Ein Team der Universität Genf und der ETH Zürich zeigt, wie die Gehirnregion Locus coeruleus den Übergang von einem Zustand fokussierter Konzentration zu einem erhöhten globalen Bewusstsein steuert.
Wie wechselt unser Gehirn von fokussierter Konzentration zu globaler Aufmerksamkeit? Eine Studie von Neurowissenschaftlern der Universität Genf in Zusammenarbeit mit der ETH Zürich zeigt, dass eine Gehirnregion namens Locus coeruleus (LC) und der Neurotransmitter Noradrenalin als Dirigenten fungieren, die die Gehirnfunktionen entsprechend den aktuellen Konzentrationsbedürfnissen neu organisieren. Die Studie, die in der Zeitschrift Nature Neuroscience zu finden ist, zeigt, dass die Art und Weise, wie die LC-Neuronen ausgelöst werden, den Wechsel von einem Konzentrationszustand in einen anderen ermöglicht. Diese Entdeckung ermöglicht ein besseres Verständnis gesunder Gehirnfunktionen und der menschlichen Kognition,
und könnte Ansätze zur Optimierung der Leistungsfähigkeit und des Wohlbefindens beeinflussen.
Wie erreichen Sportler die Konzentration, die sie brauchen, um in ihrer Sportart erfolgreich zu sein? Die Antwort liegt in der bemerkenswerten Fähigkeit des Gehirns, sich auf eine einzige Aufgabe zu konzentrieren und dabei alle Ablenkungen auszuschalten. Dieses Phänomen, das in der Sportwelt als "in der Zone sein" bezeichnet wird, ist nicht nur eine wichtige Fähigkeit für Sportler, sondern auch für jeden, der eine schwierige Aufgabe zu bewältigen hat, wie z. B. eine Prüfung abzulegen oder ein Musikinstrument zu beherrschen. Zeitweise müssen diese Personen aber auch in der Lage sein, sich ihrer Umgebung voll bewusst zu sein, insbesondere wenn es darum geht, potenzielle Gefahren zu erkennen.
Eine winzige Struktur
Die Neurowissenschaftler der Universität Genf und der ETH haben untersucht, was das Gehirn dazu bringt, von dieser intensiven fokalen Konzentration zu einem erhöhten globalen Bewusstsein überzugehen. Das Forschungsteam konzentrierte sich auf Noradrenalin - ein Neurotransmitter, von dem bekannt ist, dass er an der Regulierung der Aufmerksamkeit beteiligt ist -, das von einer winzigen, im Herzen des Gehirns lokalisierten Region namens Locus coeruleus (LC) freigesetzt wird, die an der Wahrnehmung der Umwelt beteiligt ist.
’Seine Kleinheit und seine tiefe Lokalisierung stellten von Anfang an eine Herausforderung dar. Beim Menschen ist sie sehr schwer zu beobachten und es ist unmöglich, auf sie einzuwirken, um die Kontrolle über ihre Funktion durch externe Mittel zu übernehmen. Aus diesen Gründen wandten wir uns an die Maus. Die LC besteht dort aus etwa dreitausend Neuronen, behält aber einen bemerkenswerten Einfluss auf die fünfundsiebzig Millionen Neuronen im Gehirn’, erklärt Valerio Zerbi, Assistenzprofessor an der Abteilung für Psychiatrie und der Abteilung für grundlegende Neurowissenschaften der Medizinischen Fakultät der Universität Genf und Initiator der Studie.
Mithilfe fortschrittlicher Techniken - wie der Optogenetik zur künstlichen Manipulation der LC-Neuronen von Mäusen und der Photometrie zur Messung der Noradrenalinfreisetzung - konnte in Zusammenarbeit mit dem Labor von Johannes Bohacek, Professor an der ETH Zürich, die Funktion des LC erforscht werden. Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) wiederum lieferte die ersten empirischen Belege dafür, wie die Stimulation des LC die Gehirnaktivität in verschiedenen Regionen beeinflusst.
Eine Frage des Rhythmus
Neurowissenschaftler haben herausgefunden, dass ein dreimaliges Auslösen des LCs pro Sekunde in einem kontinuierlichen Rhythmus, der als ’tonisch’ bezeichnet wird, nicht die gleichen Folgen hat, wie wenn die gleiche Frequenz nur für kurze Zeit in einem ’Burst’-Rhythmus abgegeben wird. ’Wenn der LC in Bursts ausgelöst wird, wird mehr Noradrenalin freigesetzt und die sensorischen Funktionen des Gehirns werden priorisiert. Dieser Gehirnmodus ermöglicht es den Mäusen, durch ihre Sinne aufmerksamer auf die sie umgebende Umwelt zu reagieren’, erklärt Valerio Zerbi.
umgekehrt wird bei einer tonischen Auslösung des LC weniger Noradrenalin aus dem LC freigesetzt und Gehirnregionen wie der präfrontale Cortex und der Hippocampus werden aktiviert. Diese beiden Strukturen sind bekannt für die Informationsverarbeitung und Denkprozesse, also intensive Konzentration.
Den Locus coeruleus kontrollieren, um Leistung zu erbringen
Das Geheimnis von Spitzensportlern könnte in der Kontrolle ihres LC liegen, auch wenn eine hochmoderne Ausrüstung und ein akribisches Training sicherlich Teil der Gleichung sind. Durch die genaue Kontrolle der Aktivität ihres LC können sie von einem Zustand intensiver Konzentration zu einem Zustand umfassender Aufmerksamkeit übergehen, um Leistungen zu erbringen’, schließt Valerio Zerbi.
Mit den Erkenntnissen aus dieser Studie könnte die Hirnbildgebung Sportlern helfen, ihr LC besser zu nutzen, um sich zu konzentrieren, insbesondere durch Neurofeedback-Ansätze, eine Technik, bei der Geräte die Hirnaktivität in Echtzeit überwachen und es ermöglichen, sie auf der Grundlage von visuellem Feedback zu regulieren.
