Studie enthüllt Gehirn-Abläufe - Einatmen blockiert Reden

Fürs Einatmen unterbrechen Menschen das Reden. Jetzt wissen wir warum: Nervenzellen im Gehirn, die das Reden ermöglichen, werden von Nervenzellen der Einatmungskontrolle blockiert.

Von Kindern kennen wir es gut – auch bei sprudelndem Rededrang muss irgendwann Luft geholt werden. Das ist wichtig, könnten wir uns sonst in Lebensgefahr reden. Von welchen Nervenzellen das im Gehirn gesteuert wird, haben jetzt Forscherinnen und Forscher entdeckt.  

Ähnlich zu diesem Kinderrätsel hat ein Forschungsteam herausgefunden, welche Nervenzellen im Kehlkopf mit welchen Nervenzellen im Mittelhirn verbunden sind. Und es sind genau genommen zwei Rätsel nebeneinander. Auch klar ist jetzt, mit welchen Nervenzellen des Hirnstamms wiederum diese Nervenzellen im Mittelhirn verbunden sind.

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Viele Tiere kommunizieren mit Lauten, so auch der Hirsch. Sobald Säugetiere wie auch der Mensch die Stimmlippen anspannen und Luft aus der Lunge ausatmen, produzieren sie Töne.

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Die Auflösung des Schnurrätsels: Beim Einatmen (Inspiration) hemmen Nervenzellen des Hirnstamms (grün) Nervenzellen der Stimmbildung im Gehirn (Phonation, grau) und Kehlkopf. Die Folge: Die Lautproduktion wird beim Einatmen unterbrochen. Werden diese hemmenden Nervenzellen (grün) ausgeschaltet, gibt es ungewöhnliche Lautäusserungen beim Einatmen.

Park et al (2024): Brainstem control of vocalization

Schnurrätsel für Kinder 

Vom Prinzip her ging das Forschungsteam gleich vor wie bei diesem Kinderrätsel. Sie wollten wissen, welche Nervenzellen im Gehirn mit den Nervenzellen im Kehlkopf verbunden sind. Und danach, wie Gehirnzellen, die die Einatmung steuern, diese Gehirnzellen der Redemotorik kontrollieren.

Die Schnurrätsel-Methode etwas wissenschaftlicher 

Das Forschungsteam visualisierte die Nervenzellen-Verbindungen durch eine Kombination verschiedener Methoden. Eine dieser Methoden war das Einschleusen von Viren in die Nervenzellen. Diese Viren verbreiten sich über die Synapsen, also den Kontaktstellen zwischen Nervenzellen. Und sie produzieren einen Stoff, der sichtbar gemacht werden kann. So kann das Verbindungsgeflecht der infizierten Nervenzellen visualisiert werden.

Neben dieser Virusverfolgung wurden bestimmte Nervenzellen-Verbindungen (also Synapsen) mithilfe von Nervengift kurzzeitig ausgeschaltet. Danach wurde das Verhalten der Mäuse gemessen. Weiter wurde das Gewebe mithilfe von Antikörpern eingefärbt, um bestimmte Strukturen sichtbar zu machen.

Mit diesen und weiteren Methoden konnte das Forschungsteam den Schaltkreis von Nervenzellen enthüllen, der das Reden während des Einatmens unterdrückt.

Das Ergebnis  

Nervenzellen im Mittelhirn aktivieren die Sprechmuskulatur. Beim Einatmen werden diesen Nervenzellen aber gehemmt. Und zwar von Nervenzellen im Hirnstamm, welche die Einatmung steuern.

Damit ist klar, warum das Einatmen zu einer Sprechpause führt. Das Forschungsteam will nun untersuchen, ob auch Husten und Schlucken von der Atmungssteuerung kontrolliert werden.

Hirnstamm, Nervenzellen und ihre Verbindungen 

Der Hirnstamm ist der evolutionsgeschichtlich älteste Teil im Gehirn von Säugetieren und damit auch des Menschen. Er koordiniert und reguliert lebenswichtige Funktionen wie die Steuerung der Herzfrequenz oder der Atmung.  

Die Nervenzellen (Neuronen) verbinden Gewebe und Muskeln via Rückenmark mit dem Gehirn. Beispiel: Etwas krabbelt auf meinem Arm. Sensorische Neuronen leiten die Berührung vom Arm zum Rückenmark. Dort wird das Signal an ein zweites sensorisches Neuron weitergeleitet, welches vom Rückenmark ins Gehirn führt. Angekommen im Gehirn, wird das Signal via Interneuronen an andere Nervenzellen weitergegeben und verarbeitet. Der Entscheid: Arm hochheben und hinschauen. Das heisst: Bewegungsbefehle vom Gehirn gehen via motorische Neuronen zum Auge und via Rückenmark zum Arm und zum Kopf für die Muskelbewegungen. Ich hebe den Arm, neige den Kopf und schaue nach, was da krabbelt. Der Ort, an dem eine Nervenzelle mit einer anderen Nervenzelle in Kontakt steht, nennt sich Synapse.