillen eine wichtige Rolle zu: Sie werden chemisch verändert (phosphoryliert) und formen gemeinsam mit ebenfalls phosphorylierten Tau-​Proteinen die für die Krankheit charakteristischen Fibrillen-​Bündel in der Zelle.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Gedächtnis

Gedächtnis/-/memory

Gedächtnis ist ein Oberbegriff für alle Arten von Informationsspeicherung im Organismus. Dazu gehören neben dem reinen Behalten auch die Aufnahme der Information, deren Ordnung und der Abruf.

Strategien im Alter

Natürlich hat nicht jeder das Glück, ein Super-​Ager zu sein. Doch auch wer normal altert, kann seine nachlassenden geistigen Kräfte teilweise kompensieren. Denn eines scheint zunächst überraschend: Zwar lässt die mentale Verarbeitungsgeschwindigkeit im Laufe des Lebens nach, doch die Produktivität von Menschen im Arbeitsleben hinkt nicht unbedingt der von jüngeren Menschen hinterher. Wie Studien gezeigt haben, kommen ihnen Erfahrung und über Jahrzehnte hinweg erworbenes Wissen zugute – Wissen, das oft bis ins hohe Alter vergleichsweise gut erhalten bleibt.

Auch im Gehirn lassen sich Hinweise auf die eine oder andere Strategie finden, die möglicherweise die Defizite der reiferen Jahre teilweise wettzumachen vermögen. Zu diesem Schluss kommt etwa ein Team um den Neurophysiologen Michael Falkenstein vom Leibniz-​Institut für Arbeitsforschung an der Technischen Uni Dortmund. Die Forscher ließen 2004 ältere und jüngere Probanden unterschiedlich schwierige Aufgaben bewältigen. Die Versuchspersonen mussten auf akustische und visuelle Reize mit einem bestimmten Knopfdruck reagieren. Währenddessen registrierten die Forscher mittels Elektroenzephalografie (EEG) die Hirnströme der Freiwilligen. In motorischen Gebieten stießen sie auf eine verlangsamte Reaktion. Falkenstein und seine Kollegen vermuten, dass es sich dabei vielleicht gar nicht um ein Defizit handelt. Die Reaktionsschwelle zu erhöhen, könnte eine Strategie des Gehirns sein, voreilige Reaktionen und damit Fehler zu vermeiden. Tatsächlich waren die betagteren Studienteilnehmer zwar langsamer als die jungen, sie machten aber auch weniger Fehler.

Und noch eine andere Kompensationsstrategie legen Studien nahe: Bei älteren Menschen werden bei komplexeren Aufgaben im Vergleich zu jüngeren Freiwilligen zusätzliche Hirnareale aktiviert. So können die Senioren trotz neuronaler Defizite schwierige Aufgaben erfolgreich meistern. Es geht also nicht alles im Alter bergab.

EEG

Elektroencephalogramm/-/electroencephalography

Bei dem Elektroencephalogramm, kurz EEG handelt es sich um eine Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Gehirns (Hirnströme). Die Hirnströme werden an der Kopfoberfläche oder mittels implantierter Elektroden im Gehirn selbst gemessen. Die Zeitauflösung liegt im Millisekundenbereich, die räumliche Auflösung ist hingegen sehr schlecht. Entdecker der elektrischen Hirnwellen bzw. des EEG ist der Neurologe Hans Berger (1873−1941) aus Jena.

zum Weiterlesen:

Fjell AM, Walhovd KB: Structural brain changes in aging: courses, causes and cognitive consequences. Reviews in the Neurosciences 2010; 21(3):187 – 221. (zum Abstract)

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