Normalerweise fällt es uns leicht, uns in bekannte Umgebungen zurechtzufinden: Wir wissen, wie wir zum nächsten Supermarkt kommen und finden den täglichen Weg zu Arbeit quasi im Schlaf. Möglich wird dies, weil unser Gehirn eine mentale Karte unserer Umgebung und bekannter Orte anlegt, die uns die Orientierung ermöglicht. Dieses hirninterne Navigationssystem besteht aus zwei in verschiedenen Hirnarealen lokalisierten Komponenten. Die erste bilden die Gitterzellen im entorhinalen Cortex, einem Bereich im Schläfenlappen nahe des Hippocampus. Sie sind als „GPS“ unseres Gehirns für die sogenannte Pfadintegration zuständig und speichern unsere Position und die der möglichen Ziele in einer Art hirneigenen Koordinatensystem. Die zweite Komponente sind Ortszellen im Nucleus caudatus des Hippocampus, die sich vor allem Landmarken merken. Dank ihnen erinnern wir uns beispielsweise, dass der Bäcker in Richtung des Kirchturms liegt.
Stresshormon stört Gitterzellen
Doch wie beeinflusst Stress diese Navigationssysteme unseres Gehirns? Beobachtungen haben bereits gezeigt, dass eine erhöhte Stressbelastung unsere Orientierung beeinträchtigen kann, wir verlaufen uns leichter. Was dabei auf neuronaler Ebene passiert, war jedoch noch ungeklärt. Ein Team um Osman Akan von der Ruhr-Universität Bochum hat dies nun in einem Experiment genauer untersucht. Dafür verabreichten die Forschenden 39 Probanden entweder 20 Milligramm des Stresshormons Cortisol oder ein Placebo. Anschließend absolvierten diese eine virtuelle Navigationsaufgabe, während ihre Hirnaktivität mithilfe der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) aufgezeichnet wurde. Die Aufgabe bestand darin, bestimmte, nur manchmal sichtbare Bäume in einer weiten, flachen Landschaft anzusteuern, Äpfel einzusammeln und wieder zum Ausgangspunkt zurückzufinden. In einigen Durchgängen gab es permanente Orientierungshilfen, in der anderen diente ein Leuchtturm als Landmarke. Nach einer Woche wurden die Gruppen getauscht und die Tests wiederholt.
Die Auswertung ergab: Unter dem Einfluss des Stresshormons Cortisol schnitten die Probanden im Navigationstest signifikant schlechter ab – vor allem dann, wenn Landmarken fehlten. Dies spiegelte sich auch in der Hirnaktivität der Testpersonen wider. Unter Cortisoleinfluss feuerten die Gitterzellen im entorhinalen Cortex nicht mehr im geordneten Gittermuster wie sonst typisch. Stattdessen verschwand diese Ordnung: „Wir haben die gitterähnlichen Repräsentationen unter Placebo gefunden, nicht aber unter Cortisol“, berichten Akan und seine Kollegen. Die mit Cortisol-Rezeptoren bestückten Gitterzellen verlieren durch das Stresshormon demnach ihre Fähigkeit, die mentale Karte zu erzeugen. „Unter Stress verliert das Gehirn die Fähigkeit, seine internen Navigationskarten effektiv zu nutzen“, erklärt Akan.
Landmarken-Orientierung kann nur teilweise kompensieren
Dieser Ausfall des internen „GPS-Systems“ beeinflusst auch die zweite Komponente unseres internen Navigationssystems, wie die fMRT-Aufnahmen zeigten. Hatten die Probanden Cortisol erhalten, verstärkte sich während der Orientierungsaufgabe die Aktivität im Nucleus caudatus, dem für die Landmarken-Wiedererkennung zuständigen Hirnareal. Dieser wurde unter Cortisol vor allem beim Navigieren mit der Leuchtturm-Landmarke signifikant aktiver als unter Placebo. „Das deutet darauf hin, dass das Gehirn versucht, den Ausfall des Haupt-Navigationssystems im entorhinalen Kortex durch alternative Strategien zu kompensieren“, erklärt Akan. Allerdings funktioniert diese Kompensation nur dann, wenn es Landmarken gibt und auch dann nur in Teilen. Weil die Pfadintegration durch den enthorinalen Cortex durch Stress beeinträchtigt wird, haben Menschen unter Stress daher größere Schwierigkeiten, sich zurechtzufinden.
Interessant sind die Ergebnisse aber auch aus einem anderen Grund: Studien zeigen, dass der entorhinale Cortex zu den ersten Hirnarealen gehört, die bei einer Alzheimer-Demenz geschädigt werden. Deshalb gehören Defizite bei der räumlichen Orientierung und das Sich-Verirren zu den ersten Symptomen der Demenz. Die Wirkung des Stresshormons Cortisol auf dieses Areal könnte möglicherweise erklären, warum dies so ist. „Da chronischer Stress als Risikofaktor für Demenz gilt, liefert unsere Studie einen entscheidenden Mechanismus, wie Stresshormone diese empfindliche Region destabilisieren“, sagt Akan. An diesem Punkt könnten weitere Studien nun ansetzen.
Quelle: Osman Akan (Ruhr-Universität Bochum) et al., PLOS Biology, doi: 10.1371/journal.pbio.3003661
