Kräuselungen der Nervenzellaktivität, die Erinnerungen festhalten, können eine unerwartete Aufgabe außerhalb des Gehirns haben: den Blutzuckerspiegel im Körper zu senken.
Kurz nach einem Ausbruch von Wellen im Hippocampus einer Ratte sank der Zuckerspiegel an anderen Stellen des Körpers, wie neue Experimente zeigen. Die Curveball-Ergebnisse, veröffentlicht am 11. August in Natur, legen nahe, dass bestimmte Arten von Gehirnaktivität und Stoffwechsel auf überraschende und mysteriöse Weise miteinander verbunden sind.
„Dieses Papier stellt einen bedeutenden Fortschritt in unserem Verständnis davon dar, wie der Hippocampus den Stoffwechsel moduliert“, sagt Elizabeth Gould, Neurowissenschaftlerin an der Princeton University, die nicht an der Studie beteiligt war.
Neuronale Erschütterungen, die scharfe Wellen im Zick- und Zack-Format im Gehirn von Menschen genannt werden, wenn sie neue Dinge lernen und Erinnerungen wieder aufleben lassen (SN: 19.08.19). Kräuselungen treten auch während des Tiefschlafs auf. Schlafende Säugetiere, Vögel und sogar Eidechsen, die als australische Drachen bekannt sind, haben diese Ausbrüche elektrischer Aktivität. Es wird angenommen, dass scharfe Wellenwellen die neuronale Arbeit bei der Umwandlung von Kurzzeitwissen in Langzeitgedächtnis begleiten.
Der Neurowissenschaftler David Tingley fragte sich, ob diese Signale auch außerhalb des Gehirns etwas verändern könnten. In Zusammenarbeit mit dem Neurowissenschaftler György Buzsáki von der New York University Grossman School of Medicine und Kollegen brachte Tingley, jetzt an der Harvard University, kontinuierliche Glukosemonitore auf den Rücken von Ratten. Diese Geräte, die von Menschen mit Diabetes verwendet werden, um den Zuckerspiegel in der Flüssigkeit um die Zellen herum zu überwachen, bieten einen guten Proxy für den Blutzuckerspiegel. Die Forscher maßen gleichzeitig die Gehirnströme der Ratten mit Elektroden, die in den Hippocampus implantiert wurden, eine Gehirnstruktur, die eine Schlüsselrolle für das Gedächtnis spielt.
Von Zeit zu Zeit nahmen Elektroden Ansammlungen von Wellen auf. Ungefähr 10 Minuten nach einer Welle von Kräuselungen sank der Zuckerspiegel im Körper, wie die Blutzuckermessgeräte zeigten. „Wir haben diese Einbrüche bei der zweiten Ratte und der dritten Ratte und der vierten Ratte gesehen“, sagt Buzsáki. „Es war super konstant. Die Größenordnung ist klein, aber [the dips] sind immer da.”
Um herauszufinden, ob diese Verbindung zwischen den Wellen und den Zucker-Dips rein zufällig war, zwangen die Forscher Nervenzellen im Hippocampus, als Reaktion auf Licht zu feuern, wodurch künstliche Wellen erzeugt wurden. Tatsächlich sank der Zuckerspiegel der Ratten nach einem Anfall dieser erzwungenen Wellen.
Als die Forscher die Downstream-Signale der Wellen mit einem Medikament blockierten, das Nervenzellen in einem Gehirnbereich namens Seitenseptum beruhigt, sank der Zuckerspiegel nicht. Das deutet darauf hin, dass diese Wellen Signale senden, die durch das Gehirn ping-pont und dem Körper letztendlich sagen, dass er seinen Zucker reduzieren soll.
„Das war alles sehr überraschend“, sagt Jan Born, Neurowissenschaftler, der an der Universität Tübingen Stoffwechsel studiert. Man könnte erwarten, dass ein beschäftigtes Gehirn bei der Arbeit mehr Energie braucht, nicht weniger in Form von Zucker, sagt Born, der in derselben Ausgabe einen Kommentar zum neuen Papier verfasst hat Natur. Aber hier „sagt das Gehirn dem Körper: ‚Wir brauchen nicht so viel Energie, also geh mit deinem Blutzuckerspiegel runter.’ Warum?” sagt Born: „Es ist schwer, seine Funktion zu erkennen.“
Buzsáki fragt sich, ob sich diese Wellen möglicherweise ursprünglich entwickelt haben, um den Stoffwechsel zu unterstützen. „Sie waren zuerst für den Körper nützlich“, spekuliert er. Im Laufe der Zeit können bei anderen Jobs, wie zum Beispiel der Speicherablage, Wellen eingezogen worden sein.
Wenn diese neu entdeckte Verbindung zwischen Gehirnwellen und Stoffwechsel bei Menschen existiert, könnte sie einen Weg zur Beeinflussung des Zuckerspiegels durch die Optimierung der Wellen vorschlagen, sagt Buzsáki, eine Idee, die sich für Menschen mit Diabetes oder anderen Stoffwechselproblemen als nützlich erweisen könnte. Der Hippocampus liegt tief im Gehirn, aber seine Aktivität kann durch magnetische oder elektrische Stöße auf leichter zu erreichende Hirnareale verändert werden. Dennoch ist es eine weit entfernte Idee, die Wellen aus metabolischen Gründen zu ändern, warnt Buzsáki.