Viel Abfall im Gehirn: Wissenschaftler grenzen seinen Weg ein

 (npr.org)
2 Punkte von GN⁺ 2024-06-28 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Die von den rund 170 Milliarden Zellen des Gehirns erzeugten Abfallstoffe sind ein zentraler Hinweis zum Erhalt der Gesundheit und zum Verständnis neurodegenerativer Erkrankungen; drei Studien in Nature präzisieren den Weg, auf dem diese Abfälle während des Schlafs abfließen
  • Es wurde ein Fluss beobachtet, bei dem langsame elektrische Wellen im Tiefschlaf die Flüssigkeit um die Zellen aus den tiefen Bereichen des Gehirns an die Oberfläche drücken und diese Flüssigkeit dann über den Blutkreislauf zur Leber und zu den Nieren gelangt
  • Zu den entfernten Stoffen gehört Amyloid, das mit Plaques bei Alzheimer in Verbindung steht; es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass dieses Reinigungssystem bei Alzheimer geschädigt ist
  • In Mausversuchen lösten Schall- und Lichtreize mit 40 Impulsen pro Sekunde Gehirnwellen derselben Frequenz aus und erhöhten den Einstrom von Liquor, den Abfluss verschmutzter Flüssigkeit und den Transport von Amyloid
  • Ob dies beim Menschen auf dieselbe Weise funktioniert, muss noch bestätigt werden; Alterung, Verletzungen und Gefäßverschlüsse im Gehirn können dieses System jedoch beeinträchtigen, was Berührungspunkte zur Forschung an Alzheimer, Parkinson, Kopfschmerzen und Depressionen schafft

Warum der Abtransport von Gehirnabfällen wieder im Fokus steht

  • Das Gehirn enthält etwa 170 Milliarden Zellen, und schon bei normaler Aktivität entstehen viele Abfallstoffe
  • Ein gesundes Gehirn muss diese Rückstände ausspülen, doch lange war unklar, wohin diese Abfälle abfließen
  • Drei in Nature veröffentlichte Arbeiten von zwei Forschungsteams beschreiben das Abfallentsorgungssystem des Gehirns nun genauer
  • Die Ergebnisse könnten Hinweise für die Forschung zum Verständnis, zur Behandlung oder zur Vorbeugung verschiedener Hirnerkrankungen liefern

Elektrische Wellen drücken im Schlaf Flüssigkeit hinaus

  • Während des Tiefschlafs scheinen langsame elektrische Wellen die Flüssigkeit um die Zellen aus tieferen Hirnregionen an die Oberfläche des Gehirns zu drücken
  • Eine ausgefeilte Grenzschicht an der Gehirnoberfläche nimmt die in dieser Flüssigkeit enthaltenen Abfallstoffe in den Blutkreislauf auf, der sie dann zur Leber und zu den Nieren transportiert, wo sie aus dem Körper entfernt werden
  • Ein typischer dabei mittransportierter Abfallstoff ist Amyloid
    • Amyloid ist die Substanz, die im Gehirn von Alzheimer-Patienten klebrige Plaques bildet
    • Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass das Abfallentsorgungssystem des Gehirns bei Alzheimer geschädigt ist

Das glymphatische System und die Metapher von der „Gehirnklempnerei“

  • Jeffrey Iliff und Dr. Maiken Nedergaard brachten vor mehr als zehn Jahren die Idee auf, dass die klare Flüssigkeit innerhalb und außerhalb des Gehirns Teil eines Systems ist, das Abfallstoffe ausspült
  • Dieses System wird glymphatic system genannt
    • Der Name leitet sich vom Lymphsystem ab, das bei der Infektionsabwehr, der Aufrechterhaltung des Flüssigkeitshaushalts und der Filterung von Abfällen sowie abnormalen Zellen hilft
  • Jonathan Kipnis vergleicht dieses System mit der Hausinstallation
    • Sauberes Wasser fließt hinein, und nach dem Händewaschen fließt schmutziges Wasser wieder hinaus
  • Das Lymphsystem transportiert Abfallstoffe über ein Netzwerk dünner Gefäße in den Blutkreislauf, doch im Gehirn gibt es solche Gefäße nicht
  • Die Schlüsselfrage war, wie Abfallmoleküle aus der Mitte des Gehirns bis an seinen Rand gelangen und schließlich den Körper verlassen

Mausstudien zeigen zwei Schritte

  • 2012 und 2013 zeigten Iliff und Nedergaard, dass Liquor bei schlafenden Tieren schnell durch das Gehirn strömt und dabei Abfallstoffe ausspült
  • Danach blieben zwei Fragen offen: Was treibt die Flüssigkeit an, und wie überwinden die Abfallstoffe die Barriere zwischen Hirngewebe und Blutkreislauf?
  • Das Team von Kipnis maß die Stärke der langsamen elektrischen Wellen, die auftreten, wenn Tiere in den Tiefschlaf eintreten
    • Das Team geht davon aus, dass die Messung dieser Wellen mit der Messung des Flusses der interstitiellen Flüssigkeit im Raum zwischen den Zellen zusammenhängt
    • Die Wellen synchronisieren die Aktivität der Neuronen und wirken als Signal, das die Neuronen wie kleine Pumpen arbeiten lässt, um die Flüssigkeit an die Hirnoberfläche zu drücken
    • Diese Ergebnisse wurden in einer Nature-Arbeit vom Februar veröffentlicht: Nature-Artikel
  • Ein anderes, von MIT-Wissenschaftlern geleitetes Forschungsteam lieferte zusätzliche Hinweise darauf, dass langsame elektrische Wellen die Abfallbeseitigung unterstützen
    • Mäuse mit einer Form von Alzheimer erhielten Schall- und Lichtreize mit 40 Impulsen pro Sekunde
    • Die Reize lösten Gehirnwellen mit derselben langsamen Frequenz aus
    • In Tests nahm der Einstrom von sauberem Liquor ins Gehirn ebenso zu wie der Abfluss verschmutzter Flüssigkeit
    • Die abfließende Flüssigkeit enthielt Amyloid, das sich im Gehirn von Alzheimer-Patienten ansammelt
    • Auch diese Studie wurde in Nature veröffentlicht: Nature-Artikel

Der Ausgang durch die Hirnschranke

  • Kipnis behandelt in einer separaten Arbeit, wie Abfallstoffe einschließlich Amyloid die schützende Membran des Gehirns passieren: Nature-Artikel
  • Das Team richtete den Blick auf Venen, die diese Membran durchqueren
    • Um die Venen herum gibt es einen manschettenartigen Raum, der nicht vollständig abgedichtet ist
    • Durch diesen Raum kann Liquor abfließen, und die Abfallstoffe werden an das Lymphsystem des Körpers weitergegeben

Offene Aufgaben für die Übertragung auf den Menschen

  • Die neuen Studien gehen davon aus, dass für die Beseitigung von Gehirnabfällen zwei Schritte nötig sind
    • Ein Schritt, bei dem die Abfallstoffe in den das Gehirn umgebenden Liquor gedrückt werden
    • Ein Schritt, bei dem sie in das Lymphsystem überführt und schließlich aus dem Körper ausgeschieden werden
  • Iliff meint, dass sich die beiden Schritte getrennt beschreiben lassen, biologisch aber mit hoher Wahrscheinlichkeit miteinander verbunden sind
  • Viele Ergebnisse aus Mäusen müssen beim Menschen noch bestätigt werden
    • Die anatomischen Unterschiede zwischen Nagetieren und Menschen sind erheblich
  • Die Ergebnisse berühren auch die Erforschung von Risikofaktoren für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer
    • Alterung, Verletzungen und Erkrankungen, die Hirngefäße blockieren, können das Abfallentsorgungssystem des Gehirns beeinträchtigen
    • All diese Faktoren gelten als Risikofaktoren für Alzheimer
  • Eine gestörte Abfallbeseitigung könnte auch an Parkinson, Kopfschmerzen und Depressionen beteiligt sein
  • Ansätze, die dem Gehirn helfen, sich selbst zu reinigen, etwa durch das Auslösen langsamer elektrischer Wellen, könnten zu Forschungsarbeiten zur Vorbeugung verschiedener Erkrankungen führen
  • Korrektur: Die im Experiment verwendeten Schall- und Lichtreize erfolgten nicht 40-mal pro Minute, sondern 40-mal pro Sekunde

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2024-06-28
Hacker-News-Kommentare

  • Passt auch gut zu der Theorie, dass Mangel an Tiefschlaf das Risiko für Alzheimer und Demenz erhöht
    https://www.medicalnewstoday.com/articles/not-getting-enough...

  • Es geht darum, dass Mäuse mit Alzheimer-ähnlichen Merkmalen mit Schall- und Lichtreizen stimuliert wurden, die 40-mal pro Sekunde auftraten, und dass diese Reize Gehirnwellen derselben niedrigen Frequenz auslösten
    Im Experiment nahm der Fluss zu, bei dem saubere Liquorflüssigkeit ins Gehirn hinein- und verschmutzte Flüssigkeit hinausströmt; außerdem wurde bestätigt, dass diese Flüssigkeit Amyloid transportiert, das sich in den Gehirnen von Alzheimer-Patienten ansammelt
    Ich frage mich also, ob das bedeutet, dass man statt Schlaf so etwas wie TMS einsetzen könnte, und ob ein Versagen oder eine Funktionsminderung dieses Systems Menschen erklären könnte, die sagen, sie seien gegen elektromagnetische Wellen „allergisch“

    • Die Reinigung des Gehirns ist nur eine der Funktionen, die im Schlaf ausgeführt werden, nicht die einzige
      Selbst wenn man sie künstlich auslösen kann, braucht man vermutlich weiterhin Schlaf wegen anderer Funktionen, die im Schlaf verstärkt werden, etwa körperlicher Erholung
      Es könnte allerdings möglich sein, den Schlafbedarf zu senken oder einen Teil der schädlichen Effekte von Schlafmangel abzumildern
    • Es gibt eine gute Faustregel: Jedes Mal, wenn man versucht, eine Milliarde Jahre Evolution rückgängig zu machen, treten meistens unerwartete Nebenwirkungen auf. Besser einfach schlafen
    • Mausmodelle sind berüchtigt schlecht darin, irgendetwas vorherzusagen, das mit tatsächlichen Krankheitsverläufen zusammenhängt
    • Wenn 40-mal pro Sekunde 40 Hz bedeutet, ist das für menschlichen Tiefschlaf eine ziemlich hohe Frequenz
      40 Hz wirkt eher wie starke Mustererkennung oder fokussierte Aufmerksamkeit
    • „Heißt das, man könnte statt Schlaf so etwas wie TMS verwenden?“
      Die Billionäre werden dank der neuen 20-Stunden-Arbeitstage enorme Gewinne machen

  • Als ich die Passage las, „wenn wir Wege finden, dem Gehirn bei der Selbstreinigung zu helfen, zum Beispiel indem wir langsame elektrische Wellen auslösen, könnten wir eine Vielzahl von Störungen verhindern“, musste ich sofort an binaurale Beats denken
    Im Studium hatte ich einen Beat, den ich immer nutzte, wenn ich extrem müde war, aber noch viel zu tun hatte; er half mir, mich bei einem kurzen Schlaf von etwa 20 Minuten zu erholen
    Manchmal brauchte ich nicht einmal den Mittagsschlaf selbst; es reichte, meinen Geist in dieser Zeit dem Beat zu überlassen
    Wenn ein Teil dieses Effekts darin besteht, eine „Tiefenreinigung“ auszulösen, könnte das vielleicht ein Weg sein, solche Störungen zu reduzieren

    • Ich erinnere mich, dass früher Tracks verkauft wurden, die einen angeblich klüger oder ruhiger machen sollten
      Den legendär teuersten Track, der angeblich 1000 Dollar kostete, habe ich per Torrent heruntergeladen, aber es änderte sich nichts; vielleicht lag es daran, dass ich nicht bezahlt hatte :)
    • Ich verstehe nicht, wie Schallwellen elektrische Wellen im Gehirn beeinflussen sollen
      Um das Gehirn zu reinigen, müsste man wohl direkt auf das Hirngewebe selbst einwirken, und das wirkt nicht möglich

  • Dass man bei Mäusen durch eine Licht- und Musikshow die Ausscheidung von Abfallstoffen aus dem Gehirn auslösen konnte, ist ziemlich erstaunlich
    Es wäre schön, wenn jemand eine Mütze erfinden würde, die man nachts beim Schlafen trägt und die diesen Prozess während des Schlafs beschleunigt, sodass es wirkt, als hätte man die tatsächliche Schlafzeit um ein Mehrfaches verlängert
    Für Menschen mit harten Arbeitsplänen wie Ärzte, Lkw-Fahrer oder Piloten könnte das wirksam sein

    • Wenn so etwas erfunden wird, wird es praktisch zur Pflichtausrüstung
      Wer es nicht tragen will, verliert seinen Job, weil er im Wettbewerb mit denen zurückfällt, die es tun
    • AffectableSleep.com arbeitet seit etwa vier Jahren daran
      Es geht nicht um 40 Hz und auch nicht um Licht, sondern um phasengezielte auditive Stimulation, zu der es seit über zehn Jahren Studien am Menschen gibt
    • Eine spontane, interessante Hypothese: Ich frage mich, ob die Lightshows bei EDM-Konzerten damit zusammenhängen könnten, bestimmte Effekte auszulösen
    • Vielleicht gibt es etwas Ähnliches bereits in Form von binauralen Beats
      Keine Mütze, aber ein Paar Kopfhörer und eine App oder Audiospur reichen aus
    • Falls du es noch nicht ausprobiert hast: Es kann sich lohnen, vor dem Schlafengehen Melatonin zu nehmen
      Ich habe gemerkt, dass ich weniger schlafe, aber erholter aufwache

  • Wenn „langsame elektrische Wellen im Schlaf Flüssigkeit um die Zellen herum aus der Tiefe des Gehirns zur Oberfläche drücken“, ist das dann, was Träume sind?
    Elektrische Wellen und Flüssigkeit, die gegen Gehirnzellen klopfen?

    • In einem Buch, das ich vor ein paar Jahren gelesen habe, hieß es, Träume seien eine Art, wie verschiedene Bereiche des Gehirns ihr Territorium verteidigen
      Wenn man schläft, erhalten die Neuronen in den visuellen Verarbeitungsbereichen keine Eingangssignale mehr, und dann könnten diese Neuronen von benachbarten Bereichen genutzt werden
      Die Theorie war, dass das Gehirn falsche Signale erzeugt, um sie beschäftigt zu halten und diese Übernahme zu verhindern; ziemlich cool
      Ich habe den Namen des Buchs gefunden: Es war Livewired von David Eagleman
    • Träume treten während des REM-Schlafs auf

  • Ich konnte das im Experiment verwendete Audio nachbilden
    sox -b 32 -Dr 96k -n 40hz_1ms_pulse_1hour.flac synth 0.001 sin 10k fade t 0.0005 0 0.0005 pad 0.024 repeat 140000
    Ziel scheint zu sein, Eingangsneuronen 40-mal pro Sekunde zu stimulieren, damit diese Frequenz möglichst tief und breit ins Gehirn gelangt
    Bei Mäusen wurde dieses Ziel durch eine Kombination aus Schall, Licht und taktiler Stimulation durch Vibration erreicht
    Die Hypothese ist, dass eine solche neuronale Ansteuerung bei der Entfernung von Abfallstoffen aus dem Gehirn hilft; wenn das stimmt, wäre das gut

  • Wenn es um Flüssigkeit geht: Welchen Einfluss hat der Kopfwinkel während des Schlafs?

  • Das mag ein bisschen abergläubisch klingen, aber ich spüre das definitiv
    Nach einer gewissen Zeit schwieriger geistiger Arbeit, vor allem anstrengender Lektüre, merke ich, wie meine Konzentration nachlässt und meine Augen schwer werden
    Wenn mir ein kurzer, tiefer Mittagsschlaf gelingt, manchmal sogar unter 15 Minuten, ist alles wie weggewaschen und ich kann mich wieder konzentrieren
    Ein seltsamer Vergleich, aber die Erleichterung fühlt sich ähnlich an wie das Entleeren einer vollen Blase
    In so einer Situation keinen Mittagsschlaf zu machen, fühlt sich sehr ungesund und schädlich an

    • Ich wünschte, ich könnte solche Nickerchen machen
      Zum Glück habe ich nachts keine Probleme einzuschlafen, aber sobald die Sonne aufgegangen ist, fühlt es sich an, als würde mein Gehirn sich weigern abzuschalten
      Etwa alle ein bis zwei Wochen schaffe ich am späten Vormittag gerade so ein Nickerchen
    • Ich mag es, nach einem Moment geistiger Erschöpfung ein Nickerchen zu machen
      Danach habe ich wieder Energie und bin sofort bereit loszulegen
      Einer der großen Vorteile von Homeoffice
    • Das ist nicht wirklich weit daneben
      In vielen Berufen oder Fertigkeiten, die starke geistige Konzentration erfordern, brauchen die Menschen Pausen oder haben Leistungsgrenzen
      Das wichtigste Beispiel, an das ich mich erinnere, sind UN-Simultandolmetscher
      Sie können Echtzeitgespräche nur etwa 45 Minuten lang dolmetschen; danach steigt die Fehlerrate wegen mentaler Ermüdung exponentiell, und sie müssen durch neue Dolmetscher abgelöst werden
    • Ich empfinde genau dasselbe
      Ich habe es immer so beschrieben, als würde eine Welle der Befreiung über meinen Geist hinweggehen
      Es fühlt sich wirklich gut an, und ich wache mit einer Klarheit auf, als wäre eine Last von meinem Geist gehoben worden
    • Ich frage mich, ob man die Ansammlung von Abfallstoffen bei verschiedenen polyphasischen Schlafzyklen wie Everyman untersuchen wird

  • Ich bin etwas verwirrt: Ist das glymphatische System nicht schon seit ziemlich langer Zeit bekannt?

    • Ich weiß nicht, was daran verwirrend ist
      Der Artikel sagt wörtlich, dass das glymphatische System bekannt war, man aber den tatsächlichen Wirkmechanismus nicht kannte, und dass genau dieser Mechanismus in der neuen Studie aufgeklärt wird
    • Überraschenderweise wurde das glymphatische System erst vor zehn Jahren entdeckt
      Neu ist der Teil mit 40-Hz-Licht und -Schall, und bisher wurde das nur an Mäusen durchgeführt