Neurogenese: Wie funktioniert die Erneuerung des Gehirns?

Neurogenese: Was ist das?

Neuroplastizität bezieht sich auf die Anpassungsfähigkeit des Nervensystems, sich im Laufe eines Lebens zu verändern. Das Gehirn kann neue Verbindungen zwischen Nervenzellen (Neuronen) und Gruppen von Nervenzellen (neuronale Schaltkreise) herstellen oder bestehende Verbindungen verstärken.

Dieser Prozess der Verbesserung der Kommunikation wird synaptische Plastizität genannt. Das Gehirn kann auch, zumindest in einigen Bereichen, Progenitorzellen (Vorläuferzellen) produzieren, welche die Neurogenese – den Prozess der Bildung neuer Nervenzellen – bewirken, um sich selbst zu verändern. 

Bis vor relativ kurzer Zeit glaubten Neurowissenschaftler, dass es bei Erwachsenen keine Neurogenese gibt. Man ging davon aus, dass die Bildung von Neuronen auf die Zeitspanne während der Embryonalentwicklung und unserer sehr frühen Kindheit (d.h. die Entwicklungsneurogenese) beschränkt sei und dass das Nervensystem nach dieser Zeit des schnellen Wachstums nicht in der Lage sei, sich zu regenerieren.

Dieser Glaube rührte von der Tatsache her, dass reife Neuronen im Gegensatz zu den meisten Zellen in unserem Körper keine Zellteilung durchlaufen. Zellteilung ist ein Prozess, durch den sich eine Zelle (die Mutterzelle) in zwei oder mehr neue Zellen (die Tochterzellen) teilt.

Dieses Dogma wurde bereits vor einigen Jahrzehnten in Frage gestellt, als erstmals über die Neurogenese im erwachsenen menschlichen Gehirn berichtet wurde (1.).

Seitdem hat eine wachsende Zahl von Forschungsarbeiten gezeigt, dass neue Neuronen während des ganzen Lebens in bestimmten neurogenen Bereichen des Gehirns (z.B. Gyrus dentatus [DG], Subventrikularzone [SVZ]) gebildet werden, und zwar nicht aus der Teilung reifer Zellen, sondern aus der Differenzierung neuronaler Stammzellen (NSZ).

“Fernando Nottebohms Studien aus den 1980er Jahren, (2.) in denen er entdeckte, dass adulte Singvögel neue Nervenzellen wachsen lassen, während sie sich darauf vorbereiten, Lieder zu lernen, trugen dazu bei, das neurowissenschaftliche Paradigma über die Fähigkeit des Erwachsenen Gehirns zur Neurogenese zu verändern.

 

Was sind neurale Stammzellen?

Stammzellen sind undifferenzierte biologische Zellen, die durch einen als Differenzierung bezeichneten Prozess verschiedene Arten spezialisierter Zellen erzeugen können. Einige Stammzellen können zu jeder Art von differenzierten Zellen in unserem Körper (diese werden totipotente Stammzellen genannt) oder zu fast jeder Art von Zellen (pluripotente Stammzellen) werden.

Andere Kategorien von Stammzellen haben bereits einen gewissen Spezialisierungsgrad. Aus diesen können nur spezifische, eng verwandte Zelltypen (multipotente Stammzellen) werden, wie z.B. die verschiedenen Zelltypen in einem Gewebe.

Es gibt auch Stammzellen, die bereits auf einen bestimmten Zelltyp festgelegt sind (unipotente Stammzellen), die jedoch die Fähigkeit zur Selbsterneuerung durch Zellteilung besitzen. Diese Fähigkeit zur Selbsterneuerung ist ein weiteres charakteristisches Merkmal von Stammzellen.

Diese Eigenschaft ermöglicht es Stammzellen, einen Pool von Elternzellen zu erhalten, aus denen neue Zellen in unserem Körper entstehen können. (3,4)

Neurale Stammzellen (NSZ) sind die sich selbst erneuernden, multipotenten Stammzellen des Nervensystems. NSZ können sowohl neue Nervenzellen als auch Gliazellen (die nicht-neuronalen Gehirnzellen, die die Nervenzellen, auch als Neuroglia oder einfach Glia bezeichnet, unterstützen und schützen) erzeugen.

“Die Fähigkeit einer Zelle, sich in andere Zelltypen zu differenzieren, wird als ihre Potenz bezeichnet. Je mehr ein Zelltypen sie sich zu differenzieren vermag, desto größer ist die Potenz einer Zelle. Die Potenz besteht auf einem Kontinuum, vom größten bis zum kleinsten Differenzierungspotenzial, der Totipotenz → Pluripotenz → Multipotenz → Oligopotenz → Unipotenz”.

 

Wo findet Neurogenese im Gehirn statt?

NSZ befinden sich in bestimmten Regionen des Gehirns, die als „neurogene Nischen” bezeichnet werden. Diese Regionen weisen molekulare und zelluläre Merkmale auf, die eine Mikroumgebung schaffen, in der die neuronale Entwicklung stattfinden kann (5.).

Bei erwachsenen Säugetieren gibt es zwei kanonische neurogene Regionen, in denen NSZ angesiedelt sind: (1) die subventrikuläre Zone (SVZ), die die Seitenventrikel auskleidet (die Ventrikel sind flüssigkeitsgefüllte Hohlräume im Gehirn), und (2.) die subgranuläre Zone (SGZ) des Gyrus dentatus (DG) im Hippocampus.3,6

Die Neurogenese außerhalb dieser beiden Regionen wird im Allgemeinen als sehr eingeschränkt (d.h. relativ inaktiv) im Gehirn erwachsener Säugetiere angesehen. Es wurden jedoch nicht-kanonische Gebiete der Neurogenese bei verschiedenen Spezies berichtet (wobei die Regionen von Spezies zu Spezies variieren), einschließlich Neokortex, Striatum, Amygdala, Hypothalamus, Substantia nigra, Kleinhirn und Hirnstamm. (7.)

Die meiste Forschung zur Neurogenese bei Erwachsenen hat sich auf den DG-Bereich des Hippocampus konzentriert.  Die Neurogenese des Hippocampus bei Erwachsenen wurde bei allen bisher untersuchten Säugetierarten beobachtet.

Im erwachsenen menschlichen Gehirn scheint die Neurogenese im Hippocampus aufzutreten, einem Hirnareal das besonders wichtig für kognitive Funktionen wie Lernen und Gedächtnis, sowie für Emotionen, Stimmung, Angst und Stressreaktion ist.( 1,8,9)

Ein weiterer Bereich, in dem Beweise für eine Neurogenese bei Erwachsenen Menschen gefunden wurden, ist das Striatum.(10,11) Das Striatum ist vor allem für seine Rolle bei der motorischen Koordination bekannt, aber es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Regulierung von Belohnung, Abneigung, Motivation und Lust.

Das Striatum wird auch als eine Schlüsselstruktur bei höheren kognitiven Funktionen anerkannt, insbesondere bei der “kognitiven Flexibilität”, der Fähigkeit, Verhaltensziele als Reaktion auf sich ändernde kontextuelle Anforderungen anzupassen. (12)

“Neurale Stammzellen bilden bei Bedarf neue Zellen, die tote oder absterbende Zellen im Gyrus dentatus ersetzen, wo die Neurogenese bei Erwachsenen Prozesse unterstützen könnte, die mit der Speicherung und dem Abrufen von Erinnerungen verbunden sind.

 

Wie werden neue Neuronen gebildet?

NSZ wechseln zwischen ruhenden und aktiven Zuständen, indem sie den Zellteilungszyklus verlassen bzw. in ihn eintreten. NSZ können über längere Zeiträume ruhend bleiben.

Einmal aktiviert, können NSZ sich selbst erneuern (sich der Zellteilung unterziehen, um andere NSZ zu erzeugen) und/oder neurale Vorläuferzellen erzeugen, die sich zu Neuronen (Neurogenese) oder Gliazellen (Gliogenese) differenzieren können. (13) NSZ erhalten dadurch einen beständigen Pool von vermeintlich erwachsenen Neuronen aufrecht.

Damit neue Neuronen vollständig gebildet werden können, müssen die Zellen die verschiedenen Stadien der Neurogenese bei Erwachsenen durchlaufen: Aktivierung der NSZ, Proliferation der Progenitorzellen, Differenzierung und Schicksalsbestimmung (die irreversible Verpflichtung, ein bestimmter Zelltyp zu werden), Migration, Reifung und Integration in die bestehenden neuronalen Schaltkreise. (14)

Während der Reifung beginnen neugeborene Neuronen, ihre typische Morphologie zu entwickeln, indem sie ihre Axone und Dendriten, die Fortsätze, die es ihnen ermöglichen, andere Neuronen (kollektiv als Neuriten bezeichnet) zu erreichen, ausdehnen und verzweigen; dieser Prozess wird Neuritogenese genannt. (15)

Anschließend stellen sie Kontakt her, indem sie neue Synapsen (die neuronalen Kommunikationsstrukturen) mit anderen Neuronen bilden, in einem Prozess, der als Synaptogenese bezeichnet wird. (16) Dies ermöglicht es ihnen, Informationen an andere Neuronen zu übertragen und sich vollständig in funktionelle neuronale Schaltkreise zu integrieren.

“In Experimenten sind NSZ über weite Strecken zu verletzten Hirnregionen gewandert. Dort angekommen, differenzieren sich die NSZ in reife Neuronen. (17) Dies legt nahe, dass die Neurogenese bei Erwachsenen eine Möglichkeit ist, wie das Gehirn versucht, sich selbst zu heilen.

 

Mechanismen der Gehirnplastizität: Neurogenese, Neuritogenese & Synaptogenese

Das Gehirn hat eine hervorragende Anpassungsfähigkeit an kognitive, emotionale und umweltbedingte Herausforderungen. Neuronale Plastizität ist ein Begriff, der sich auf diese Fähigkeit unseres Nervensystems zur ständigen Veränderung und Anpassung bezieht.

Die plastische Natur des Gehirns ist eines seiner markantesten Merkmale. Die Plastizität des Gehirns ermöglicht eine ständige Verbesserung der neuronalen Funktionen, eine kontinuierliche Optimierung der Leistung und eine unaufhörliche Feinabstimmung auf unsere Umwelt.

Die Erzeugung neuer Neuronen durch Neurogenese sowie die Herstellung neuer Verbindungen zwischen Neuronen durch Neuritogenese und Synaptogenese sind der Kern der Plastizität unseres Gehirns.

Während ihrer Reifung und funktionellen Integration sind neugeborene Neuronen im erwachsenen Gehirn in der Lage, Informationen wahrzunehmen und ihre Synapsen auf die laufende Aktivität fein abzustimmen.

Heranreifende Neuronen haben eine hervorragende synaptische Plastizität, die sich durch Veränderungen in der Anzahl, Struktur und Stärke der Synapsen manifestiert. Diese Plastizität verleiht ihnen ein höheres Maß an Anpassungsfähigkeit und macht sie besonders empfindlich für kognitive Anforderungen, Umweltreize und Verhaltens- oder Sinneserfahrungen.

Sogar Reize und Erfahrungen, die die synaptischen Prozesse reifer Neuronen kaum beeinflussen würden, können die synaptische Plastizität in jungen Neuronen potenzieren. (14,18)

Neuroplastische Veränderungen entstehen durch unsere Umwelt und unser Verhalten. Unsere Gedanken und Emotionen können auch das Gehirn veranlassen, sich selbst zu verändern.

 

Neurogenese und Kognition

Die Neurogenese ist ein intrinsischer Prozess der Hippokampusfunktion, der als Anpassungsmechanismus und als Substrat für erfahrungsabhängige Veränderungen fungiert.

Die Erzeugung neuer Neuronen ermöglicht es dem Hippocampus, effektiver auf kognitive Anforderungen zu reagieren, die von der Integration neuer Neuronen in bestehende neuronale Schaltkreise profitieren können.

Indem sie die ständige Modifikation und Verfeinerung der neuronalen Schaltkreise ermöglichen, tragen Neurogenese und Synaptogenese während des gesamten Lebens zur strukturellen und funktionellen Plastizität des Gehirns bei und optimieren seine Leistung und unsere kognitiven Reaktionen auf Anforderungen der Umwelt.

Die Neurogenese ermöglicht es dem Gehirn, sich an neue Umweltbedürfnisse und Kontexte anzupassen, indem sie die Bausteine für die kognitive Verbesserung, den Erwerb neuer Fähigkeiten, die Verbesserung der Bewegungskoordination und die Verbesserung der emotionalen Kontrolle schafft. (19)

Die Neurogenese des Hippocampus bietet theoretisch eine kontinuierliche Quelle neuer Neuronen zur Unterstützung kognitiver Prozesse, insbesondere in Kombination mit anderen vorhandenen neuroplastischen Fähigkeiten.

Die Nutzung kognitiver Funktionen und persönlicher Erfahrungen führt zum Lernen und zur Bildung neuer Erinnerungen. Diese aktivitätsabhängige synaptische Umgestaltung ermöglicht es dem Gehirn, die Konnektivität auf der Grundlage aktueller Erfahrungen zu gestalten und folglich neuronale Netzwerke in neuen kognitiven Kontexten effektiver zu machen.(14)

“Studien deuten darauf hin, dass das Gehirn seine neuroplastischen Fähigkeiten viel schneller rekrutieren wird, wenn wir eine neue Aufgabe lernen (20) (im Gegensatz zur Weiterbildung in einer Aufgabe, die wir bereits gelernt haben).“ 

 

Neurogenese wird durch unser Verhalten und unsere Umwelt beeinflusst

Die Neurogenese reagiert sehr empfindlich auf äußere und endogene Faktoren.19 Unsere Umwelt und unser tägliches Verhalten werden unsere kognitiven Fähigkeiten stark beeinflussen.

Eine stimulierende Umgebung, die ein höheres Maß an geistiger und körperlicher Aktivität, sozialer Interaktion sowie sensorischer und motorischer Simulation mit sich bringt, kann die Neurogeneserate erhöhen und die verschiedenen Stadien der Neurogenese im Hippocampus, von der NSV-Proliferation, Differenzierung und dem Überleben bis hin zur synaptischen Plastizität, potenzieren.

Als Verhaltensbeispiel kann eine gute Ernährung die Rate der Neurogenese beeinflussen.(21,22) Ausreichender Schlaf könnte auch für die Neurogenese des Hippocampus bei Erwachsenen erforderlich sein. (23)

Daher können wir die Neurogenese aktiv fördern, indem wir unsere Gewohnheiten und unseren Lebensstil anpassen. Die aktive Unterstützung der Neurogenese kann jedoch über körperliche Aktivität und kognitive Stimulation hinausgehen – Nahrungsergänzungsmittel und Nootropika können ebenfalls Hilfsmittel sein, um die Neurogenese zu hacken.

“Bewegung fördert die Neurogenese bei Erwachsenen, (24) was zu einem besseren räumlichen Gedächtnis und Verbesserungen der Prozesse führt, die es uns ermöglichen, die zum Erreichen von Zielen erforderlichen Verhaltensweisen besser auszuwählen und zu kontrollieren. 

 

Nootrope Unterstützung der Neurogenese

Nervenwachstumsfaktor (NGF) und hirnabgeleiteter neurotropher Faktor (BDNF) sind zwei Neurotrophin-signalisierende Verbindungen, die als neuronale Wachstumsfaktoren wirken.

Sie beeinflussen Prozesse, welche die Entwicklung, Erhaltung, das Überleben und die Funktion des Nervensystems fördern. Aufgrund ihrer Schlüsselrolle in diesen Prozessen sind sie bevorzugte Ziele für die Ernährungsunterstützung.

BDNF ist im Zusammenhang mit der Neurogenese von besonderer Bedeutung. Desweiteren, wurde BDNF mit der Proliferation neuronaler Vorläufer und der Differenzierung, Reifung und Integration neugeborener Neuronen im Hippocampus in Verbindung gebracht.

Unteranderem, wurde BDNF auch positiv mit der dendritischen Verzweigung, Länge und Komplexität sowie mit Synaptogenese und synaptischer Reifung in Verbindung gebracht. (25-28)

 

Stoffe für neurotrophine Unterstützung

NGF wurde mit der Proliferation, dem Wachstum, der Erhaltung und dem Überleben von Neuronen in Verbindung gebracht, insbesondere mit dem Wachstum peripherer Nerven und der Myelinproduktion. (29)

Es gibt mehrere Inhaltsstoffe in QUALIA MIND, die die Produktion von Neurotrophinen unterstützen können.* Die Produktion und Wirkung von BDNF kann durch Ginkgo biloba, (30) Taurin, (31) L-Theanin, (32) und die Kombination von Vitamin B12 und DHA unterstützt werden.(33)

Die Synthese und Aktivität von NGF kann durch Huperzine A, (34) PQQ, (35) und Phosphatidylserin unterstützt werden.(36) Als Folge dieser Unterstützung der Neurotrophin-Produktion können diese Inhaltsstoffe dazu beitragen, spezifische Schritte im Prozess der neuronalen Differenzierung und des Wachstums zu unterstützen.

Zusätzlich zu ihrer Unterstützung neurotropher Faktoren kann  die Proliferation und Differenzierung von Progenitorzellen und das neuronale Überleben unterstützen.( 30,37) Huperzine A kann die Proliferation neuraler Stammzellen des Hippocampus unterstützen.(34)

Vitamin D kann die Synthese neurotropher Faktoren und Neurotrophin-Rezeptoren unterstützen und dadurch die Proliferation und Differenzierung von NSV, die neuronale Reifung und das Wachstum, das neuronale Überleben und die Synaptogenese fördern. (38-40)

Es gibt weitere Inhaltsstoffe, die ebenfalls an pro-neurogenen, pro-neuritogenen oder pro-synaptogenen Prozessen beteiligt sein können, auch wenn noch unklar ist, ob sie die Neurotrophin-Produktion unterstützen können.

Zum Beispiel wurde berichtet, dass Rhodiola rosea die Neurogenese und die neuronale Regeneration unterstützt.(41,42) Uridinmonophosphat unterstützt das Wachstum von Neuriten und die Proliferation von dendritischen Stacheln.(43,44) Bacopa monnieri scheint auch die Verzweigung und Proliferation von Neuriten zu unterstützen. (45)

Desweiteren, Citicolin unterstützt die Neurogenese im Gyrus dentatus und in der subventrikulären Zone und kann auch für die regenerative Neurogenese nach Verletzungen oder Traumata wichtig sein. (49) Alpha-Glycerylphosphorylcholin scheint die Neurogenese zu fördern und neuroprotektive Wirkungen zu haben. (50)

Acetyl-L-Carnitin könnte die NSC-Proliferation und die Neurogenese des Hippocampus bei Erwachsenen durch die Regulierung proneuraler Gene und zellüberlebensbezogener Signale verbessern. (51)

 

Vitamine für neurotrophine Unterstützung

Mehrere B-Vitamine scheinen an der Neurogenese beteiligt zu sein und könnten unter Umständen, die durch höheren Stress oder Verletzungen gekennzeichnet sind, besonders wichtig sein.

Vitamin B1 (Thiamin oder Benfotiamin) könnte helfen, die stressbedingte Hemmung der Neurogenese im Hippocampus zu verhindern.(46) Vitamin B3 (Niacinamid) – ein Substrat zur Herstellung von NAD+ – könnte eine bedeutende Rolle bei der regenerativen Neurogenese nach Verletzungen oder Traumata spielen.(47)

Vitamin B6 (Pyridoxin-5-Phosphat) scheint an der Förderung der Neurogenese im Gyrus dentatus beteiligt zu sein.(48)Cholin-Vorläufer, die in der Lage sind, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden, unterstützen die Neurogenese in Tierversuchen.

 

Warum solltest du die neurophine Unterstützung

Die Neurogenese ist ein wichtiger Mechanismus der kognitiven Anpassung. Nahrungsergänzungsmittel und Nootropika können es uns ermöglichen, die molekularen und zellulären Mechanismen zu unterstützen, die zur Aufrechterhaltung der biochemischen Prozesse beitragen, welche die Neurogenese antreiben.

Wichtig ist, dass Nahrungsergänzungsmittel und Nootropika zur intrinsischen Fähigkeit des Gehirns beitragen können, die Neurogenese als Reaktion auf kognitiv anspruchsvolle Kontexte und oder Umstände, die einen größeren Bedarf an regenerativer Unterstützung erzeugen, hochzuregulieren.

 

 

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