Kognitives Training verändert die Hirnfaltung bei Erwachsenen

Viele Erwachsene lösen Kreuzworträtsel, gehen häufiger zu Fuß und bemühen sich um besseren Schlaf, um geistig fit zu bleiben. Bei Personen, deren Denken, Stimmung und soziale Verbundenheit sich durch eine Form des kognitiven Trainings über etwa ein Jahr verbesserten, zeigten sich in zwei Bereichen der Hirnoberfläche stärkere Faltungen.

Die Menge ihrer grauen Substanz blieb dagegen unverändert.

Robyn Honea untersucht seit Jahren die Gehirne von Menschen mit Alzheimer-Krankheit. Bei ihnen werden die Hirnfurchen breiter und flacher.

Sie arbeitet am Alzheimer’s Disease Research Center der University of Kansas. Diesmal stellte ihr Team jedoch die umgekehrte Frage.

„Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Gehirngesundheit während des gesamten Erwachsenenalters dynamisch bleibt: Verbesserungen der Kognition, des emotionalen Wohlbefindens und der sozialen Verbundenheit können parallel zu messbaren Veränderungen der Hirnstruktur auftreten“, sagte Honea gegenüber Earth.com.

Ein Wert für Gedächtnis, Stimmung und soziale Kontakte

Die 190 Studienteilnehmerinnen und -teilnehmer gehören zu einem deutlich größeren Projekt. Das Center for BrainHealth in Dallas möchte für The BrainHealth Project bis zu 100.000 Erwachsene gewinnen und sie mindestens zehn Jahre lang online begleiten. Eine kleinere Gruppe im Raum Dallas erhält zusätzlich MRT-Untersuchungen.

Alle absolvieren den BrainHealth Index auf dem Smartphone oder Laptop; die Antworten werden zu einer einzigen Zahl zusammengeführt. Dieser Wert basiert auf drei Aspekten: der Klarheit des Denkens, der Stabilität der Stimmung sowie dem Gefühl der Verbundenheit mit anderen Menschen und sinnvoller Arbeit.

Es handelte sich um gesunde Erwachsene im Alter von 20 bis 70 Jahren, darunter 94 Frauen und 96 Männer. Jede Person erhielt über einen Zeitraum von bis zu vier Jahren maximal fünf Scans. Das Team verglich die erste mit der letzten Aufnahme, die im Mittel 14 Monate auseinanderlagen.

Zu Beginn lag der Durchschnittswert bei 697; am Ende war er um 33 Punkte höher.

Das Zentrum besitzt den Index und hat dafür einen Patentantrag gestellt. Drei der sieben Studienautorinnen und -autoren sind dort beschäftigt.

Graue Substanz blieb unverändert

Die gefaltete äußere Hirnschicht, die Großhirnrinde, bildet ein zusammenhängendes Blatt. Honeas Team erfasste die Form ihrer Furchen ebenso wie Größe und Dicke dieser Schicht.

Einige Furchen reichen weiter unter den äußeren Rand des Gehirns als andere. Dieser Abstand wird als Sulcustiefe bezeichnet.

Das Blatt der Großhirnrinde ist wesentlich länger als die glatte Außenkontur des Gehirns. Ist innerhalb derselben Außenkontur mehr Hirnrinde gefaltet, fällt der sogenannte Gyrifikationsindex höher aus.

Weder die Menge der grauen Substanz noch die Dicke der Großhirnrinde veränderten sich gemeinsam mit den Punktwerten. Das galt für die gesamte Gruppe ebenso wie getrennt für Frauen und Männer.

„Am meisten überraschte mich, dass herkömmliche Maße wie das gesamte Volumen der grauen Substanz und die Dicke der Großhirnrinde nicht mit Verbesserungen im BrainHealth Index einhergingen“, sagte Honea gegenüber Earth.com. „Stattdessen zeigten sich Zusammenhänge bei subtileren Messgrößen der kortikalen Faltung und Komplexität.“

Forschende eines sechsmonatigen Lebensstilprogramms namens SUPERBRAIN kamen 2022 zum gleichen Ergebnis. Bei ihren Freiwilligen nahm die Dicke der Inselrinde zu, eines tief an der Gehirnseite gefalteten Bereichs der Großhirnrinde. Die graue Substanz im gesamten Gehirn veränderte sich nicht.

Tiefere Furchen bei Frauen, stärkere Faltungen bei Männern

In der gesamten Gruppe waren bei der letzten Aufnahme zwei Bereiche stärker gefaltet: erneut die Inselrinde sowie der hintere cinguläre Kortex, der weiter hinten und näher an der Gehirnmitte liegt.

Bei Frauen und Männern zeigte sich jedoch kein identisches Muster. Frauen mit den größten Punktzuwächsen wiesen tiefere Furchen im linken Precuneus, im linken mittleren Temporalgyrus und im rechten Gyrus cinguli auf. Bei Männern nahmen die Faltungen in der Inselrinde und im danebenliegenden Temporalkortex zu.

„Es ist wichtig klarzustellen, dass Frauen nicht unbedingt stärkere Verbesserungen erzielten als Männer. Vielmehr unterschieden sich die Strukturmuster, die die Verbesserung begleiteten, zwischen Frauen und Männern.

Diese geschlechtsspezifischen Befunde sind interessant, müssen aber wiederholt werden, bevor wir belastbare Schlüsse über die zugrunde liegenden Mechanismen ziehen können“, sagte Honea.

Sowohl die Inselrinde als auch der hintere cinguläre Kortex sind breit mit dem übrigen Gehirn vernetzt. Nach Honeas Angaben tragen beide Regionen dazu bei, Aufmerksamkeit, Denken, Emotionen und nach innen gerichtete Gedanken zusammenzuführen.

Keine Gewohnheit war vorgeschrieben

Die Teilnehmenden konnten täglich ein zwei- bis siebenminütiges Video ansehen und in einer App Gewohnheiten zur Beobachtung auswählen. Außerdem konnten sie alle drei Monate ein 20-minütiges Coaching-Gespräch sowie monatlich eine 45-minütige Gruppensitzung über Zoom buchen. Sämtliche Angebote waren freiwillig.

Daher kann das Team nicht sagen, welche dieser Maßnahmen – falls überhaupt eine – mit den Faltungen zusammenhing. Ebenso wenig lässt sich das Programm von den übrigen Erfahrungen im Jahresverlauf einer Person trennen.

Auf die Frage von Earth.com, was Leserinnen und Leser mit dem Wunsch nach einem gesünderen Gehirn aus der Arbeit mitnehmen sollten, wollte Honea keine feste Anleitung geben.

„Zusammengenommen mit der breiteren Forschungsliteratur“, sagte sie, „lautet die praktische Botschaft, konsequent in körperliche Aktivität, erholsamen Schlaf, kognitive Herausforderungen, Stressbewältigung und bedeutsame soziale Beziehungen zu investieren – statt nach einer einzelnen schnellen Lösung zu suchen.“

4.000 Erwachsene und Fortschritte über drei Jahre

Lori Cook und neun Kolleginnen und Kollegen berichteten dieses Jahr in Scientific Reports über knapp 4.000 Erwachsene im Alter von 19 bis 94 Jahren, die alle denselben Test absolvierten.

Die Werte stiegen über drei Jahre hinweg weiter an. Die größten Zugewinne erzielten die Personen, die Training und Coaching am intensivsten nutzten.

„Dieser umfassendere Befund ist ermutigend, belegt jedoch weiterhin nicht, dass eine einzelne Komponente die in unserer Stichprobe beobachteten MRT-Veränderungen verursachte“, ergänzte Honea.

Bislang hat niemand eine einzelne tiefere Furche auf die Zellen zurückgeführt, die sie hervorgebracht haben. Ihr Team erklärte, dass die Veränderung weder bestimmten Nervenzellen noch den sie unterstützenden Gliazellen oder den dazwischenliegenden Axonen zugeordnet werden konnte. Honea zufolge könnten die Faltungsmaße eines Tages die Gehirngesundheit erfassen, doch Ärztinnen und Ärzte können sie noch nicht anordnen.

Für die nächste Studienrunde möchte sie Menschen gezielt bestimmten Gewohnheiten zuweisen. So ließe sich endlich klären, ob eine Gewohnheit das Gehirn verändert.

„Idealerweise würden wir diese Maße auch in randomisierten Interventionen untersuchen, damit wir besser bestimmen können, welche Erfahrungen oder Verhaltensweisen die Veränderungen antreiben“, sagte Honea in einem Interview mit Earth.com.

Die vollständige Studie erschien in der Fachzeitschrift Brain Imaging and Behavior.