Synchronisierte Vasomotion verbessert die Gehirnfunktion bei Mäusen

Im Vergleich zu Computern kann das Gehirn Berechnungen mit einer sehr geringen Nettoenergieversorgung durchführen. Dennoch ist unser Verständnis darüber, wie das biologische Gehirn mit Energie umgeht, noch unvollständig. Bekannt ist jedoch, dass die Erweiterungs- und Verengungszyklen der Blutgefäße, auch Vasomotion genannt, spontan im Gehirn ablaufen, ein Prozess, der wahrscheinlich dazu beiträgt, die Zirkulation energiereicher Nährstoffe zu verbessern und Abfallstoffe auszuscheiden.
Jetzt haben Forscher der Tohoku-Universität eine Methode entwickelt, mit der sich die Blutgefäßdynamik im Gehirn von Mäusen leicht beobachten und überwachen lässt. Dies kann entweder durch den intakten Schädel einer Maus oder mithilfe einer implantierten optischen Faser tief ins Gehirn erfolgen.
Die Ergebnisse wurden am 17. April 2024 in der Fachzeitschrift eLife detailliert beschrieben.
Da berichtet wurde, dass sensorische Reize eine Erweiterung der Blutgefäße oder Hyperämie verursachen können, versuchten die Forscher, Vasomotion zu induzieren, indem sie Mäusen visuelle Reize präsentierten. Was sie herausfanden: Als einer Maus ein sich horizontal bewegendes Streifenmuster gezeigt wurde, das alle 2 bis 3 Sekunden die Richtung änderte, löste dies eine Reaktion in den Blutgefäßen der Maus aus, die der Geschwindigkeit des Musters entsprach.
Den Mäusen wurden viermal täglich 15-minütige Sehtrainingssitzungen mit dazwischen liegenden einstündigen Ruhephasen präsentiert. Bei einem derart verteilten Training nahm die Amplitude der synchronisierten Vasomotion allmählich zu. Interessanterweise war die visuell induzierte Vasomotion nicht auf den Bereich der Großhirnrinde beschränkt, der für die visuelle Informationsverarbeitung verantwortlich ist. Mit anderen Worten: Die synchronisierte Vasomotion breitet sich im gesamten Gehirn aus.
„Synchronisierte Gefäßbewegungen können mit langsam oszillierenden visuellen Reizen in Gang gesetzt werden“, sagt Professor Ko Matsui vom Super-Network Brain Physiology Lab an der Tohoku-Universität, der die Forschung leitete. „Eine solche Verbesserung der Durchblutungsmechanismen könnte die Informationsverarbeitungskapazität des Gehirns verbessern.“
Während seit langem bekannt ist, dass Veränderungen in den Neuronenverbindungen das Lernen und das Gedächtnis unterstützen, wurde die Plastizität der Vasomotion bisher noch nicht beschrieben. Matsui und seine Kollegen fanden heraus, dass ein bestimmtes visuelles Muster dazu führt, dass sich die Augen stärker bewegen, und dass diese Verbesserung der Augenbewegung von Veränderungen im Kleinhirn des Gehirns abhängt. Die Forscher beobachteten auch, dass die Blutgefäßaktivität im Kleinhirn mit diesem optokinetischen motorischen Lernen synchronisiert war.
Der leitende Studienforscher Daichi Sasaki glaubt, dass eine synchronisierte Vasomotion, die effizient Sauerstoff und Glukose liefert, die Lernfähigkeit verbessern könnte.
Unser nächster Schritt besteht darin, die Vorteile der Vasomotionssynchronisation zu erkunden. Es könnte dabei helfen, Abfallstoffe wie Amyloid-Beta zu beseitigen und so Demenz möglicherweise zu verzögern oder zu verhindern. Auch die Genesung nach einem Schlaganfall könnte von einer besseren Energieversorgung und Abfallbeseitigung profitieren. Darüber hinaus könnte die synchronisierte Vasomotion sogar die Intelligenz steigern, die über unsere natürlichen Fähigkeiten hinausgeht.“
Daichi Sasaki, leitender Studienforscher
Quellen:
Sasaki, D., et al. (2024). Plastic vasomotion entrainment. eLife. doi.org/10.7554/elife.93721.3.