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Wie durch Bewegung neue Gehirnzellen entstehen: Die Grundlagen von BDNF und Neurogenese

Wie durch Bewegung neue Gehirnzellen entstehen: Die Grundlagen von BDNF und Neurogenese

Obwohl der Prozess des Älterwerdens unvermeidlich ist, muss die Funktion Ihres Gehirns nicht mit jedem Jahr abnehmen. 

Wissenschaftler dachten einst, dass die Neurogenese – die Bildung neuer Neuronen – nach den ersten Lebensjahren aufhört. Allerdings hat die Forschung in den letzten Jahrzehnten zugenommen, um zu bestätigen, dass die Bildung neuer Gehirnzellen bis ins Erwachsenenalter reicht. Die Tatsache, dass erwachsene Nervenzellen sich selbst regenerieren können, bietet spannende Therapiemöglichkeiten für das verletzte, entzündete oder erkrankte Gehirn. 

Wenn Sie Bedenken hinsichtlich Gedächtnisverlust oder Gehirngesundheit haben, erfahren Sie in diesem Artikel mehr darüber, wie durch Bewegung neue Gehirnzellen entstehen können, um die kognitiven Funktionen zu verbessern, und welche Art von körperlicher Aktivität sich am besten für den Aufbau neuer Neuronen eignet. 

Was ist Neurogenese?

Der frühere Glaube, dass Erwachsene keine neuen Gehirnzellen bilden können, entstand aus der Erkenntnis, dass reife Neuronen keine Zellteilung durchlaufen können, was bedeutet, dass sich Zellen im Nervensystem nicht wie andere Zellen im Körper regenerieren. 

Forscher haben jedoch herausgefunden, dass die adulte Neurogenese tatsächlich stattfindet – nicht durch die Zellteilung reifer Neuronen, sondern durch die Differenzierung und Selbsterneuerung neuronaler Stammzellen. 

Im Gegensatz zu pluripotenten Stammzellen, die sich in fast jeden Zelltyp im Körper differenzieren können, sind neurale Stammzellen auf einige Regionen des Gehirns spezialisiert und werden entweder zu Neuronen oder zu Gliazellen, zu denen Mikroglia, Astrozyten und Oligodendrozyten gehören. Ihr Name leitet sich vom altgriechischen Wort für „Kleber“ ab. Gliazellen bilden das Myelin, das Neuronen stützt und schützt. 

Es gibt zwei Hauptbereiche des Gehirns – auch als „neurogene Nischen“ bekannt –, in denen die Neurogenese stattfindet: die subventrikuläre Zone der Seitenventrikel und die subgranuläre Zone des Gyrus dentatus des Hippocampus. Der Hippocampus spielt eine entscheidende Rolle beim Lernen sowie bei der Festigung des Kurz- und Langzeitgedächtnisses. 

Diese Bildung neuer Neuronen ist eine Teilmenge der Gehirnplastizität, die durch die Fähigkeit des erwachsenen Gehirns gekennzeichnet ist, seine Struktur anzupassen und zu verändern und synaptische Verbindungen neu zu verdrahten. 

Ein Gehirn mit hoher Plastizität wäre besser in der Lage, sich nach einer Verletzung selbst zu reparieren, was zu einem geringeren Risiko neurodegenerativer Erkrankungen und einem langsameren Alterungsprozess führen würde. 

Diese neuronale Plastizität ermöglicht es dem Gehirn, neue Fähigkeiten zu erwerben, die emotionale Kontrolle und Gedächtniskonsolidierung zu verbessern und die kognitiven Fähigkeiten kontinuierlich zu verbessern. Ein Protein, das eine entscheidende Rolle bei der Förderung der Plastizität und Neurogenese des Gehirns spielt, ist BDNF. 

Wie durch Bewegung neue Gehirnzellen entstehen: Die Grundlagen von BDNF und Neurogenese

Was ist BDNF?

Der aus dem Gehirn stammende neurotrophe Faktor (BDNF) wird als Neurotrophin klassifiziert, eine Familie von Proteinen, die als Wachstumsfaktoren für Neuronen wirken, indem sie deren Überleben, Wachstum und Entwicklung fördern. 

BDNF wird in beiden neurogenen Nischen exprimiert und ist an der Differenzierung und Reifung neuronaler Stammzellen zu Neuronen oder Gliazellen beteiligt. Im Wesentlichen ist BDNF für die Neurogenese notwendig. 

Höhere BDNF-Werte werden sowohl bei Tieren als auch bei Menschen mit einer verbesserten Kognition und Gehirngesundheit in Verbindung gebracht, während niedrige BDNF-Werte bei Personen mit neurodegenerativen Erkrankungen gefunden werden. 

BDNF ist wahrscheinlich der Mittler zwischen Bewegung und verbesserter kognitiver Funktion. Eine Metaanalyse veröffentlicht in der Zeitschrift für psychiatrische Forschung analysierte im Januar 2015 die Ergebnisse von 29 Studien, die sich mit dem BDNF-Spiegel beim Menschen nach körperlicher Betätigung befassten. Sie fanden heraus, dass sowohl akutes (einmaliges) als auch regelmäßiges Training den BDNF-Spiegel signifikant erhöhte. In dieser Studie gab es einen stärkeren Zusammenhang bei chronischen Sportlern und einen geringeren Zusammenhang bei weiblichen Sportlern. 

Die Forscher weisen darauf hin, dass jede Trainingseinheit eine „Dosis“ BDNF produziert, die im Laufe der Zeit durch die Schaffung einer gewohnheitsmäßigen Aktivitätsroutine verstärkt werden kann. 

In einem studie veröffentlicht in Im September 2013 kam es bei gesunden älteren Erwachsenen und Erwachsenen mit neurodegenerativen Erkrankungen zu einem signifikanten Anstieg der BDNF-Plasmaspiegel nur einer aerobic-Übungseinheit. 

In tierstudienbereits eine Woche Training verbesserte die Lern-, Gedächtnis- und Kognitionswerte. 

Bewegung und Neurogenese: Aktuelle Forschung 

Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass Bewegung mit einer verbesserten Kognition verbunden ist. Bei Mäusen erhöht körperliche Aktivität die Plastizität des Gehirns, die BDNF-Expression und die Neurogenese, wie in einer im Juni 2017 veröffentlichten Übersicht besprochen Neuronale Plastizität.

Beim Menschen fehlen Studien zur Neurogenese, da es schwierig ist, sie effektiv zu messen. Derzeit ist die einzige Möglichkeit, die Neurogenese direkt zu messen, die Verwendung von postmortalem Gewebe. Die Forschung am Menschen befasst sich jedoch mit dem Volumen des Hippocampus und der BDNF-Expression, die als Stellvertreter für die Neurogenese angesehen werden können. 

Das Volumen des Hippocampus nimmt bei gesunden älteren Erwachsenen tendenziell um 1–2 % pro Jahr ab; Jeder Volumenverlust ist mit einem erhöhten Risiko eines kognitiven Verfalls verbunden. 

In einer randomisierten kontrollierten Studie, veröffentlicht in PNAS im Februar 2011 kam es bei älteren Erwachsenen, die ein Jahr lang an einem Aerobic-Walking-Programm teilnahmen, zu einem Anstieg des Hippocampusvolumens um 2 %. Aerobic-Übungen verhinderten nicht nur den typischen altersbedingten Rückgang des Hippocampusvolumens, sondern kehrten ihn auch um ein bis zwei Jahre um. 

Die Forscher fanden auch heraus, dass diejenigen mit erhöhtem Hippocampusvolumen höhere BDNF-Serumspiegel aufwiesen. Bemerkenswert ist, dass Aerobic-Übungen nur das Volumen des vorderen Hippocampus erhöhten, nicht aber das hintere – der vordere Bereich ist der Bereich, der für das Gedächtnis und die räumliche Navigation verantwortlich ist. 

Ein weiterer potenzieller Marker für die Neurogenese ist das zerebrale Blutvolumen (CBV), gemessen in MRT-Scans. 

In einer Studie veröffentlicht in PNAS im März 2007 absolvierten Erwachsene ein dreimonatiges Aerobic-Trainingsprogramm. Nach der Betrachtung von MRT-Scans stellten die Forscher fest, dass Aerobic-Übungen das CBV selektiv im Gyrus dentatus des Hippocampus, einer der neurogenen Nischen, erhöhten. 

Allerdings sind diese Biomarker nicht so genau wie die direkte Messung der Neurogenese. Obwohl diese Ergebnisse ermutigend sind, muss noch mehr Forschung am Menschen durchgeführt werden, um den spezifischen Nutzen von Bewegung für die Neurogenese zu ermitteln.

Spielt die Art der Übung eine Rolle? 

Studien haben gezeigt, dass Aerobic-Übungen für die Neurogenese vorteilhafter sind als Widerstands- oder Krafttrainingsübungen. 

In einer in der veröffentlichten Tierstudie Zeitschrift für Physiologie im April 2016 kam es bei Ratten, die aerob trainierten, zu einer signifikant größeren Hippocampus-Neurogenese als bei Ratten, die hochintensives Intervalltraining (HIIT) oder Krafttraining absolvierten. 

Selbst im Vergleich zu Kontrollpersonen mit sitzender Tätigkeit brachte Krafttraining keine neurogenen Vorteile, während HIIT-Training zu einem kleinen, aber nicht signifikanten Anstieg führte. Die größten Vorteile wurden bei Ratten beobachtet, die täglich ausdauernd und freiwillig liefen.

Eine weitere Tierstudie ähnliche Ergebnisse gefunden. In dieser Forschung erlebten Ratten in der freiwilligen Laufgruppe einen signifikanten Anstieg der Neurogenese und synaptischen Aktivität im Gyrus dentatus und verbesserte Ergebnisse bei räumlichen Lern- und Gedächtnistests. 

Aerobic-Übungen – insbesondere Laufen – fördern die Neurogenese, indem sie die Proliferation neuronaler Stammzellen erhöhen, wodurch sich die Anzahl der Stammzellen erhöht, die sich in Neuronen differenzieren können. Diese Herz-Kreislauf-Übung fördert auch die Reifung der neuralen Stammzellen zu funktionierenden Gehirnzellen. Schließlich erhöht Aerobic-Training den BDNF-Spiegel, der als Wachstumsfaktor für die Entwicklung und das Überleben von Neuronen fungiert. 

Schlüssel zum Mitnehmen

  • Obwohl früher angenommen wurde, dass die Neurogenese – die Bildung neuer Neuronen – in der frühen Kindheit aufhört, haben neuere Forschungen herausgefunden, dass auch Erwachsene über diese Fähigkeit verfügen, die den Alterungsprozess verlangsamen und das Risiko neurodegenerativer Erkrankungen verringern kann.
  • Aerobes Training erhöht den BDNF-Spiegel, ein Protein, das an der Neurogenese beteiligt ist und das Überleben, Wachstum und die Entwicklung von Neuronen fördert. 
  • Obwohl die Neurogenese beim Menschen nicht direkt untersucht werden kann, haben Untersuchungen, die den Einfluss von körperlicher Betätigung auf zwei Proxies für die Neurogenese – das Hippocampusvolumen und das zerebrale Blutvolumen – untersuchen, ermutigende Ergebnisse gezeigt. 
  • Das Fazit: Aerobic-Übungen erhöhen den BDNF und werden sehr wahrscheinlich in nur einer Aktivitätssitzung neue Gehirnzellen bilden, wobei bei gewohnheitsmäßigem Aerobic-Training deutlichere Vorteile zu beobachten sind.

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