Gehirn im Geschlechtercheck: Wie forscht man in der Neuroanatomie?
Forschung in der Neuroanatomie klingt für viele erstmal unsexy – zu Unrecht?
Ein Gespräch über die Höhen und Tiefen der Wissenschaft, Tierethik in der Forschung und den geschlechtsabhängigen Unterschied im Gehirn.
Janina Brökling ist Ärztin in Hamburg und hat neben ihrem Medizinstudium in der Neuroanatomie am Uniklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) geforscht.
Liebe Janina – Anatomie gilt häufig als das Schreckensfach aller Medizinstudierenden. Also wie um alles in der Welt landet man in der Neuroanatomie?
Ich habe im Studium das Wahlpflichtfach zu Neurologie belegt. Die Neuroanatomie hat dann dort im Unterricht geworben, dass Doktorarbeiten vergeben werden. Ich fand Neurologie als Fach schon immer super spannend und hatte außerdem Lust auf eine experimentelle Doktorarbeit. Also hab ich mich einfach mal beworben und bin dabei geblieben.
Du sagst, du fandest Neurologie schon immer spannend. Warum ausgerechnet dieses Fach?
Vermutlich behauptet das jedes medizinische Fach von sich – aber das Gehirn ist einfach das wichtigste Organ! 😉
Es umfasst ja sowohl die funktionellen Aspekte als auch die Psyche – und damit das, was uns als Menschen ausmacht. Als Krankenpflegerin auf einer psychiatrischen Station konnte ich beobachten, wie kleinste Fehlfunktionen des Gehirns zu massiven Verhaltensänderungen geführt haben. Teilweise konnten diese Änderungen allein durch Gabe eines Medikamentes wieder behoben werden.
Hinzu kommt: Das Gehirn ist bislang noch immer so wenig verstanden. Auch das macht die Arbeit daran für mich so spannend.
Du hast im Rahmen deiner Doktorarbeit ein Paper, also einen wissenschaftlichen Artikel, in einer Fachzeitschrift (Journal) veröffentlicht. Wie war der Weg dahin?
Für mich stand von Anfang an fest, dass ich meine Doktorarbeit gerne veröffentlichen möchte. Man steckt so viel Zeit und Energie in diese Forschung, da wäre es einfach zu schade, wenn die Arbeit am Ende niemand liest. Wenn man dann erstmal anfängt, kann man immer weiter und weiter forschen; immer mit dem Hintergedanken, noch mehr und noch bessere Ergebnisse zu bekommen. Doch irgendwann stand das Paper und wir haben es bei einem Journal eingereicht. Dann kamen die Rückmeldungen der Reviewer und ich war zunächst am Boden zerstört – es wurde so viel kritisiert! Als meine Doktormutter die Kritiken gelesen hat, meinte sie aber “na das ist doch gar nichts, das ist eine super Rückmeldung!”
Der Doktortitel in der Medizin sorgt häufig für Verwirrung bei Patient:innen. Deshalb hier einmal kurz erklärt:
In Deutschland erhält man den Dr. med. nicht automatisch als Arzt/Ärztin, sondern nur wenn man eine Doktorarbeit verfasst.
Dafür betreibt man eine wissenschaftliche Forschung zu einem Thema. Das ist keine Pflicht, sondern freiwillig. Man kann also auch ohne Doktortitel Arzt/Ärztin sein (und ist deswegen in der Patientenversorgung auch nicht schlechter, ahnungsloser oder unempathischer 😉 ).
Bei einer Publikation wird die Arbeit in einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift (“Journal”) veröffentlicht. Diese sind häufig “peer-reviewed”. Das heißt, dass die sogenannten “Reviewer” den Artikel vor Veröffentlichung lesen, auf Mängel überprüfen und Verbesserungsvorschläge geben. So soll die wissenschaftliche Qualität sichergestellt werden.
Womit hast du dich in deiner Arbeit beschäftigt?
Ich habe mich viel mit einem Eiweiß namens Arc/Arg3.1 beschäftigt (ausgeschrieben steht das für: activity-regulated cytoskeleton protein Arc/Arg3.1). Arc/Arg3.1 ist ein Marker für Gedächtnisbildung und synaptische Plastizität – also die Eigenschaft von Synapsen, sich zu verändern. Diese Eigenschaft bildet die Grundlage für Lernen und Gedächtnis. Wenn Arc/Arg3.1 in Versuchen ausgeschaltet wird, ist das Langzeitgedächtnis beeinträchtigt, während das Kurzzeitgedächtnis weiterhin funktioniert.
Man weiß, dass ein erhöhtes Arc/Arg3.1 mit einem erhöhten synaptischen Umbau einhergeht. Wobei Umbau sowohl Auf- als auch Abbau umfasst. Auch bei Lernprozessen ist Arc/Arg3.1 sehr aktiv. Wir haben für die Arbeit geschaut, wie Arc/Arg3.1 auf die Gabe der Geschlechtshormone Östradiol und Dihydrotestosteron reagiert – und zwar im Vergleich bei Nervenzellen aus männlichen und weiblichen Ratten.
Wie darf man sich die wissenschaftliche Arbeit in der Neuroanatomie ganz praktisch vorstellen?
Es klingt leider sehr hart, aber man reseziert aus Ratten-Embryonen die Gehirne heraus. Aus den Gehirnen kann man unter dem Mikroskop wiederum den Hippocampus herauspräparieren. Den Hippocampus erkennt man daran, dass er wie ein kleines “Hörnchen” aussieht. Danach kann man die einzelnen Nervenzellen aus dem Gewebe herauslösen und bei „menschlichen“ Bedingungen, also bei Körpertemperatur und in einer Nährlösung, für mehrere Wochen bebrüten.
Warum hast du die Zellen speziell aus dem Hippocampus genommen?
Der Hippocampus ist neben dem Riechkolben (Bulbus olfactorius) eine Hirnregion, in der auch beim Menschen bis ins hohe Alter noch synaptische Plastizität und Neubildung von Nervenzellen (Neurogenese) stattfindet. Deswegen ist er für die Forschung so spannend.
Quelle: Professor Laszlo Seress, CC BY-SA 1.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0, via Wikimedia Commons
Und wie ging es dann mit den Zellen weiter?
Ich habe sie mit Hormonen stimuliert und für zusätzliche Analysen Stoffe hinzugegeben, die die Hormonproduktion im Hippocampus selbst hemmen. So kann man wirklich nur den Effekt des extern zugeführten Hormons bestimmen. Anschließend habe ich per PCR die Level an Arc/Arg3.1-mRNA bestimmt, Anfärbungen hergestellt und noch andere Methoden zum Nachweis von Eiweißen genutzt.
Und was ist dabei herausgekommen?
Dass Arc/Arg3.1 tatsächlich abhängig vom jeweiligen Geschlecht unterschiedlich auf Geschlechtshormone reagiert. Arc/Arg3.1 zeigte sich in weiblichen Nervenzellen nach Gabe von Östradiol erhöht, bei männlichen hingegen nicht. Männliche Nervenzellen reagierten stattdessen auf die Gabe von Dihydrotestosteron, weibliche wiederum nicht.
Wie übertragbar ist so eine Forschung jetzt für die Praxis?
Es handelt sich um absolute Grundlagenforschung – an embryonalen Nervenzellen und dann noch an denen einer fremden Spezies. Die Hormondosen, die wir geben, sind außerdem unnatürlich hoch.
Aber grundsätzlich ist Arc/Arg3.1 mega spannend, weil es eben ein Marker für synaptische Plastizität ist. Man weiß, dass diese beim Menschen mit dem Alter abnimmt und auch mit der natürlichen Hormonproduktion zusammenhängt. Man weiß außerdem, dass beim Menschen Krankheiten wie Alzheimer oder das fragile X-Syndrom mit einer veränderten Arc/Arg3.1-Ausprägung verbunden sind. Das heißt: Die Forschung zum Zusammenhang zwischen Arc/Arg3.1 und kognitivem Verfall könnte im besten Fall dazu beitragen, einen therapeutischen Ansatzpunkt für Krankheiten wie Demenz zu finden. Früher wurde außerdem viel Forschung nur an männlichen Ratten gemacht, um Hormonschwankungen auszuschließen, deshalb finde ich gerade diese gendermedizinische Forschung so spannend und wichtig.
Mal was anderes: Du wirst bestimmt auch privat viel mit dem Thema Tierethik konfrontiert oder?
Klar! Und ich habe sehr viel darüber nachgedacht, bin aber für mich nie zu einem endgültigen Schluss gekommen. Auf der einen Seite sehe ich auf jeden Fall den Sinn von Grundlagenforschung. Und es gibt ja auch sehr strenge Auflagen dafür, es darf nicht einfach jeder losforschen.
Auf der anderen Seite ist es mir die Arbeit schon schwergefallen. Es war auch definitiv nicht so, dass man abstumpft und es von Ratte zu Ratte einfacher wurde. Im Gegenteil – es wurde mit jeder Ratte unangenehmer.
Gäbe es denn Alternativen für die Forschung?
Ja, die gibt es, wenn auch in begrenztem Rahmen. Wenn ich in Zukunft nochmal in der Neuroanatomie forsche, würde ich gern auf Modelle setzen, die ohne Tiere auskommen. Man kann zum Beispiel Stammzellen zu Nervenzellen heranreifen. Solche Alternativen haben aber auch ihre Nachteile. Zum Beispiel sind die Zellen viel empfindlicher und die Ausreifung verlangt viel Arbeit und Zeit.
Für viele ist Forschung mit Frustration und Langeweile verbunden. Wie siehst du das?
Ja, frustrierend ist es immer mal wieder. Aber dann sagt man sich: Jetzt hab ich schon zu viel Zeit investiert, um einfach das Handtuch zu werfen – und dann macht man eben weiter. 😉
Gerade während der Corona-Pandemie gab es oftmals Lieferschwierigkeiten. Mal fehlten so simple Dinge wie Pipettenspitzen, mal speziellere Dinge wie Antikörper. Das war schon anstrengend.
Aber es gibt auch so viel Schönes, vor allem die kleinen Erfolgserlebnisse: Wenn dann doch einmal eine Anfärbung gelingt, macht es all den Frust sofort wieder wett! Man bekommt eben sehr direkt zurück, wenn etwas geklappt hat. Als Ärztin in der Klinik arbeitet man oftmals täglich sein Pensum ab, aber man hat kein übergeordnetes Ziel, keinen Output, den man generiert.
In der Forschung hingegen kann man sich sagen: Ich habe vielleicht gerade etwas komplett Neues herausgefunden. Auch wenn es natürlich nur eine Mini-Info im Kosmos ist…zwischendurch fragt man sich dann mal wieder: Was mache ich hier eigentlich? Das ist Grundlagenforschung, bis irgendwer mal in der Praxis davon profitiert, sind es noch so viele Schritte. Aber letztlich sind es all die kleinen Puzzleteile an Forschung, die zusammenkommen müssen.
Janina, ganz lieben Dank für das Gespräch!
Quellen:
Beschriebene Studie: Brökling J, Brunne B, Rune GM. Sex-dependent responsiveness of hippocampal neurons to sex neurosteroids: A role of Arc/Arg3.1. J Neuroendocrinol. 2022;34(2):e13090. doi:10.1111/jne.13090
Beitragsbild von Martin Lopez: https://www.pexels.com/de-de/foto/person-die-einen-tropfen-auf-reagenzglas-setzt-954583/
Bild Hippocampus: Professor Laszlo Seress, CC BY-SA 1.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0, via Wikimedia Commons
super, Super, super !!!
Zum ersten Male habe ich verstanden, warum Hormone wichtig sind.
Zitat aus obigem Beitrag:
Das ist so. Sehr viele Details, aber erschreckend wenig Zusammenhänge sind über das Hirn bekannt. Gerade die Hirndynamik ist noch voller Rätsel (gerade las ich Experimente an Mäusen hätten gezeigt, dass Astrozyten an motorischen Leistungen wie Präzision und Flüssigkeit der Bewegung beteilt seien; das hatte niemand erwartet).
Was den synaptischen Umbau betrifft, so spielt der beim Lernen eine wichtige Rolle, aber auch bei der Hirnreifung, denn Kinder haben sehr viel mehr Synapsen als Erwachsene. Die meisten Synapsen werden irgendwann gekappt, offensichtlich weil sie nichts oder wenig zur Hirnleistung beitragen. Auch bei psychischen/psychiatrischen Erkrankungen spielt der synaptische Umbau eine Rolle und im Falle der Schizophrenie sogar das oben erwähnte Arc. Der Artikel Schizophrenia: What’s Arc Got to Do with It? berichtet darüber. Dort liest man:
Mir aufgefallen: Arc ist wiederum ein Beispiel für die komplexen Zusammenhänge im Hirn, beeinflusst es doch sowohl das dopaminerge wie das glutaminerge System.
Fazit: Das Hirn arbeitet scheinbar nach Prinzipien, die einem menschlichen Ingenieur nie in den Sinn kämen, denn sie sind so kompliziert und verwoben, dass man den Überblick verliert.
Noch eine Bemerkung zu Doktorarbeiten in der Medizin und zur Arbeit von Janina Brökling. Ich weiss wie es dort zugeht und was für Arbeiten es im Durchschnittsfall sind: Statistische Auswertungen etwa von der Wirkung von neuem Nahtmaterial verwendet bei bestimmten Operationen (eine Doktorarbeit von einem Bekannten von mir), Auswertung aller Meldungen an ein Unispital wegen Vergiftungen zusammen mit den Toxika, den Umständen, dem zeitlichen Verlauf und ähnlichem.
Was hier Janina Brökling präsentiert geht weit über eine durchschnittliche Doktorarbeit in der Medizin hinaus. Das ist scheinbar sogar richtige Forschung. Kompliment. Nur leider überhaupt nicht repräsentativ.
“Arc/Arg3.1 zeigte sich in weiblichen Nervenzellen nach Gabe von Östradiol erhöht, bei männlichen hingegen nicht. Männliche Nervenzellen reagierten stattdessen auf die Gabe von Dihydrotestosteron, weibliche wiederum nicht. ”
Interessant. Bei uns Menschen ist das Geschlecht ja nur ein soziales Konstrukt das man beliebig ändern kann aber bei Ratten scheint es da echte biologische Unterscheide zwischen den Geschlechtern zu geben.
Der Titel der Studie lautet “Sex-dependent responsiveness of hippocampal neurons to sex neurosteroids: A role of Arc/Arg3.1″.
Nicht “Gender-dependent”. Diese schöne sprachliche Unterscheidung zwischen Gender und Sex haben wir im Deutschen nur leider nicht.
Bei der sachlichen Antwort auf Ihren Kommentar belasse ich es mal…
Ein Protein mit PCR bestimmt? Da ist doch was zustark verkürzt.
Danke für den Kommentar! Es werden natürlich genau genommen die Level an Arc/Arg3.1-mRNA bestimmt. Wissenschaftskommunikation ist ja immer ein schmaler Grad zwischen “zu” verkürzt/falsch und zu kompliziert für viele Leser:innen. Ich habe es jetzt aber im Text ergänzt. 😉
Im Umkehrschluss bedeutet dieses dass dieser synaptische Umbau im Alter kaum oder weniger noch erfolgt, bedingt durch einen zunehmenden Mangel an Geschlechtshormonen. Letzteres bedeutet wiederum im Umkehrschluss dass
die Ursache für das Altern im Mangel an Geschlechtshormonen liegen könnte, was evolutionär “sinnvoll” scheint da diese jeweilige Spezies ihren biologischen Auftrag erfüllt hat. Diese angeführten Hormone (ARG/ARC) wären dann also nicht die Botschaft sondern nur der Botschafter von diesem “ES” , was S. Freud meint, also vom TRIEB der befriedigt werden will, egal wie.
Diese angeführten Hormone (ARG/ARC) wären dann also nicht die Botschaft sondern nur der Botschafter von diesem “ES” , was S. Freud meint, also vom TRIEB der befriedigt werden will, egal wie.
@Hakel – Nur, dass es kein “Es” gibt, das Modell ist überholt.
Statt mit “Es, Ich, über-Ich” arbeitet die Entwicklungspsychologie mit “Ego, Ich und Selbst”.
Wobei mit “Ego” das unentwickelte Kinder-Ich gemeint ist, das sich mittels eines (ziemlich abstrakt bleibenden) “Selbst” zu einem “Ich”, also einer bewusst agierenden erwachsenen Instanz entwickelt.
Die Definition kommt also inzwischen ohne diese Triebe, bzw. ein Gewissen (“über-Ich”), aus.
Die Idee, im Alter nicht, oder zumindest weniger “Triebgesteuert” zu sein mag verführerisch klingen, macht aber keinen Sinn, da sich “Trieb” nicht auf Sexualität reduzieren lässt. Das “Ego” (also die Repräsentanz des Körpers) will auch atmen und essen, bzw. ausscheiden, da ändert sich im Alter rein gar nichts. (Außer, dass einen die müden Knochen nicht mehr so schnell von A nach B transportieren.)
Es gibt allerdings eine Menge Belege dafür, dass man die Plastizität des Hirns damit erhalten kann, sich seine Neugier zu bewahren. Also einen “kindlichen Geist”, der Interesse an seiner Umwelt hat.
Diesen vermeintlichen “Widerspruch” fand ich jetzt sehr interessant.
Wenn man diese “Sex or gender-Ideologie” mal beiseite lässt, geht es anscheinend weniger darum, sich zu vermehren, sondern darum, an einem “fruchtbaren Austausch” mit der Welt zu arbeiten.
@Martje, meinen Dank dafür, dieses “Seepferdchen” damit zu assoziieren, dass “ich bin was ich bin” – und das bis ins hohe Alter.
Mir gefällt dieser Gedanke, das dadurch zu “erhalten”, dass ich mich verändern kann.