Es ist leicht, die Struktur des menschlichen Gehirns mit seinen 86 Milliarden Neuronen zu betrachten und über die Komplexität zu staunen. Aber es gibt noch eine andere Dimension dieser Komplexität – die Chemie des Gehirns. Während die Signale, die entlang eines Neurons übertragen werden, elektrisch sind, wird die Kommunikation zwischen diesem Neuron und einem anderen Neuron durch chemische Substanzen, die Neurotransmitter, vermittelt. Neurotransmitter spielen in jedem Nervensystem eine wichtige Rolle.
Wenn eine Nervenzelle feuert, werden chemische Stoffe über den synaptischen Spalt – die Stelle, an der die Nervenzellen miteinander verbunden sind – ausgeschüttet. Wenn die Chemikalien von Rezeptoren erkannt werden, feuert die Nervenzelle entweder (sie sendet einen elektrischen Impuls aus) oder sie reduziert ihre Aktivität. Auf diese Weise können Nervenzellen andere Nervenzellen aktivieren oder unterdrücken. Im menschlichen Gehirn und Körper gibt es viele verschiedene Neurotransmitter, die mit einer Reihe unterschiedlicher Funktionen in Verbindung gebracht werden. Die Neurotransmitter werden in den Nervenzellen selbst synthetisiert.
Einige Neurotransmitter haben sehr allgemeine Wirkungen auf das Gehirn. Zwei sehr wichtige und im Gehirn weit verbreitete Neurotransmitter werden mit erregenden und hemmenden Wirkungen in Verbindung gebracht.
- Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter. Das bedeutet, dass es die Neuronen dazu anregt, verstärkt zu feuern. Wenn Neuronen ihr Feuerungsmuster und ihre Vernetzung ändern, ist Glutamat häufig beteiligt, was dazu geführt hat, dass es mit der Art und Weise, wie Informationen im Gehirn gespeichert werden, in Verbindung gebracht wird. Es spielt häufig eine wichtige Rolle bei verschiedenen degenerativen Erkrankungen. Glutamat-Exzitotoxizität ist ein komplexer Prozess, bei dem ein Überschuss an Glutamat zum Absterben von Nervenzellen führt. Dies ist ein wichtiger Faktor bei Alzheimer und Parkinson.
- GABA (Gamma-Aminobuttersäure) ist ein sehr wichtiger und weit verbreiteter hemmender Neurotransmitter, der die Aktivität von Nervenzellen reduziert. Er ist die Grundlage für Medikamente, mit denen versucht wird, Epilepsie zu kontrollieren, eine Erkrankung des Gehirns, die mit abnormalen Mustern der elektrischen Aktivität im Gehirn einhergeht. GABA reguliert durch seine hemmende Wirkung den Erregungszustand des gesamten Gehirns; gerät diese Wirkung aus dem Gleichgewicht, kann es zu Anfällen kommen.
Andere Neurotransmitter können weniger allgemeine Wirkungen haben und werden mit spezifischeren Hirnregionen in Verbindung gebracht. Dopamin ist ein Neurotransmitter mit einer Reihe von Funktionen: Es ist an der Auslösung und Kontrolle willkürlicher Bewegungen beteiligt und, davon getrennt, an der Erfahrung von Belohnung. Dopamin ist auch wichtig für die Hemmung der Milchproduktion bei Säugetieren, für unsere Stimmung und für Schlaf und Träume. Dopamin ist ein äußerst wichtiger Neurotransmitter, der mit Aufmerksamkeit, Lernen und Arbeitsgedächtnis in Verbindung gebracht wird.
Der Dopaminspiegel wird durch Parkinson beeinträchtigt, und Menschen mit dieser Erkrankung können große Schwierigkeiten haben, Bewegungen zu initiieren und positive und negative Belohnungen zu verarbeiten; ohne Medikamente lernen Menschen mit Parkinson besser, wenn sie für falsche Antworten bestraft werden, als wenn sie für richtige Antworten belohnt werden. Wenn sie mit Medikamenten behandelt werden (die die Wirkung von Dopamin nachahmen), zeigen sie das umgekehrte Muster wie die meisten neurotypischen Menschen.
Neurotransmitter sind für unsere emotionale Verarbeitung äußerst wichtig. Serotonin ist ein Neurotransmitter, der zahlreiche neuropsychologische Prozesse und neuronale Aktivitäten moduliert. Es gibt kaum ein menschliches Verhalten, das nicht durch Serotonin gesteuert wird. Es spielt eine Rolle bei unseren Stimmungen, unseren Wahrnehmungsprozessen, unserem Erleben von Belohnung, Wut und Ärger, unserem Essverhalten, unserem Gedächtnis und unserem Sexualverhalten. Interessanterweise befindet sich der größte Teil des Serotonins in unserem Körper nicht in unserem Gehirn.
Serotoninrezeptoren finden sich in den meisten Organen des Körpers, und Serotonin spielt eine wichtige Rolle für Herz und Blutgefäße, Lunge, Verdauungstrakt, Blase und Darm. Bei einigen psychiatrischen Erkrankungen wie Angstzuständen und Depressionen kann der Serotoninspiegel gestört sein. Menschen mit Depressionen haben beispielsweise einen niedrigeren Tryptophanspiegel, ein Molekül, das das Gehirn zur Synthese von Serotonin benötigt. Viele Medikamente zur Behandlung von Depressionen zielen auf den Serotoninspiegel ab, was bei einigen (aber nicht allen) Depressiven erfolgreich sein kann.
Einige Neurotransmitter spielen eine wichtige Rolle bei bestimmten Gefühlen. Noradrenalin ist ein Neurotransmitter, der im Gehirn und im Nervensystem des gesamten Körpers vorkommt. Es spielt sowohl im Gehirn als auch im Körper eine wichtige Rolle bei der Kampf- oder Fluchtreaktion auf eine Bedrohung oder Gefahr: Im Körper führt Noradrenalin zu stressbedingten Veränderungen wie Pupillenerweiterung, Erhöhung der Lungenkapazität, Erhöhung der Herzfrequenz, Erhöhung des Blutdrucks und Verringerung der Darmtätigkeit. Im Gehirn wird Noradrenalin mit Wachheit, Erregung, Aufmerksamkeit, Motivation, Belohnung sowie Lernen und Gedächtnis in Verbindung gebracht. Einige Studien haben gezeigt, dass ein erhöhter Noradrenalinspiegel das Gedächtnis beeinflussen kann, indem er die Erinnerung an Ereignisse, die uns gestresst oder ängstlich gemacht haben, klarer und detaillierter erscheinen lässt.
Einige alltägliche Chemikalien können eine wichtige Rolle als Neurotransmitter spielen. Vielleicht hast du Antihistaminika gegen Heuschnupfen eingenommen und festgestellt, dass einige davon dich schläfrig machen können. Das liegt daran, dass Histamin auch ein Neurotransmitter ist, der die Funktionen vermittelt, die den Körper im Gleichgewicht halten, ein Gleichgewicht, das Homöostase genannt wird. Histamin ist daran beteiligt, dass wir uns wacher fühlen, dass wir Hunger und Appetit haben und dass wir motiviert sind, Dinge zu tun.
Neurotransmitter sind nicht nur im Gehirn wichtig – sowohl die Funktion unserer Sinnessysteme als auch die Aktivierung unserer Muskeln hängt von Neurotransmittern ab. Acetylcholin ist ein Neurotransmitter, der eine wichtige Rolle im motorischen System spielt und vermittelt, wie die unteren Motoneuronen die Muskeln stimulieren. Acetylcholin ist auch wichtig für die Wahrnehmungssysteme und für die Mechanismen, mit denen sich Neuronen anpassen und lernen, z. B. für Gedächtnissysteme und Aufmerksamkeitsnetzwerke.
Es gibt noch einige andere wichtige Neurochemikalien, die auf Neuronen wirken. Oxytocin und Vasopressin sind Neuropeptide, die eine wichtige Rolle bei der Steuerung der Wehentätigkeit während der Geburt bzw. beim Urinieren spielen. Sie spielen auch eine wichtige Rolle im Sozialverhalten von Säugetieren. Es ist schwierig, diese Funktionen beim Menschen zu untersuchen, aber es gibt Hinweise darauf, dass eine Erhöhung des Oxytocinspiegels zu einer erhöhten Aufmerksamkeit für soziale Informationen beim Menschen führt. Ein erhöhter Vasopressinspiegel scheint mit einer verbesserten kognitiven Funktion verbunden zu sein. Sowohl Oxytocin als auch Vasopressin scheinen ihre Wirkung im Gehirn über die Amygdala zu entfalten, eine Hirnregion, die für die Verarbeitung von Emotionen, Lernen und sozialen Informationen sehr wichtig ist.
Estrogen und Testosteron werden oft als Sexualhormone bezeichnet, da sie die Entwicklung der Geschlechtsmerkmale im Mutterleib und in der Adoleszenz beeinflussen. Beide Hormone beeinflussen auch die Funktion der Nervenzellen, und zwar auf komplexe Weise: Viele der Bereiche im Gehirn, in denen Testosteron aktiv ist, sind Bereiche, in denen es in Estrogen umgewandelt wird, um seine Wirkung zu entfalten. Estrogenrezeptoren sind im Gehirn weit verbreitet und beeinflussen Aspekte der Stimmung und kognitive Prozesse, aber auch das Sexualverhalten und die Nahrungsaufnahme. Estrogene haben auch neuroprotektive Wirkungen im Gehirn, was für die Auswirkungen der Menopause auf die Gehirnfunktion von Bedeutung sein könnte, da der Estrogenspiegel nach der Menopause drastisch sinkt.
Ein weiteres Hormon ist das Cortisol. Cortisol spielt eine wichtige Rolle bei der Reaktion des Gehirns und des Körpers auf Stress. Es spielt auch eine zentrale Rolle für den Schlafrhythmus und wird mit dem Aufwachen am Morgen in Verbindung gebracht (vielleicht ist das der Grund, warum das frühe Aufwachen so schrecklich ist). Im Gehirn wirkt Cortisol über die Amygdala. Cortisol hat eine langsamere und länger anhaltende Wirkung auf den Körper als Noradrenalin, und ein Leben mit hohen Cortisolwerten ist auf Dauer weder für das Gehirn noch für den Körper gut.
Endorphine sind sehr wichtige chemische Substanzen, die die Gehirnfunktion beeinflussen können. Endorphine sind Neuropeptide – Moleküle, die sowohl die neuronale Aktivität als auch das Zellwachstum beeinflussen – und kommen sowohl im Gehirn als auch im Körper vor. Im Körper werden Endorphine mit der Hemmung von Teilen der Schmerzbahnen in Verbindung gebracht, was ihnen den Namen “körpereigene Schmerzmittel” eingebracht hat. Im Gehirn unterdrücken Endorphine die Aktivität von GABA, was zu einer vermehrten Ausschüttung von Dopamin führt. Die Ausschüttung von Endorphinen in die Nervenzellen wird mit Bewegung, Singen, Essen, Tanzen und Lachen in Verbindung gebracht. Es gibt auch die Theorie, dass die soziale Bindung des Menschen mit der Ausschüttung von Endorphinen zusammenhängt. Interessanterweise genießen wir Aktivitäten wie Sport, Singen, Essen, Tanzen und Lachen besonders dann, wenn wir sie mit anderen Menschen teilen können.
Du siehst also, wie unglaublich komplex die Neurotransmittersysteme im Gehirn sind – und das ist nur eine Momentaufnahme. Oft werden Neurotransmitter mit einfachen, eindeutigen Funktionen beschrieben – zum Beispiel Dopamin als “Glücks”-Neurotransmitter – und es stimmt, dass man einen Dopamin-“Kick” bekommt, wenn man etwas wirklich Erfreuliches erlebt. Aber Dopamin ist auch wichtig für unsere Fähigkeit, willentliche Bewegungen auszuführen. Serotonin, Acetylcholin und Noradrenalin sind alle mit Aspekten des Gedächtnisses verbunden, aber sie unterscheiden sich voneinander. Wenn man an all die möglichen Verbindungen zwischen den 86 Milliarden Neuronen in unserem Gehirn denkt und sich dann vorstellt, wie sie alle durch verschiedene Neurotransmittersysteme beeinflusst werden, wird klar, wie unwahrscheinlich es ist, dass ein einzelner Neurotransmitter nur mit einer einzigen Funktion in Verbindung gebracht wird.
Es lohnt sich auch, darüber nachzudenken, wie unser Gehirn auf Chemikalien reagiert, die wir ihm zuführen. Jede Droge, die die Gehirnfunktion verändert, ist bis zu einem gewissen Grad psychoaktiv. Viele Drogen können aufgrund der Blut-Hirn-Schranke nicht über den Blutkreislauf in unser Gehirn gelangen. Die Blut-Hirn-Schranke ist ein dichtes Netz von Zellen, das die Blutgefäße des Gehirns umgibt und die Moleküle begrenzt, die aus dem Blutplasma in das Gehirn diffundieren können – so werden das Gehirn und seine hochspezialisierten Nervenzellen geschützt. Das bedeutet auch, dass nicht alle Medikamente oder Drogen, die wir einnehmen, ihre Wirkung im Gehirn selbst entfalten.
Alkohol ist eine sehr weit verbreitete Droge: Die meisten menschlichen Kulturen haben ihn entdeckt und verwenden ihn in den unterschiedlichsten Situationen, von Ritualen bis hin zu Feiern. Da Alkohol ein kleines Molekül ist, kann er die Blut-Hirn-Schranke überwinden und wirkt sehr schnell. Alkohol hat eine Reihe komplexer Wirkungen im Gehirn. Er stimuliert die GABA-Rezeptoren, die Teil eines hemmenden Netzwerks sind, und dämpft dadurch die Aktivität im Gehirn insgesamt. Deshalb kann Alkohol beruhigend wirken, aber auch schläfrig machen. Das ist auch eine der Gefahren des Alkohols: Wenn man zu viel Alkohol trinkt, werden wichtige Gehirnfunktionen wie die Atmung unterdrückt. Alkohol unterdrückt auch die Ausschüttung des erregenden Botenstoffs Glutamat: Dadurch verlangsamt sich die Gehirnfunktion, Entscheidungen und Reaktionen werden langsamer und ungenauer. Beide Effekte sind mit einem enthemmteren Verhalten verbunden.
Alkohol wird mit der Freisetzung von Dopamin in Verbindung gebracht, was sich gut anfühlen kann, aber diese Wirkung lässt mit zunehmendem Konsum nach, so dass Menschen häufig aus Gewohnheit zu trinken beginnen. Alkohol hat eine stimulierende Wirkung auf das Gehirn, indem er die Ausschüttung von Noradrenalin bewirkt, und wird auch mit einer erhöhten Endorphinausschüttung in Verbindung gebracht. Diese erhöhte Endorphinausschüttung kann sich angenehm anfühlen und wie ein Schmerzmittel wirken. Das bedeutet zum Beispiel, dass es erst am nächsten Tag weh tut, wenn man beim Versuch, sich den Mantel auszuziehen, rückwärts in die Badewanne fällt (wie es mir auf der Millenniumsparty passiert ist). Alkohol führt auch zu einer erhöhten Ausschüttung von Cortisol, einem Hormon, das, wie bereits erwähnt, mit dem Aufwachen und auch mit Stress in Verbindung gebracht wird. Das bedeutet, dass trotz der beruhigenden Wirkung des Alkohols der Schlaf nach dem Trinken oft schlechter und gestörter ist.
Koffein ist wahrscheinlich die weltweit am häufigsten konsumierte psychoaktive Droge, die in Tee und Kaffee enthalten ist und eine leicht stimulierende Wirkung hat. Dies ist auf die Verbindung von Koffein mit Adenosin zurückzuführen, einem Neurotransmitter, der sich im Laufe des Tages ansammelt und eine hemmende Wirkung auf die Gehirnfunktion hat. Adenosin spielt eine wichtige Rolle dabei, dass wir uns am Ende des Tages müde fühlen und schlafen wollen. Koffein bindet sich an die Adenosinrezeptoren und verhindert so die hemmende Wirkung von Adenosin. Koffein scheint auch eine positive Wirkung auf die Aufmerksamkeit zu haben, möglicherweise durch die Wechselwirkung von Adenosin mit Dopamin. Obwohl Koffein nur ein mildes Stimulans ist, macht es stark abhängig, und der Entzug von Koffein ist unverhältnismäßig unangenehm.
Alles, was psychoaktiv ist – von legalen Produkten wie Alkohol und Koffein über illegale Drogen wie Amphetamine bis hin zu Medikamenten für psychische, psychiatrische und neurologische Probleme – beeinflusst die Gehirnchemie. Und diese Veränderungen im Gehirn können der Grund dafür sein, dass sie so beliebt oder wirksam sind. Vielleicht ist das auch ein guter Grund, sorgfältig über alles nachzudenken, was wir konsumieren und was Auswirkungen auf unser Gehirn haben kann.