Sport oder Snack?
Wie unser Gehirn entscheidet
Soll ich Sport treiben oder lieber ins Café gehen und einen leckeren Erdbeermilchshake geniessen? Was genau in unserem Gehirn passiert, wenn wir diese Entscheidung treffen, war der Wissenschaft bisher ein Rätsel, doch Forscher der ETH Zürich haben die Lösung gefunden. Sie haben entschlüsselt, welcher Hirnstoff und welche Nervenzellen diese Entscheidung vermitteln: der Botenstoff Orexin und die Neuronen, die ihn produzieren.
Diese neurowissenschaftlichen Grundlagen sind relevant, weil sich viele Menschen zu wenig bewegen. Die meisten von uns haben sich wahrscheinlich schon einmal oder sogar mehrmals dazu entschlossen, die Bewegung zugunsten einer der zahlreichen alternativen Verlockungen des täglichen Lebens ausfallen zu lassen. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation bewegen sich 80 Prozent der Jugendlichen und 27 Prozent der Erwachsenen nicht ausreichend. Und die Fettleibigkeit nimmt nicht nur bei Erwachsenen, sondern auch bei Kindern und Jugendlichen in alarmierendem Maße zu.
Fokus auf Orexin
"Trotz dieser Zahlen schaffen es viele Menschen, den ständigen Verlockungen zu widerstehen und sich ausreichend zu bewegen", sagt Denis Burdakov, Professor für Neurowissenschaften an der ETH Zürich. "Wir wollten wissen, was es in unserem Gehirn ist, das uns hilft, diese Entscheidungen zu treffen."
In ihren Experimenten mit Mäusen konnten die Forschenden zeigen, dass Orexin eine Schlüsselrolle in diesem Prozess spielt. Es ist einer von über hundert Botenstoffen, die im Gehirn aktiv sind. Andere Botenstoffe, wie Serotonin und Dopamin, wurden schon vor langer Zeit entdeckt und ihre Rolle ist weitgehend entschlüsselt. Anders verhält es sich bei Orexin: Die Forscher entdeckten es relativ spät, vor etwa 25 Jahren, und klären nun Schritt für Schritt seine Funktionen auf. Burdakov ist einer der Wissenschaftler, die sich mit der Erforschung von Orexin befasst haben.
Bestehendes Wissen kann die Wahl nicht erklären
"In der Neurowissenschaft ist Dopamin eine beliebte Erklärung dafür, warum wir uns für bestimmte Dinge entscheiden und andere vermeiden", sagt Burdakov. Dieser Botenstoff im Gehirn ist entscheidend für unsere allgemeine Motivation. "Unser derzeitiges Wissen über Dopamin erklärt jedoch nicht ohne weiteres, warum wir uns entscheiden, Sport zu treiben, anstatt zu essen", so der Wissenschaftler weiter. "Unser Gehirn schüttet sowohl beim Essen als auch beim Sport Dopamin aus, was aber nicht erklärt, warum wir das eine dem anderen vorziehen".
Um dies herauszufinden, entwickelten die Forscher ein ausgeklügeltes Verhaltensexperiment mit Mäusen, die in zehnminütigen Versuchen aus acht verschiedenen Optionen frei wählen konnten. Dazu gehörten ein Rad, auf dem sie laufen konnten, und eine "Milchshake-Bar", an der sie einen normalen Milchshake mit Erdbeergeschmack genießen konnten. "Mäuse mögen einen Milchshake aus demselben Grund wie Menschen: Er enthält viel Zucker und Fett und schmeckt gut", sagt Burdakov.
Weniger Zeit an der Milchshake-Bar
In ihrem Experiment verglichen die Wissenschaftler verschiedene Gruppen von Mäusen: eine Gruppe mit normalen Mäusen und eine Gruppe, bei der das Orexin-System der Mäuse blockiert war, entweder durch ein Medikament oder durch genetische Veränderung ihrer Zellen.
Die Mäuse mit intaktem Orexin-System verbrachten doppelt so viel Zeit auf dem Laufrad und halb so viel Zeit an der Milchshake-Bar wie die Mäuse, deren Orexin-System blockiert war. Interessanterweise unterschied sich das Verhalten der beiden Gruppen jedoch nicht in Experimenten, in denen die Wissenschaftler den Mäusen nur entweder das Laufrad oder den Milchshake anboten. "Das bedeutet, dass die Hauptaufgabe des Orexin-Systems nicht darin besteht, zu kontrollieren, wie viel sich die Mäuse bewegen oder wie viel sie essen", sagt Burdakov. "Vielmehr scheint es eine zentrale Rolle bei der Entscheidung zwischen dem einen und dem anderen zu spielen, wenn beide Optionen zur Verfügung stehen." Ohne Orexin fiel die Entscheidung eindeutig zugunsten des Milchshakes aus, und die Mäuse verzichteten auf Bewegung zugunsten des Essens.
Hilfe für Menschen, die sich wenig bewegen
Die ETH-Forscher gehen davon aus, dass Orexin auch beim Menschen für diese Entscheidung verantwortlich sein könnte; die beteiligten Hirnfunktionen sind bei beiden Spezies bekanntlich praktisch gleich. "Es wird nun darum gehen, unsere Ergebnisse beim Menschen zu verifizieren", sagt Daria Peleg-Raibstein, Gruppenleiterin an der ETH Zürich. Sie leitete die Studie zusammen mit Denis Burdakov. Dazu könnten Patienten untersucht werden, die aus genetischen Gründen ein eingeschränktes Orexin-System haben - das ist bei etwa einem von zweitausend Menschen der Fall. Diese Menschen leiden an Narkolepsie (einer Schlafstörung). Eine andere Möglichkeit wäre die Beobachtung von Menschen, die ein Medikament erhalten, das Orexin blockiert. Solche Medikamente sind für Patienten mit Schlaflosigkeit zugelassen.
"Wenn wir verstehen, wie das Gehirn zwischen Nahrungsaufnahme und körperlicher Aktivität vermittelt, können wir wirksamere Strategien zur Bekämpfung der weltweiten Adipositas-Epidemie und der damit verbundenen Stoffwechselstörungen entwickeln", sagt Peleg-Raibstein. Insbesondere könnten Interventionen entwickelt werden, die dabei helfen, Bewegungsbarrieren bei gesunden Menschen und solchen mit eingeschränkter körperlicher Aktivität zu überwinden. Burdakov weist jedoch darauf hin, dass dies wichtige Fragen für Wissenschaftler sind, die sich mit klinischer Forschung am Menschen befassen. Er und seine Gruppe haben sich der neurowissenschaftlichen Grundlagenforschung verschrieben. Als Nächstes möchte er herausfinden, wie die Orexin-Neuronen mit dem Rest des Gehirns interagieren, wenn sie Entscheidungen wie die zwischen Sport und Naschen treffen.
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