Studie: Nahrung beeinflusst über den Vagusnerv die Gedächtnisbildung im Gehirn

Nahrung ist bei vielen bedeutenden Momenten unseres Lebens ein wichtiger Bestandteil – bei grossen Anlässen wie einem Hochzeitsessen ebenso wie bei kleineren Gelegenheiten: dem Grillabend am Wochenende, einem Mittagessen zu zweit oder dem gemeinsamen Abendessen mit der Familie.

Eine neue Studie deutet darauf hin, dass gutes Essen bei solchen besonderen Ereignissen weit mehr als nur eine Begleiterscheinung sein könnte. Es könnte die Mechanismen des Gehirns zur Bildung von Erinnerungen unmittelbar ankurbeln und dadurch helfen, wichtige Erlebnisse zu speichern.

Der Biologe Scott Kanoski von der University of Southern California leitete die kürzlich in Nature Communications veröffentlichte Untersuchung. Sie legt nahe, dass Nahrung die Gedächtnisbildung im wörtlichen Sinn über eine Kette neuronaler Signale beeinflussen kann.

Darm, Vagusnerv und Gedächtnisbildung

In einer Reihe von Experimenten mit Ratten stellten Kanoski und sein Team fest, dass nach einer nahrhaften Mahlzeit ein Signal über den Vagusnerv vom Darm zum Gehirn weitergeleitet wird.

Dieses Signal erreicht Nervenzellen im medialen Septum, einer Gehirnregion, die die Aktivität im Hippocampus beeinflusst.

Bereits bekannt war, dass Erinnerungen im Hippocampus verschlüsselt werden, wenn Neuronen des medialen Septums den Neurotransmitter Acetylcholin ausschütten. Unklar war jedoch, dass Vorgänge im Darm – die dem Gehirn über den Vagusnerv „gemeldet“ werden – die Acetylcholinfreisetzung im medialen Septum beeinflussen können.

Zumindest bei Ratten hängt die Gedächtnisbildung demnach stark davon ab, was im Darm geschieht.

Die Forschenden beobachteten mithilfe der Faserphotometrie die Aktivität bestimmter Gehirnzellen, während die Ratten unterschiedliche Ernährungsweisen erhielten. In einem Versuch bekam ein Teil der Tiere eine Lösung mit Fett oder Zucker. Andere erhielten eine ähnlich süss schmeckende Lösung, die entweder kalorienarm war oder gar keine Kalorien enthielt.

Bei den Tieren, die Fette und Zucker aufnahmen, war die gedächtnisbezogene Gehirnaktivität auch nach dem Fressen stärker. Das spricht dafür, dass die Kalorienaufnahme – und nicht der Vorgang des Essens oder der Geschmack der Nahrung – diese Signalkette zwischen Darm und Gehirn beeinflusst.

„Das Essverhalten erhöht die Acetylcholinfreisetzung im Hippocampus dynamisch, und diese Werte bleiben nach einer Mahlzeit erhöht“, schreiben Kanoski und sein Team.

„Diese Effekte werden entweder durch die Ausschaltung vagaler afferenter Neuronen oder durch die Entfernung von Acetylcholin-Neuronen im medialen Septum aufgehoben.“

Mit anderen Worten: Als die Forschenden die Kommunikationswege störten, verschwand diese spezielle Verbindung zwischen Nahrung und der Freisetzung von Acetylcholin.

„Wir gehen davon aus, dass sich dieser Mechanismus entwickelt hat, damit Tiere entscheidende Informationen über Nahrungsquellen erinnern können“, sagt der Erstautor der Studie, der Biologe Logan Lauer.

Kalorienreiche Ernährung kann das Gedächtnis auch schwächen

Eine fett- und kalorienreiche Ernährung führte allerdings nicht in jedem Fall zu einer besseren Gedächtnisleistung.

Erhielten Ratten früh im Leben eine westliche Ernährung mit „Junkfood“ – fettreichem und zuckerhaltigem Futter, Kartoffelchips, Erdnussbutter-Pralinen und Maissirup mit hohem Fruktosegehalt –, wurde genau dieses Acetylcholin-Signalsystem geschwächt.

Selbst wenn die Tiere später wieder gesündere Nahrung bekamen, hatten sie Schwierigkeiten bei Gedächtnisaufgaben.

Grenzen der Studie und mögliche Anwendungen beim Menschen

Dass ein Mechanismus bei Ratten auf eine bestimmte Weise funktioniert, bedeutet nicht zwangsläufig, dass dies auch beim Menschen gilt. Aufgrund unserer gemeinsamen Evolutionsgeschichte als Säugetiere gibt es jedoch häufig beträchtliche Überschneidungen.

Zudem wurde die Studie ausschliesslich an männlichen Ratten durchgeführt, wodurch sich die Ergebnisse noch weniger verallgemeinern lassen.

Weitere Forschung, die diese Einschränkungen berücksichtigt, könnte dazu beitragen, Möglichkeiten zur Verbesserung der Darm-Hirn-Signalübertragung beim Menschen zu finden.

„Die Störung der Acetylcholin-Signalübertragung im Hippocampus gehört zu den frühesten neurochemischen Veränderungen bei Alzheimer“, sagt Kanoski.

„Indem aufgezeigt wird, dass dieses System durch Signale aus dem Darm über den Vagusnerv verstärkt wird, könnten neue therapeutische Zielstrukturen diese Erkenntnis nutzen, um auf dem Vagusnerv basierende Ansätze wie die Vagusnervstimulation zu untersuchen.“

Die Vagusnervstimulation wird manchmal als „Herzschrittmacher für das Gehirn“ bezeichnet. Sie kann vielen Menschen mit Depressionen langfristige Vorteile bringen und ist eine zugelassene Behandlung bei Epilepsie sowie in der Schlaganfallrehabilitation.

Ob diese Therapie auch die Gedächtnisbildung beim Menschen beeinflussen kann, muss noch geklärt werden. Klinische Studien laufen bereits, und einige Untersuchungen deuten darauf hin, dass sie eine Verschlechterung des Gedächtnisses im frühen Alzheimer-Stadium verhindern oder es sogar verbessern könnte.

Die Forschung wurde in Nature Communications veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Clare Watson auf seine sachliche Richtigkeit geprüft und von Clare Watson redigiert. Wir sind zwar stolz auf unseren Prozess, aber auch wir sind nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie uns dies bitte mit.