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Wie Nervenzellen die Nahrungsaufnahme regulieren
Die alltägliche Nahrungsaufnahme stellt für den Körper einen wichtigen Energiebildungsprozess dar. Eine zentrale Rolle spielt dabei das Gehirn, insbesondere die Struktur des Hypothalamus. Dieser bündelt Informationen aus der Umgebung sowie dem Körper und leitet daraufhin den Essvorgang ein.
Zur Erinnerung: Was ist der Hypothalamus?
Der Hypothalamus ist ein Teil des Zwischenhirns und die zentrale Regulationsstelle zwischen dem endokrinen System und dem Nervensystem. Er ist verantwortlich für den Ablauf vegetativer Funktionen des Organismus und steuert beispielsweise Kreislauf, Körpertemperatur, Flüssigkeits- und Nahrungsaufnahme sowie Schlaf und Sexualverhalten. /vs
Essvorgang: Auf Appetit folgt Konsumphase
Die Nahrungsaufnahme besteht im Allgemeinen aus zwei Phasen: Auf den ersten Appetit bzw. Heißhunger folgt die Konsumphase, die nicht zu lang oder zu kurz sein darf, damit ausreichend Nahrung zur Energiebildung aufgenommen wird. Wie genau das Gehirn diesen Prozess steuert, ist noch nicht vollumfänglich bekannt, wurde aber zuletzt in einer Studie untersucht.
Studie: Zusammenspiel von Neuronen bei der Nahrungsaufnahme
Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und der Universitätsklinik Köln haben sich die Frage gestellt, wie es das menschliche Gehirn schafft, dass man nicht direkt aufhört zu essen, sobald der Magen eine bestimmte Dehnung erreicht hat. Die Forschenden beobachteten deshalb die Aktivität des Hypothalamus von Mäusen – der ähnlich wie der des Menschen aufgebaut ist – während der Nahrungsaufnahme. Die Analyse wurde mithilfe eines KI-Verfahrens unterstützt.
Dabei wurde untersucht, welche Nervenzellen zu welcher Zeit elektrische Impulse erzeugen und welche nicht. Es ist bereits bekannt, dass die Neuronen innerhalb einer Gruppe mithilfe eines Erregungs-Musters kommunizieren, und zwar immer dann, wenn sie im gleichen Rhythmus schwingen. Dabei ist zu beachten, dass die Erregungsbereitschaft mehrfach innerhalb einer Sekunde schwankt.
Die Studienergebnisse wurden im Oktober 2024 im Journal of NeuroscienceJournal of Neuroscience: "Sequential Activation of Lateral Hypothalamic Neuronal Populations during Feeding and Their Assembly by Gamma Oscillations", Stand: 10/2024 veröffentlicht.
Zusammenspiel von vier speziellen Neuronen-Teams entdeckt
Ziel des Gehirns ist es, die Energieversorgung des Körpers zu sichern. Bis zum Ende der Nahrungsaufnahme übertragen die Neuronen immer wieder Signale untereinander, indem sie stetig zahlreiche Umgebungsreize analysieren und bewerten. Mit diesem komplexen Prozess stellt das Gehirn sicher, dass man nicht zu viel und nicht zu wenig Nahrung aufnimmt. Störungen in diesem Ablauf können beispielsweise Essstörungen, wie Magersucht oder Binge-Eating, hervorrufen.
Die Forschenden konnten vier verschiedene Teams von Neuronen identifizieren, die während der Nahrungsaufnahme nacheinander aktiv sind. Sie vermuten, dass alle Gruppen Sättigungsreize aus dem Körper aufnehmen, diese aber unterschiedlich stark gewichten. Da die Aktivität unter den Nervenzellen immer wieder hin und her springt, gehen die Forschenden davon aus, dass aufgrund der unterschiedlichen Einschätzung der Reize die Menge der aufgenommenen Nahrung reguliert wird.
Außerdem wurde deutlich, dass die für die Regulation der Nahrungsaufnahme verantwortlichen Neuronen alle auf der gleichen Frequenz schwingen. Dieser identische Aktivitäts-Rhythmus ermöglicht überhaupt erst die Kommunikation untereinander. Da andere Nervenzellen auf abweichenden Frequenzen kommunizieren, kann der Prozess der Nahrungsaufnahme recht ungestört ablaufen.
Therapeutisches Potenzial der Neuronen-Kommunikation nutzen
Bereits heute lassen sich Nervenzellen von außen beeinflussen, beispielsweise durch schwingende Magnetfelder. Darin sehen die Wissenschaftler auch das Potenzial für die Medizin: Eine Optimierung der Kommunikation innerhalb der „Ernährungs-Neuronen-Teams“ könnte sich positiv auf das Verhalten von Personen mit einer Essstörung auswirken.
Dieses therapeutische Potenzial stellt derzeit zwar nur einen möglichen Ausblick dar, gibt aber Anlass für zukünftige Forschungsprojekte in diesem Bereich. Quellen:
- https://www.fau.de/2024/09/news/gehirn-zerlegt-essvorgang-in-verschiedene-phasen/
- https://www.jneurosci.org/content/44/43/e0518242024