Kommunikation im Gehirn Wie ein Glückshormon das Selbstgespräch im Kopf regelt

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Das Gehirn ist die Rechenzentrale des Körpers. Von außen prasselt ein überwältigender Strom an Sinneseindrücken ein, und gleichzeitig verarbeitetet das Gehirn innere Gedanken und Gefühle. Dass in diesem Durcheinander von Reizen auch das Glückshormon Serotonin für Ordnung sorgt, haben nun Forscher der Ruhr-Universität Bochum gezeigt.

Bochum – Unser Gehirn befindet sich im ständigen Selbstgespräch. Diese interne Kommunikation wird fortwährend durch äußere Reize beeinflusst. Dabei müssen aktuelle Sinneswahrnehmungen und laufende Hirnaktivität aufeinander abstimmt werden. Ein Forscherteam der Neurowissenschaft an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat nun herausgefunden, wie der Botenstoff Serotonin diese Prozesse im Gehirn reguliert. Die Erkenntnis, dass bestimmte Serotonin-Rezeptoren die Balance zwischen den verschiedenen Informationsströmen im Gehirn beeinflussen, lässt sich möglicherweise für die zielgerichtete Entwicklung von Medikamenten nutzen.

Ein Glückshormon als Lautstärkeregler im Gehirn

„Man kann sich das Problem des Gehirns, interne und externe Information aufeinander abzustimmen, folgendermaßen vorstellen“, schildert Privatdozent Dr. Dirk Jancke, Leiter der Arbeitsgruppe Optical Imaging am Institut für Neuroinformatik: „Sie sitzen mit Ihrer Familie am Tisch und diskutieren hitzig und lautstark interne Angelegenheiten. Plötzlich klingelt das Telefon. Sie heben ab. Damit gleichzeitig sowohl die Familiendiskussion im Hintergrund ungestört weitergehen kann, als auch Ihr Gespräch mit dem externen Anrufer, müssen die jeweiligen Lautstärken angepasst werden. Bei vergleichbaren Prozessen im Gehirn hilft Serotonin.“

Serotonin ist ein Botenstoff des zentralen Nervensystems und wird im Volksmund auch als Glückshormon bezeichnet, weil es Aktivitätszustände des Gehirns verändert und sich damit unter anderem auch auf die Gemütslage auswirkt. Die RUB-Forscher haben nun gezeigt, dass Serotonin darüber hinaus direkt in sensorische Informationsprozesse eingreift.

Die zugrunde liegenden Mechanismen entdeckten die Forscher in Experimenten zur Verarbeitung von visueller Information. Für ihre Untersuchung verwendeten sie genmodifizierte Mäuse, in denen die Ausschüttung von Serotonin durch Licht gesteuert werden kann.

Getrennte Regelung innerer und äußerer Signale

In Kombination mit bildgebenden Verfahren wies das RUB-Team so die zusätzlichen Funktionen des Glückshormons als Kommunikationsregler im Gehirn nach: Ein Anstieg des Serotoninlevels im visuellen Cortex, welcher Seheindrücke verarbeitet, bewirkt eine Abschwächung von Aktivitäten aufgrund visueller Reize sowie eine Abschwächung von Signalen interner Kommunikation.

Dafür sind vornehmlich zwei verschiedene Rezeptortypen verantwortlich. „Das war für uns unerwartet, weil beide Rezeptoren sowohl gemeinsam in bestimmten Nervenzellen auftreten als auch auf unterschiedlichen Zelltypen verteilt sind“, sagt Zohre Azimi, Erstautorin der Studie. Durch die getrennte Regelung interner und externer Signalstärken können verschiedene Informationen im Gehirn aufeinander abgestimmt werden. Ein niedriger Serotoninspiegel, wie er während der nächtlichen Schlafphase auftritt, begünstigt gehirninterne Kommunikation und somit möglicherweise die wichtige Funktion des Träumens.

Ungleichgewicht zwischen Innen- und Außenwelt verhindern

„Fehlfunktionen beim Zusammenspiel dieser Rezeptoren bergen allerdings die Gefahr, dass verschiedene Informationskanäle aus dem Gleichgewicht geraten“, sagt Jancke. Beispielsweise könnten genetisch bedingte Fehlverteilungen von Serotoninrezeptoren dauerhaft ein Ungleichgewicht zwischen Außenwelt und Innenwelt erzeugen, ähnlich wie man es bei Krankheitsbildern wie Depression oder Autismus beobachten kann.

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Die Forschungsgruppe hofft, dass ihre Ergebnisse dazu beitragen, die Wirkweise von Serotonin im Gehirn besser zu verstehen. Das könnte die Forschung an Medikamenten voranbringen, die durch spezifische Rezeptorwirkung Patienten mit serotoninbedingten psychischen Erkrankungen helfen.

Originalpublikation: Zohre Azimi, Ruxandra Barzan, Katharina Spoida, Tatjana Surdin, Patric Wollenweber, Melanie D. Mark, Stefan Herlitze, Dirk Jancke: Separable gain control of ongoing and evoked activity in the visual cortex by serotonergic input, E-Life, 2020, DOI: 10.7554/eLife.53552

* J. Merkelt-Jedamzik, hsg Bochum · Hochschule für Gesundheit, 44801 Bochum

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