Artikel zur Langlebigkeit

Sind Sie müde? Die Studie ermittelt weiter die Gehirnregionen, die dies steuern

mann sitzt müde am Schreibtisch; Neue Studie identifiziert Gehirnregionen, die Müdigkeit kontrollieren
  • Mithilfe von MRT-Scans und Computermodellen werden Gehirnregionen identifiziert, die für Müdigkeit verantwortlich sind.  

  • Bei Tests zur Analyse des Erschöpfungsniveaus wurde der motorische Kortex des Gehirns in Zeiten ermüdender Anstrengung deaktiviert. Der motorische Kortex ist für Anstrengung und Anstrengung verantwortlich und führt dazu, dass weniger Signale an die Muskeln gesendet werden. 

  • Diese Studie könnte dabei helfen, die neuronalen Mechanismen zu identifizieren, die zur Müdigkeit bei Menschen mit Depressionen, Multipler Sklerose und Schlaganfall beitragen. 

Dieser Artikel wurde im Johns Hopkins Medicine Newsroom veröffentlicht: 

Wissenschaftler von Johns Hopkins Medicine sagen, dass sie mithilfe von MRT-Scans und Computermodellen weitere Bereiche des menschlichen Gehirns identifiziert haben, die den Umgang mit Müdigkeit regulieren.

Sie sagen, dass die Ergebnisse die Entwicklung von Verhaltens- und anderen Strategien vorantreiben könnten, die die körperliche Leistungsfähigkeit gesunder Menschen steigern, und auch die neuronalen Mechanismen beleuchten, die zur Müdigkeit bei Menschen mit Depressionen, Multipler Sklerose und Schlaganfall beitragen.

Die Ergebnisse der Forschung wurden am 12. August online in Nature Communications veröffentlicht.

„Wir kennen die physiologischen Prozesse, die bei Müdigkeit eine Rolle spielen, etwa die Ansammlung von Milchsäure in den Muskeln, aber wir wissen weitaus weniger darüber, wie Müdigkeitsgefühle im Gehirn verarbeitet werden und wie unser Gehirn entscheidet, wie viel und welche Anstrengung wir unternehmen.“ Müdigkeit überwinden“, sagt Vikram Chib, Ph.D., Assistenzprofessor für Biomedizintechnik an der Johns Hopkins University School of Medicine und Forschungswissenschaftler am Kennedy Krieger Institute.

Die Kenntnis der Gehirnregionen, die Entscheidungen über Maßnahmen zur Linderung von Müdigkeit steuern, kann Wissenschaftlern dabei helfen, Therapien zu finden, die diese Entscheidungen genau verändern, sagt Chib. „Es ist möglicherweise nicht ideal für Ihr Gehirn, sich einfach durch Müdigkeit zu stärken“, sagt Chib. „Es könnte für das Gehirn vorteilhafter sein, die von ihm gesendeten Signale effizienter zu nutzen.“

Für die Studie entwickelte Chib zunächst eine neuartige Methode, um objektiv zu quantifizieren, wie Menschen Müdigkeit „fühlen“, eine schwierige Aufgabe, da die Bewertungssysteme von Person zu Person unterschiedlich sein können. Ärzte bitten ihre Patienten oft, ihre Müdigkeit auf einer Skala von 1 bis 7 einzuschätzen, aber wie Schmerzskalen sind solche Bewertungen subjektiv und unterschiedlich.

Um die Messgröße für Müdigkeit zu standardisieren, bat Chib 20 Studienteilnehmer, risikobasierte Entscheidungen über die Ausübung einer bestimmten körperlichen Anstrengung zu treffen. Das Durchschnittsalter der Teilnehmer lag bei 24 Jahren und lag zwischen 18 und 34 Jahren. Neun der 20 Teilnehmer waren weiblich.

Die 20 Teilnehmer wurden gebeten, einen Sensor zu greifen und zu drücken, nachdem sie darin geschult worden waren, eine Skala der Anstrengung zu erkennen. Beispielsweise bedeutete Null keine Anstrengung und 50 Anstrengungseinheiten entsprachen der Hälfte der maximalen Kraft des Teilnehmers. Die Teilnehmer lernten, Anstrengungseinheiten mit der Menge zu verknüpfen, die sie zusammendrücken mussten, was dazu beitrug, das Anstrengungsniveau zwischen den einzelnen Personen zu standardisieren.

Die Teilnehmer wiederholten die Griffübungen 17 Blöcke lang in jeweils 10 Versuchen, bis sie ermüdet waren. Anschließend wurde ihnen für jede Anstrengung eine von zwei Möglichkeiten angeboten. Eine davon war eine zufällige („riskante“) Auswahl, die auf einem Münzwurf basierte und die Möglichkeit bot, keine Anstrengung oder ein vorgegebenes Anstrengungsniveau zu unternehmen. Die andere Möglichkeit war ein vorher festgelegtes Aufwandsniveau. Durch die Einführung von Unsicherheit nutzten die Forscher die Art und Weise, wie die einzelnen Probanden ihre Anstrengung schätzten – eine Möglichkeit, tatsächlich Aufschluss darüber zu geben, wie ihr Gehirn und ihr Verstand entschieden, wie viel Anstrengung sie unternehmen wollten.

Basierend darauf, ob der Teilnehmer eine riskante Option gegenüber der vorgegebenen Option wählte, verwendeten die Forscher computergestützte Programme, um zu messen, wie die Teilnehmer die Aussicht empfanden, bestimmte Anstrengungen zu unternehmen, während sie müde waren.

„Es überrascht nicht, dass wir herausgefunden haben, dass Menschen tendenziell eher risikoscheu sind – um Anstrengungen zu vermeiden“, sagt Chib. Die meisten Teilnehmer (19 von 20) entschieden sich für die risikofreie Wahl eines vorgegebenen Aufwandsniveaus. Dies bedeutet, dass die Teilnehmer bei Müdigkeit weniger bereit waren, das Risiko einzugehen, große Anstrengungen unternehmen zu müssen.

„Der vorgegebene Betrag musste relativ hoch sein, damit die Teilnehmer sich für die Münzwurfoption entscheiden konnten“, sagt Chib.

In einer separaten Gruppe von 10 Personen, die mit dem Greifsystem trainiert, aber nicht zahlreichen ermüdenden Versuchen unterzogen wurden, gab es keine signifikante Tendenz, sich entweder für den riskanten Münzwurf oder für definierte Anstrengungen zu entscheiden.

Chibs Forschungsteam bewertete außerdem die Gehirnaktivität der Teilnehmer während der Greifübungen mithilfe funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT), die den Blutfluss durch das Gehirn verfolgt und zeigt, welche Neuronen am häufigsten feuern.

Chibs Team bestätigte frühere Ergebnisse, dass die Gehirnaktivität bei allen Teilnehmern in einem Bereich des Gehirns, der als Insula bekannt ist, zuzunehmen schien, wenn die Teilnehmer zwischen den beiden Optionen wählten.

Mithilfe von fMRT-Scans untersuchten sie außerdem den motorischen Kortex des Gehirns, wenn die Teilnehmer müde waren. Diese Gehirnregion ist für die eigentliche Anstrengung verantwortlich.

Die Forscher fanden heraus, dass der motorische Kortex zu dem Zeitpunkt deaktiviert war, als sich die Teilnehmer zwischen den beiden Anstrengungsoptionen „entschlossen“. Dieser Befund stimmt, sagt Chib, mit früheren Studien überein, die gezeigt haben, dass bei wiederholten ermüdenden Anstrengungen die Aktivität des motorischen Kortex abnimmt, was dazu führt, dass weniger Signale an die Muskeln gesendet werden.

Die Teilnehmer, deren motorische Kortexaktivität sich als Reaktion auf ermüdende Anstrengung am wenigsten veränderte, waren diejenigen, die bei ihren Anstrengungsentscheidungen am risikoscheusten waren und am stärksten ermüdet waren. Dies deutet darauf hin, dass Müdigkeit durch eine Fehlkalibrierung zwischen dem, was eine Person zu leisten glaubt, und der tatsächlichen Aktivität im motorischen Kortex entstehen könnte.

Im Wesentlichen stellt sich der Körper bei Ermüdung auf den motorischen Kortex ein, denn wenn das Gehirn weiterhin mehr Signale an die Muskeln senden würde, würden physiologische Zwänge die Oberhand gewinnen, beispielsweise eine erhöhte Milchsäure, was zu noch mehr Müdigkeit beitragen würde.

Laut Chib könnten diese Erkenntnisse die Suche nach physikalischen oder chemischen Therapien vorantreiben, die auf diesen Weg bei gesunden Menschen abzielen, um die Leistung zu steigern, und bei Menschen mit Erkrankungen, die mit Müdigkeit verbunden sind.

Diese Studie wurde veröffentlicht in Naturkommunikation im August 2020. 



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