Gene sollen Denkprozesse steuern

Es soll einen „genetischen Fingerabdruck“ der Hirnfunktion geben. Wissenschaftler wollen einen „genetischen Fingerabdruck“ der Hirnfunktion gefunden haben. Darüber berichten sie in der Zeitschrift „Science“ vom 27. März 2009.

In einem internationalen und interdisziplinären Forschungsprojekt fanden Forscher der RWTH Aachen nach ihren Angaben einen „genetischen Fingerabdruck“ in den Hirnfunktionen.

Die Ausgangsfrage

Haben die Gene Einfluss auf unsere Denkstrukturen? Dieser Frage ging eine internationale und interdisziplinäre Gruppe von Wissenschaftlern nach.

Das Vorgehen

Zur Beobachtung der Hirnaktivierung kann die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) Bilder des Gehirns erzeugen. Während ein Proband zum Beispiel Gedächtnisübungen mit Zahlen ausführt, lässt sich die „Aktivierung“ seines Stoffwechsels im Gehirn verfolgen.

Bisher wurden mit diesem Instrument hauptsächlich die Regionen des Gehirns untersucht, die die größten Effekte bei allen Probanden einer Studie zeigen. Die Messung solcher mittleren Effekte in einer Probandenschar kann allerdings das Verständnis für das Zustandekommen von Aktivierungsmustern des Gehirns verdecken, denn es gibt durchaus erhebliche Unterschiede der Aktivierungsmuster zwischen den beteiligten Personen in der Gruppe.

Um nun zu Ergebnissen über individuelle Muster der Gehirnaktivität zu kommen, wurde eine Studie mit eineiigen Zwillingen konzipiert und durchgeführt. Die ausgewählten männlichen Zwillingspaare hatten außerdem alle noch einen weiteren Bruder, der unter gleichen Bedingungen die gleichen Aufgaben zu lösen hatte. Die Zwillinge in der Probandenschar sind also genetisch identisch. Mit ihrem Bruder teilen sie auf Grund der gleichen Abstammung im Durchschnitt nur 50 Prozent der Erbanlagen.

Im Rahmen der Studie bearbeiteten die drei Personen aus jeder untersuchten Familie dieselben Gedächtnisaufgaben je zweimal in zwei Untersuchungen mit der funktionalen Magnetresonanztomografie. Dabei sollten sie sich bei einer Gedächtnisaufgabe visuell vorgegebene Ziffern einprägen, wurden dabei aber noch durch eine weitere Aufgabe abgelenkt. Es waren nebenbei einfache Rechenaufgaben zu lösen oder Fotos von Objekten in Gruppen zu sortieren. Danach wurden ihnen erneut Ziffern gezeigt und sie sollten angeben, ob das die anfänglich eingeprägte Ziffernfolge war.

Das Ergebnis der Untersuchung

Die Auswertung zeigte, dass die Aktivierungsmuster des Gehirns zwischen den einzelnen Personen eine beträchtliche Variationsbreite aufweist. Aber bei der Aktivierung der Hirnregionen von den Zwillingen ist eine größere Ähnlichkeit feststellbar als im Vergleich zwischen den Zwillingen mit ihrem Bruder.

Diese Erkenntnis belegen die von den Wissenschaftlern farblich sichtbar gemachten Aktivierungsmuster und ihre räumliche Verteilung, die bei der Bearbeitung der Gedächtnisaufgaben gewonnen wurden. Zusätzlich wurde eine Anordnung der Heritabilität der Aktivierung angefertigt. Unter Heritabilität wird der genetische Anteil an einer beobachteten Variabilität verstanden. Heritabilitätskarten oder Erblichkeitskarten zeigen an, in welchen Teilen des Gehirns genetische Einflüsse mehr oder weniger zu individuellen Unterschieden in der Hirnaktivierung beitragen.

Im Detail wurden bei dieser Untersuchung zwei Netzwerke des so genannten Arbeitsgedächtnisses beschrieben. Eines ist besonders mit der sprachlichen Verarbeitung, das andere mit der numerisch und räumlichen Verarbeitung von Zahlen befasst. Bei den eineiigen Zwillingen gab es eine überraschend hohe Übereinstimmung in ihrer funktionellen Hirnorganisation. Die war signifikant deutlicher als die Übereinstimmung mit ihrem Nichtzwillingsbruder.

Die Autoren der Studie interpretieren diese Resultate dahin, dass es nahe liegend ist, „dass die individuelle Bevorzugung eines bestimmten Verarbeitungsmodus und dessen Einflüsse auf die Verhaltensleistung unter genetischem Einfluss stehen. Damit würden gewisse neurobiologische Grundlagen der Individualität eine genetische Komponente aufweisen.“

Als Ergebnis der Untersuchung stellten die Wissenschaftler fest, dass sich im Aktivierungsmuster des Gehirns eine Art „genetischer Fingerabdruck“ einer Person zeigt. „Es ist also“, so die Verfasser der Studie, „genetisch mitbestimmt, auf welches Netzwerk von Gehirnarealen eine Person für das Arbeitsgedächtnis zurückgreift, wenn ihr kognitive Anforderungen gestellt werden“.

Die Beteiligten an der Studie

Diese Studie über genetische Einflüsse auf die Hirnaktivierungsmuster, wie man sie mit der funktionellen Magnetresonanztomographie feststellt, wurde am Universitätsklinikum der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen von Univ.-Prof. Dr. Klaus Willmes-von Hinckeldey und seinem Mitarbeiter Jan Willem Koten federführend betreut. Sie waren unter anderem für die Analyse der funktionellen Bilddaten verantwortlich. Außerdem waren Wissenschaftler aus Amsterdam, Maastricht, Bonn, Nijmegen und Salzburg an den Arbeiten beteiligt. Gefördert wurde ie Zwillingsstudie von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).

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