Wissenschaftler lösten den Fluss von Rückenmarksflüssigkeit im wachen Gehirn aus

Wellen der Zerebrospinalflüssigkeit, die normalerweise im Schlaf über das Gehirn spülen, können im Gehirn von Menschen, die hellwach sind, zum Pulsieren gebracht werden, findet eine neue Studie.

Die klare Flüssigkeit kann schädliche Abfallstoffe ausspülen, wie z. B. die klebrigen Proteine, die sich bei der Alzheimer-Krankheit ansammeln (SN: 15.07.18). In der Lage zu sein, den Fluss der Flüssigkeit im Gehirn zu kontrollieren, könnte eines Tages möglicherweise Auswirkungen auf die Behandlung bestimmter Gehirnerkrankungen haben.

“Ich denke das [finding] wird bei vielen neurologischen Erkrankungen helfen“, sagt Jonathan Kipnis, Neurowissenschaftler an der Washington University in St. Louis, der nicht an der Studie beteiligt war. „Denken Sie an die Formel 1. Man kann das beste Auto und den besten Fahrer haben, aber ohne eine großartige Wartungsmannschaft wird dieser Fahrer das Rennen nicht gewinnen.“ Der Fluss der Rückenmarksflüssigkeit im Gehirn ist ein wichtiger Teil dieser Wartungsmannschaft, sagt er. Er und andere Forscher, einschließlich der Autoren der Studie, warnen jedoch davor, dass potenzielle therapeutische Anwendungen noch weit entfernt sind.

Im Jahr 2019 berichteten die Neurowissenschaftlerin Laura Lewis von der Boston University und Kollegen, dass starke Wellen von Liquor cerebrospinalis durch unser Gehirn spülen, während wir schlafen, was darauf hindeutet, dass eine unterschätzte Rolle des Schlafes darin bestehen könnte, dem Gehirn eine gründliche Reinigung zu geben (SN: 31.10.19). Und das Team zeigte, dass die langsamen neuronalen Oszillationen, die den tiefen Nicht-REM-Schlaf charakterisieren, im Gleichschritt mit den Wellen der Rückenmarksflüssigkeit durch das Gehirn auftreten.

„Wenn Sie Ihre Kleidung in ein Wasserbad fallen lassen, kommt irgendwann Schmutz heraus. Aber wenn Sie sie hin und her bewegen, bewegen sich die Dinge viel effektiver“, sagt Lewis. „Das ist die Analogie, die mir einfällt.“

Diese Ströme waren viel größer als die kleinen, rhythmischen Einflüsse, die Atmung und Herzschlag auf die Rückenmarksflüssigkeit haben.

Die Forscher glauben, dass die Rückenmarksflüssigkeit hinter dem Blut einströmt, um einen konstanten Druck im Inneren des Schädels aufrechtzuerhalten, da die Gehirnaktivität während des Schlafs dazu führt, dass Blut durch das Gehirn fließt – und Sauerstoff zu den leistungshungrigen Zellen bringt.

In der neuen Studie „ist die erste Frage, die wir beantworten wollten, die Frage, ob man manipulieren kann [blood flow] genug, um auch zu fahren [fluid] fließt, wenn jemand wach ist?“ sagt Stephanie Williams, Neurowissenschaftlerin ebenfalls an der Boston University.

Um den Blutfluss im Gehirn anzuregen, zeigten Williams, Lewis und ihre Kollegen sechs gesunden Erwachsenen ein flackerndes Schachbrettmuster. Eine Mischung aus Abhörtechniken, einschließlich fMRT und Elektroden, bestätigte, dass diese intensive visuelle Stimulation die Durchblutung des Gehirns beeinflusste und es dem Team ermöglichte, die Reihenfolge der Ereignisse zu sehen.

Die neuronale Aktivität nahm zu, wenn das Blinkmuster eingeschaltet wurde, gefolgt von einem erhöhten Blutfluss. Der Liquorfluss wurde unterdrückt, während der Blutfluss zunahm, und stieg dann in das Gehirn, als der Blutfluss nachließ, als die Stimulation aufhörte, berichtet das Team am 30. März PLOS-Biologie. Eine längere Stimulation erzeugte größere Spinalflüssigkeitsflüsse, was darauf hindeutet, dass es möglich war, die Reaktion zu maximieren.

Die Wirkung der Gehirnaktivität auf den Fluss der Rückenmarksflüssigkeit ist getrennt von den Einflüssen des Herzschlags und der Atmung, fanden die Forscher heraus. „Dabei ergibt sich eine wirklich interessante biologische Erkenntnis“, sagt Lewis, „nämlich, dass das Gehirn eine Möglichkeit hat, seinen eigenen Flüssigkeitsfluss zu kontrollieren.“

Ob irgendein Abfall aus dem wachen Gehirn entfernt wurde, wurde nicht gemessen. Frühere Studien an Mäusen haben gezeigt, dass bestimmte audiovisuelle Reize die Konzentrationen der toxischen Proteine ​​reduzieren, die mit Alzheimer und Parkinson in Verbindung stehen. Klinische Studien testen, ob die Technik beim Menschen funktioniert.

„Es ist eine schöne Studie, aber ich würde daraus keine therapeutischen Schlussfolgerungen ziehen“, sagt Steven Goldman, ein Neurologe am University of Rochester Medical Center in New York, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Das Flüssigkeitssystem des Gehirns sei optimal auf die Reinigung im Schlaf eingestellt. „Es wäre effektiver, einfach für einen guten Schlaf zu sorgen“, sagt er. „Alle darüber hinausgehenden Manipulationen sollten am besten im Schlaf durchgeführt werden.“

Die Forscher erkennen an, dass die von ihnen induzierten Rückenmarksflüssigkeitsströme nicht so groß waren wie die im Schlaf beobachteten. „Wir haben es nicht geschafft, den Schlaf selbst neu zu erschaffen, aber es war wirklich eine ziemlich wesentliche Veränderung des Flusses“, sagt Lewis.

Das Team plant, die Zusammenhänge zwischen dem Fluss der Rückenmarksflüssigkeit im Gehirn und Krankheiten wie Alzheimer zu untersuchen, sagt sie. „Bei Störungen, bei denen Flüssigkeitsfluss impliziert ist, wie es bei Alzheimer der Fall zu sein scheint, ist dies der Fall [technique] würde uns hoffentlich helfen zu verstehen, woher das kommt, was ist der Prozess, der gestört ist?“