Es existieren bisher nur relativ wenige Studien an Menschen, welche sich mit den Folgen von sozialer Distanzierung auf das Gehirn beschäftigt haben. Dennoch widmeten sich bereits mehrere Studienansätze den Folgen von sozialer Abgeschiedenheit bei bestimmten Populations- oder Berufsgruppen, wie zum Beispiel Astronauten oder Antarktisforschern. Diese Forschungsansätze erlauben es, gewisse Parallelen zu sehen und so Hypothesen hinsichtlich möglicher Folgen des aktuellen Vorgehens in der Corona-Krise zu generieren.
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Dr. Kupferberg erläutert die komplexen Zusammenhänge in einem kurzen Video.
Soziale Abgeschiedenheit verändert die Konzentration der Hirnhormone und das Hirnvolumen
In einer aktuellen Hirnbildgebungsstudie werden die Ergebnisse einer Untersuchung beschrieben, in der neun Personen beobachtet wurden, die 14 Monate auf der isolierten deutschen Polarstation Neumeyer III in der Antarktis verbrachten (Stahn et al. 2019). Während der gesamten Zeit hatten sie den gleichen monotonen Wohn- und Arbeitsraum, und die sozialen Interaktionen waren auf eine kleine Gruppe von Menschen beschränkt. Neben den Daten aus der funktionellen Bildgebung, die vor und nach der Expedition gesammelt wurden, wurde bei den Teilnehmern während ihres Aufenthalts auf der Station die Konzentration eines Schlüsselproteins, des sogenannten Wachstumshormons „Brain Derived Neurotrophic Factor“ (BDNF), überwacht.
Seit seiner Entdeckung vor fast vier Jahrzehnten ist bekannt, dass der BDNF an der Differenzierung und dem Überleben von Nervenzellen des Zentralnervensystems (ZNS) beteiligt ist. In jüngerer Zeit hat sich BDNF auch als wichtiger Regulator der Synaptogenese (Bildung von neuen Nervenzellverbindungen) und der Neuroplastizität erwiesen, welche dem Lernen und Gedächtnis im erwachsenen ZNS zugrunde liegen (Cunha, Brambilla, and Thomas 2010). Es ist bekannt, dass chronischer Stress zu einer Abnahme der BDNF-Konzentration im Hippocampus, einer stressempfindlichen Hirnregion, führt, die auch eng mit der Pathophysiologie der Depression zusammenhängt (Zaletel, Filipović, and Puškaš 2017). Die Ergebnisse der oben beschriebenen Studie zeigten, dass nach der Expedition die Konzentration des BDNF im Gehirn der Forscher abgenommen hatte. Die Gehirnscans der Antarktisforscher ergaben, dass das Volumen des Hippocampus, einer für Lernen und Gedächtnis kritischen Hirnstruktur, bei den Teilnehmern der Studie sich deutlich verkleinert hatte. Als eine der wenigen Hirnregionen, die bis ins Erwachsenenalter Neuronen aussprossen lassen kann, „verdrahtet“ der Hippocampus unsere neuronalen Schaltkreise ständig neu, während wir lernen und neue Erinnerungen sammeln. Auch der rechte dorsolaterale präfrontale Kortex und der linke orbitofrontale Kortex wiesen mittlere Abnahmen der grauen Substanz auf. Die Autoren der Studie nehmen an, dass diese Ergebnisse die Folge von geringer Gehirnstimulation darstellen, da die Expeditionsteilnehmer über Monate hinweg mit nur wenigen ausgewählten Personen Kontakt hatten. Die Veränderungen im Gehirn, die im Antarktis-Team beobachtet wurden, sind den Beobachtungen bei Nagetieren ähnlich, die darauf hindeuten, dass längere Perioden sozialer Isolation zur Reduktion der BDNF-Serumkonzentration führen (Murínová et al. 2017; Scaccianoce et al. 2006) und die Fähigkeit des Gehirns, neue Nervenzellen zu bilden, abschwächen (Stranahan, Khalil, and Gould 2006).
Kognitives Training kann das Gehirn verändern
Normalerweise erhalten wir während der Arbeit oder bei sozialen Aktivitäten viele Gelegenheiten für kognitive Herausforderungen. Die tiefgreifenden Veränderungen in unserem Lebensstil aufgrund der sozialen Distanzierung wegen COVID-19 machen es notwendig, die Denkfähigkeit und Kognition gezielt und bewusst zu trainieren, wie es von Experten wie Dr. Amit Lampit und Dr. Alex Bahar-Fuchs von der Universität Melbourne, Australien, empfohlen wird.
Computerisiertes kognitives Training kann positive Effekte auf die Neuroplastizität des Gehirns während einer Isolation haben. Die Ergebnisse einer Studie an Parkinson-Patienten, die sich der kognitiven Rehabilitation unterzogen, deuten darauf hin, dass kognitives Training zu einem erhöhten Serum-BDNF-Spiegel im Vergleich zur Placebo-Gruppe führte (Angelucci et al. 2015). Eine andere Studie zeigt eine Verbesserung der kognitiven Funktionen und des BDNF-Serumspiegels nach 24 Sitzungen mit einem computergestützten kognitiven Training bei älteren Frauen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung sowie einen signifikanten Anstieg von BDNF im Blutserum (Damirchi, Hosseini, and Babaei 2018). Eine dritte Studie, an denen Patienten mit Schizophrenie teilnahmen, zeigt, dass sie nach 50 Stunden intensivem computergestütztem auditorischem Training einen erhöhten BDNF-Serumspiegel im Vergleich zu der Kontrollgruppe, die Computerspiele gespielt hat, aufwiesen (Fisher et al. 2016).
Zu beachten ist, dass bei Anwendung kommerzieller Hirntrainingsprodukte es notwendig ist, diese auf ihre wissenschaftlich erwiesene Wirkung zu überprüfen, was nur in placebokontrollierten Studien möglich ist. Studien mit diesen Produkten werden unsererseits gegenwärtig im Koj Hearing Research Center Zug in Kollaboration mit der Psychiatrischen Universitätsklinik Zürich, der psychologischen Fakultät der Universität Zürich, der Uniklinik Köln, der Universität Fribourg und der Hamburg Medical School angestrebt und durchgeführt.
Referenzen
- Angelucci, Francesco, Antonella Peppe, Giovanni A. Carlesimo, Francesca Serafini, Silvia Zabberoni, Francesco Barban, Jacob Shofany, Carlo Caltagirone, and Alberto Costa. 2015. “A Pilot Study on the Effect of Cognitive Training on BDNF Serum Levels in Individuals with Parkinson’s Disease.” Frontiers in Human Neuroscience 9.
- Cunha, Carla, Riccardo Brambilla, and Kerrie L. Thomas. 2010. “A Simple Role for BDNF in Learning and Memory?” Frontiers in Molecular Neuroscience 3:1.
- Damirchi, Arsalan, Fatemeh Hosseini, and Parvin Babaei. 2018. “Mental Training Enhances Cognitive Function and BDNF More Than Either Physical or Combined Training in Elderly Women With MCI: A Small-Scale Study.” American Journal of Alzheimer’s Disease and Other Dementias 33(1):20–29.
- Fisher, Melissa, Synthia H. Mellon, Owen Wolkowitz, and Sophia Vinogradov. 2016. “Neuroscience-Informed Auditory Training in Schizophrenia: A Final Report of the Effects on Cognition and Serum Brain-Derived Neurotrophic Factor.” Schizophrenia Research: Cognition 3:1–7.
- Murínová, Jana, Nataša Hlaváčová, Magdaléna Chmelová, and Igor Riečanský. 2017. “The Evidence for Altered BDNF Expression in the Brain of Rats Reared or Housed in Social Isolation: A Systematic Review.” Frontiers in Behavioral Neuroscience 11.
- Scaccianoce, Sergio, Paola Del Bianco, Giovanna Paolone, Daniele Caprioli, Antonella M. E. Modafferi, Paolo Nencini, and Aldo Badiani. 2006. “Social Isolation Selectively Reduces Hippocampal Brain-Derived Neurotrophic Factor without Altering Plasma Corticosterone.” Behavioural Brain Research 168(2):323–25.
- Stahn, Alexander C., Hanns-Christian Gunga, Eberhard Kohlberg, Jürgen Gallinat, David F. Dinges, and Simone Kühn. 2019. “Brain Changes in Response to Long Antarctic Expeditions.” The New England Journal of Medicine381(23):2273–75.
- Stranahan, Alexis M., David Khalil, and Elizabeth Gould. 2006. “Social Isolation Delays the Positive Effects of Running on Adult Neurogenesis.” Nature Neuroscience 9(4):526–33.
- Zaletel, Ivan, Dragana Filipović, and Nela Puškaš. 2017. “Hippocampal BDNF in Physiological Conditions and Social Isolation.” Reviews in the Neurosciences 28(6):675–92.
© Dr. Kupferberg, KHRC
