Eine Studie von Neurowissenschaftlern der Universität Genf (UNIGE) in Zusammenarbeit mit der ETH Zürich zeigt, dass eine Gehirnregion namens Locus coeruleus (LC) und der Neurotransmitter Noradrenalin wie echte Dirigenten agieren, um die Funktionen des Gehirns je nach den aktuellen Konzentrationsanforderungen neu zu organisieren.
Die noradrenergen Neuronen des Locus coeruleus (LC) spielen eine Schlüsselrolle beim Übergang von konzentriertem zu aufmerksamem Zustand. Das Bild zeigt diese Neuronen im Gehirn einer Maus.
© UNIGE / ETH Zürich
Die in der Zeitschrift Nature Neuroscience veröffentlichte Studie zeigt, dass die Art der Auslösung der Neuronen des LC es ermöglicht, von einem Konzentrationszustand in einen anderen zu wechseln. Diese Entdeckung trägt zum besseren Verständnis der gesunden Gehirnfunktionen und der menschlichen Kognition bei und könnte Ansätze beeinflussen, die darauf abzielen, Leistung und Wohlbefinden zu optimieren.
Wie schaffen es Athleten, die Konzentration zu erreichen, die sie für ihre Disziplinen benötigen? Die Antwort liegt in der bemerkenswerten Fähigkeit des Gehirns, sich auf eine einzige Aufgabe zu konzentrieren und Ablenkungen auszublenden.
Dieses Phänomen – im Sport oft als „im Flow sein“ bezeichnet – ist nicht nur eine wesentliche Fähigkeit für Athleten, sondern auch für alle, die vor einer schwierigen Aufgabe stehen, wie das Bestehen einer Prüfung oder das Beherrschen eines Musikinstruments. Doch in manchen Momenten müssen diese Personen auch in der Lage sein, vollständig auf ihre Umgebung aufmerksam zu sein, insbesondere, wenn es darum geht, mögliche Gefahren zu erkennen.
Eine winzige Struktur
Die Neurowissenschaftler der UNIGE und der ETH untersuchten, wie das Gehirn vom intensiven fokussierten Zustand zu einer gesteigerten globalen Wahrnehmung übergeht. Das Forschungsteam konzentrierte sich auf Noradrenalin – ein Neurotransmitter, der für die Regulierung der Aufmerksamkeit bekannt ist – das von einer winzigen Region im Zentrum des Gehirns freigesetzt wird, die als Locus coeruleus (LC) bekannt ist und an der Wahrnehmung der Umgebung beteiligt ist.
"Ihre geringe Größe und ihre tiefe Lage stellten von Anfang an eine Herausforderung dar. Beim Menschen ist sie sehr schwer zu beobachten, und es ist unmöglich, von außen auf ihre Funktion zuzugreifen. Aus diesem Grund haben wir uns der Maus zugewandt. Der LC besteht bei Mäusen aus etwa dreitausend Neuronen, hat jedoch einen bemerkenswerten Einfluss auf die fünfundsiebzig Millionen Neuronen des Gehirns", erklärt Valerio Zerbi, Assistenzprofessor im Institut für Psychiatrie und im Institut für grundlegende Neurowissenschaften der medizinischen Fakultät der UNIGE und Initiator der Studie.
Durch den Einsatz fortschrittlicher Techniken – wie Optogenetik, um die Neuronen des LC der Mäuse künstlich zu manipulieren, und Photometrie zur Messung der Noradrenalinfreisetzung – konnte die Funktion des LC in Zusammenarbeit mit dem Labor von Johannes Bohacek, Professor an der ETH Zürich, erforscht werden. Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) lieferte die ersten empirischen Beweise dafür, wie die Stimulation des LC die Gehirnaktivität in verschiedenen Regionen beeinflusst.
Eine Frage des Rhythmus
Die Neurowissenschaftler entdeckten, dass eine dreimal pro Sekunde kontinuierlich, im sogenannten "tonischen" Rhythmus erfolgende Auslösung des LC andere Folgen hatte als eine kurzzeitige sehr schnelle Auslösung, ein sogenannter „burstartiger“ Rhythmus. "Wenn der LC in Bursts ausgelöst wird, wird mehr Noradrenalin freigesetzt, und die sensorischen Funktionen des Gehirns werden priorisiert. Dieser Zustand ermöglicht es den Mäusen, ihre Umgebung über ihre Sinne wachsamer wahrzunehmen", erklärt Valerio Zerbi.
Umgekehrt führt ein tonischer Aktivitätsmodus des LC dazu, dass weniger Noradrenalin freigesetzt wird und Gehirnregionen wie der präfrontale Kortex und der Hippocampus aktiviert werden. Diese beiden Strukturen sind bekannt für die Verarbeitung von Informationen und Denkprozesse, also für intensive Konzentration.
Seinen Locus coeruleus kontrollieren, um zu performen
"Das Geheimnis von Spitzensportlern könnte in ihrer Kontrolle über ihren LC liegen, auch wenn hochentwickelte Ausrüstung und präzises Training sicherlich Teil der Gleichung sind. Wenn sie ihre LC-Aktivität präzise steuern, können sie von einem Zustand intensiver Konzentration zu einem Zustand globaler Aufmerksamkeit wechseln, um Höchstleistungen zu erbringen", schließt Valerio Zerbi.
Dank der aus dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse könnte die Gehirnbildgebung Athleten helfen, ihren LC besser zu nutzen, um sich zu konzentrieren, insbesondere durch den Einsatz von Neurofeedback. Diese Technik nutzt Geräte, die die Gehirnaktivität in Echtzeit überwachen und dabei helfen, diese durch visuelles Feedback zu regulieren.