BrainHealth Index: Kognitives Training verändert die Faltung der Grosshirnrinde, nicht die graue Substanz

Viele Erwachsene lösen Kreuzworträtsel, gehen häufiger zu Fuss und versuchen besser zu schlafen – in der Hoffnung, geistig fit zu bleiben. Bei Menschen, deren Denken, Stimmung und soziale Einbindung durch eine Form von kognitivem Training innerhalb von ungefähr einem Jahr besser wurden, zeigten sich in zwei Bereichen der Hirnoberfläche engere Faltungen.

An der Menge der grauen Substanz änderte sich dagegen überhaupt nichts.

Robyn Honea untersucht seit Jahren Gehirne von Menschen mit Alzheimer. Dabei werden die Furchen breiter und flacher.

Sie arbeitet am University of Kansas Alzheimer’s Disease Research Center – und diesmal stellte ihr Team die Gegenfrage.

„Was es nahelegt, ist, dass die Gehirngesundheit über das Erwachsenenalter hinweg dynamisch bleibt: Verbesserungen in Kognition, emotionalem Wohlbefinden und sozialer Verbundenheit können zusammen mit messbaren Veränderungen der Gehirnstruktur auftreten“, sagte Honea gegenüber Earth.com.

Ein einziger Wert für Gedächtnis, Stimmung und Freunde

Die 190 Studienteilnehmenden sind Teil eines deutlich grösseren Vorhabens. Das Center for BrainHealth in Dallas will im Rahmen von The BrainHealth Project bis zu 100.000 Erwachsene aufnehmen und sie mindestens zehn Jahre lang online begleiten. Eine kleinere Gruppe aus dem Raum Dallas erhält zusätzlich MRT-Untersuchungen.

Alle absolvieren den BrainHealth Index am Smartphone oder Laptop; aus den Antworten wird eine einzige Kennzahl berechnet. In diesen Wert fliessen drei Bereiche ein: wie klar jemand denkt, wie stabil die Stimmung ist und wie stark man sich mit anderen Menschen sowie mit als sinnvoll empfundener Arbeit verbunden fühlt.

Es handelte sich um gesunde Erwachsene im Alter von 20 bis 70 Jahren, darunter 94 Frauen und 96 Männer. Pro Person lagen bis zu fünf Scans vor, verteilt über maximal vier Jahre. Verglichen wurden der erste und der letzte Scan – im Mittel lagen 14 Monate dazwischen.

Der durchschnittliche Indexwert betrug zu Beginn 697 und lag am Ende um 33 Punkte höher.

Das Zentrum besitzt den Index und hat dafür ein Patent angemeldet. Drei der sieben Autorinnen und Autoren der Studie arbeiten dort.

Graue Substanz blieb unverändert

Die äussere, stark gefaltete Schicht des Gehirns – der Kortex – ist im Grunde eine einzige, zusammenhängende „Schicht“, die vielfach gelegt ist. Honeas Team erfasste sowohl die Geometrie der Faltungen als auch Ausdehnung und Dicke dieser Schicht.

Einige Furchen reichen weiter unter die äussere Oberfläche als andere; dieser Abstand wird als Sulcustiefe bezeichnet.

Weil die gefaltete Kortexfläche deutlich länger ist als die glatte Aussenkontur des Gehirns, nutzen Forschende einen weiteren Kennwert: Beim Gyrifizierungsindex erreicht ein Gehirn höhere Werte, wenn innerhalb derselben Aussenkontur mehr Kortex „untergebracht“ ist.

Weder das Volumen der grauen Substanz noch die Kortexdicke veränderten sich in Abhängigkeit von den Indexwerten – nicht in der Gesamtgruppe, nicht bei den Frauen und nicht bei den Männern.

„Am meisten überrascht hat mich, dass klassische Masse wie das Gesamtvolumen der grauen Substanz und die Kortexdicke die Verbesserungen im BrainHealth Index nicht widerspiegelten“, sagte Honea zu Earth.com. „Stattdessen zeigten sich Zusammenhänge in subtileren Kennzahlen der Kortexfaltung und -komplexität.“

Ein ähnliches Muster berichteten Forschende bereits 2022 in einem sechsmonatigen Lebensstilprogramm namens SUPERBRAIN: Die Teilnehmenden gewannen an Dicke in der Insula, einem Kortexbereich, der tief in der seitlichen Gehirnregion gefaltet liegt. Über das gesamte Gehirn hinweg blieb die graue Substanz jedoch unverändert.

Tiefere Furchen bei Frauen, mehr Faltungen bei Männern

Über alle Teilnehmenden betrachtet waren am letzten Scan zwei Bereiche stärker gefaltet als zuvor: erneut die Insula sowie der posterior cingulate, weiter hinten und näher zur Mittellinie gelegen.

Zwischen Frauen und Männern zeigte sich jedoch kein identisches Strukturmuster. Bei den Frauen, die die grössten Indexzuwächse erzielten, waren tiefere Furchen im linken Precuneus, im linken mittleren Temporalgyrus und im rechten Cingulum zu sehen. Bei den Männern nahm hingegen die Faltung in der Insula und im angrenzenden Temporalkortex zu.

„Es ist wichtig klarzustellen, dass Frauen nicht unbedingt stärker zulegten als Männer. Vielmehr unterschieden sich die strukturellen Muster, die mit einer Verbesserung einhergingen, zwischen Frauen und Männern.

Diese geschlechtsspezifischen Befunde sind faszinierend, müssen aber repliziert werden, bevor wir belastbare Schlussfolgerungen über die zugrunde liegenden Mechanismen ziehen können“, sagte Honea.

Sowohl die Insula als auch der posterior cingulate sind breit mit anderen Hirnarealen vernetzt. Nach Honeas Einschätzung unterstützen diese Regionen das Zusammenspiel von Aufmerksamkeit, Denken, Emotionen sowie innerer, auf sich selbst gerichteter Gedankentätigkeit.

Niemand bekam eine Gewohnheit zugewiesen

Die Teilnehmenden konnten täglich ein zwei- bis siebenminütiges Video ansehen und in einer App selbst ausgewählte Gewohnheiten dokumentieren. Zusätzlich konnten sie alle drei Monate ein 20-minütiges Coaching-Gespräch buchen sowie einmal im Monat eine 45-minütige Gruppensitzung per Zoom. Sämtliche Angebote waren freiwillig.

Damit lässt sich nicht sagen, welche dieser Optionen – falls überhaupt – mit den beobachteten Faltungsänderungen zusammenhing. Ebenso wenig kann das Team die Effekte des Programms von anderen Ereignissen und Einflüssen im jeweiligen Jahr der Teilnehmenden trennen.

Auf die Frage von Earth.com, was Leserinnen und Leser für ein gesünderes Gehirn daraus ableiten sollten, wollte Honea keine einfache Rezeptur liefern.

„In der Gesamtschau mit der breiteren Literatur“, sagte sie, „lautet die praktische Botschaft, konsequent in körperliche Aktivität, erholsamen Schlaf, kognitive Herausforderungen, Stressmanagement und bedeutsame soziale Verbundenheit zu investieren – statt nach einer einzigen schnellen Lösung zu suchen.“

4.000 Erwachsene, drei Jahre Zugewinne

In Scientific Reports berichteten Lori Cook und neun Kolleginnen und Kollegen in diesem Jahr über knapp 4.000 Erwachsene im Alter von 19 bis 94 Jahren, die denselben Test absolvierten.

Über drei Jahre hinweg stiegen die Werte weiter an; die deutlichsten Verbesserungen zeigten diejenigen, die Training und Coaching am intensivsten nutzten.

„Dieses breitere Ergebnis ist ermutigend, auch wenn es weiterhin nicht belegt, dass ein einzelner Bestandteil die in unserer Stichprobe beobachteten MRT-Veränderungen verursacht hat“, ergänzte Honea.

Bislang hat niemand eine einzelne vertiefte Furche eindeutig auf zelluläre Ursachen zurückgeführt. Honeas Team betonte, dass bislang weder bestimmte Neuronen noch die sie unterstützenden Gliazellen oder die dazwischenliegenden Axone als Quelle dieser Veränderungen festgemacht wurden. Zwar könnten Faltungsmasse eines Tages zur Verlaufskontrolle der Gehirngesundheit dienen, derzeit kann sie jedoch keine Ärztin und kein Arzt routinemässig anfordern.

Für die nächste Studienrunde wünscht sie sich, dass Teilnehmende gezielt bestimmten Gewohnheiten zugeteilt werden – damit sich endlich prüfen lässt, ob eine konkrete Verhaltensänderung tatsächlich das Gehirn beeinflusst.

„Idealerweise würden wir diese Masse auch in randomisierten Interventionen untersuchen, damit wir besser bestimmen können, welche Erfahrungen oder Verhaltensweisen die Veränderungen antreiben“, sagte Honea in einem Interview mit Earth.com.

Die vollständige Studie erschien in der Fachzeitschrift Brain Imaging and Behavior.