Warum macht das menschliche Kleinhirn Schlagzeilen?

Das Neandertaler-PHLPP1-Gen kann im menschlichen Kleinhirn eine höhere Myelinisierung auslösen.

Dieses Bild zeigt, dass eines der Merkmale, die den modernen Menschen (rechts) vom Neandertaler (links) unterscheiden, eine Kugelform der Braincase ist.

Quelle: Philipp Gunz (CC BY-NC-ND 4.0)

Gestern veröffentlichte die New York Times einen Artikel mit dem Titel “Narrower Skulls, Oblong Brains: Wie Neandertaler-DNA noch immer uns formt” von Carl Zimmer. Diese Berichterstattung rückt faszinierende neue Informationen über das menschliche Kleinhirn (lateinisch für „kleines Gehirn“) ins Rampenlicht.

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Dieser NYT- Bericht basiert auf der neuen Studie “Neandertaler Introgression gibt Aufschluss über die moderne endokraniale Globularität des Menschen” von Philipp Gunz und Kollegen, die am 13. Dezember in Current Biology veröffentlicht wurde. Wie Zimmer beschreibt, bietet diese Forschung einen “beispiellosen Einblick in die genetischen Veränderungen, die die Evolution des menschlichen Gehirns beeinflussen”.

CNN, The Independent, Daily Mail.com und andere Nachrichtenagenturen rund um den Globus behandelten auch die jüngste Studie von Gunz et al. Das Kleinhirn ist ein Trendthema der Neurowissenschaften. Basierend auf dem Hintergrund der Berichterstattung scheint es, als sei das “kleine Gehirn” kurz davor, ein Medien-Liebling zu werden.

Anfang dieses Jahres schrieb ich einen Artikel über Psychologie heute mit dem Titel “Die Evolution der modernen menschlichen Gehirnform in Verbindung mit parietalen Lobes und Cerebellum”, basierend auf einer anderen Studie (2018) von Gunz und Mitarbeitern der Abteilung für menschliche Evolution des Max-Planck-Instituts für Evolutionäre Anthropologie.

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In diesem Artikel „Die Evolution der Form des menschlichen Gehirns“ wurde berichtet, dass moderne menschliche Schädel aufgrund einer schnellen Expansion der Scheitellappen und des Wölbung des Kleinhirns kugelförmiger wurden als der langgestreckte Neandertaler-Schädel. Der moderne Mensch verfügt über eine kugelförmige Gehirnzelle mit einer runderen und erweiterten hinteren Schädelgrube im hinteren Teil des Schädels, in der sich das Kleinhirn befindet, und einem größeren Parietalknochen, wie in der nachstehenden Grafik dargestellt.

Endokraniale Formunterschiede zwischen Neandertalern und modernen Menschen

Quelle: “Neandertaler Introgression beleuchtet moderne endokraniale Globularität des Menschen” von Gunz et al. (Current Biology, 2018)

Die jüngste Studie von Gunz et al. stellt erstmals fest, dass moderne Menschen, die zwei Neandertaler-DNA-Fragmente (UBR4 und PHLPP1) tragen, etwas weniger abgerundete Köpfe haben als der Homo sapiens, der diese Neandertaler-Gene nicht trägt.

Die Forscher vermuten, dass die neuronale Expression dieser beiden Gene im modernen Menschen mit der Neurogenese (Geburt neuer Neuronen) im Putamen-Bereich der Basalganglien und einer robusteren Myelinisierung im Kleinhirn zusammenhängt. „Beide Gehirnregionen erhalten direkte Eingaben vom Motorkortex und sind an der Vorbereitung, dem Lernen und der sensomotorischen Koordination von Bewegungen beteiligt. Die Basalganglien tragen auch zu verschiedenen kognitiven Funktionen bei: Gedächtnis, Aufmerksamkeit, Planung, Erlernen von Fähigkeiten und möglicherweise der Sprach- und Sprachentwicklung “, sagte Philipp Gunz in einer Erklärung.

Von allen Nachrichten, die ich in den Mainstream-Medien gelesen habe, las ich heute Morgen über die neuesten Untersuchungen des Neandertaler UBR4 / PHLPP1. Die folgende Passage aus dem Times- Artikel von Carl Zimmer fasst die Ergebnisse von Gunz et al. am prägnantesten:

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich PHLPP1 und UBR4 im modernen menschlichen Gehirn anders entwickelt haben. Die moderne menschliche Version von PHLPP1 hat möglicherweise zusätzliches Myelin im Kleinhirn erzeugt. Und unsere Version von UBR4 hat Neuronen im Putamen schneller wachsen lassen. Warum diese Änderungen? Simon Fisher, Mitautor der neuen Studie am Max-Planck-Institut für Psycholinguistik in den Niederlanden, vermutete, dass der moderne Mensch fortgeschrittenere Sprachfähigkeiten entwickelt habe. Sie können auch besser in der Herstellung von Werkzeugen geworden sein. “Dinge wie Werkzeugnutzung und Sprachartikulation hängen stark von der Motorschaltung ab”, sagte Dr. Fisher. Bei beiden muss das Gehirn schnelle, präzise Befehle an die Muskeln senden. Und es ist kein Zufall, dass das Kleinhirn und das Putamen entscheidende Bestandteile unserer motorischen Schaltung sind – genau die Regionen, die dazu beigetragen haben, die Gesamtform des modernen menschlichen Gehirns zu verändern.

Die Online-Version dieses Artikels der New York Times enthält ein atemberaubendes 13-Sekunden-Video in 3D eines Neandertaler-Schädels und eines modernen menschlichen Schädels, der sich im negativen Raum nebeneinander dreht.

„Wir wissen nicht genau, was das Kleinhirn macht. Was auch immer es tut, es tut viel davon. “- Richard M. Bergland, MD (Neurowissenschaftler, Neurochirurg des 20. Jahrhunderts und Autor von The Fabric of Mind )

In den letzten zehn Jahren habe ich (mit minimalem Erfolg) versucht, die Neugier eines allgemeinen Publikums über das wundersame und rätselhafte Kleinhirn zu wecken. Es genügt zu sagen, dass ich einen Haufen Artikel gelesen habe, die heute Morgen von einigen der einflussreichsten Nachrichtenagenturen veröffentlicht wurden – von denen alle vermeintlich ungewohnte Details über das Kleinhirn erwähnen -, dass ich in Wolke neun war. Ich bin mir sicher, dass, wenn mein verstorbener Vater Richard Bergland (1932-2007) noch lebende Zeuge dieser Spitzenforschung sein würde, die einer riesigen Anzahl von Lesern zugestellt wurde, er auch überglücklich wäre.

Als mein Vater 2007 starb, habe ich mir geschworen, meine Antennen für neue Forschungen aufrechtzuerhalten, die unser Verständnis von “was auch immer” das geheimnisvolle menschliche Kleinhirn zu seinen Ehren “tun” soll, verbessern.

Interessanterweise macht das menschliche Kleinhirn nur etwa 10 Prozent des gesamten Gehirnvolumens aus, enthält jedoch die Mehrheit der gesamten Neuronen des Gehirns. Obwohl bestimmte Zahlen fragwürdig sind, wird angenommen, dass das menschliche Kleinhirn 101 Milliarden Neuronen beherbergt (Andersen et al., 1992), wohingegen der Großhirnrinde ungefähr 21–26 Milliarden Neuronen enthält (Pelvig et al., 2008).

Aufgrund dieser überraschend unproportionalen Verteilung von Neuronen – und der Tatsache, dass mein Vater regelmäßig kognitive Defizite bei neurochirurgischen Patienten mit atypischer Kleinhirnfunktion beobachtete – entwickelte er eine „gebildete Vermutung“, dass das menschliche Kleinhirn viel mehr als nur eine fein abgestimmte motorische Kontrolle betraf und Koordination. ( Cerebellar ist das Schwesterwort für Cerebral und bedeutet “sich auf das Cerebellum beziehen oder sich dort befinden.”)

Da das Cerebellum seit Jahrhunderten bestens bekannt ist, dass es eine zentrale Rolle bei der Feinabstimmung der Muskelbewegungen und der Koordination spielt, war es ein Kinderspiel, die Funktion der Kleinhirnfunktionen in den Mittelpunkt meines ersten Buches The Athlete’s Way (St Martin’s Press). Während ich dieses Manuskript schrieb, half mir mein Vater, ein Modell auf Cerebrum-Cerebellum-Basis zu schaffen, das wir als “Brain-down-Brain” bezeichnen mit einigen hypothetischen nichtmotorischen Funktionen – des Kleinhirns.)

Mein Vater starb vier Monate nach Veröffentlichung des Buches, an dem wir zusammengearbeitet hatten. Seitdem habe ich mein Bestes gegeben, um Papas Hypothesen über das Kleinhirn auf der Grundlage der neuesten evidenzbasierten Ergebnisse zu aktualisieren. Unabhängig davon, wie esoterisch eine neue Studie über das Kleinhirn dem allgemeinen Leser erscheinen mag, versuche ich als Blogger, über jede bedeutende Kleinhirnstudie zu berichten, die in einem von Experten begutachteten Journal veröffentlicht wurde. Mein langfristiges Ziel ist es, einen detaillierten Zeitplan zu erstellen, wie die Forschung über Kleinhirnforschung im frühen 21. Jahrhundert für die Nachwelt voranschreitet.

Um immer auf dem neuesten Stand der Forschung zu diesem Thema zu bleiben, überwache ich mit Google Alerts die drei Schlüsselwörter “Kleinhirn”, “Kleinhirn” und “Purkinje-Zellen”. Dieser Dreiklang von Wörtern, die sich auf das „kleine Gehirn“ beziehen, kam regelmäßig in Gesprächen mit meinem Vater über die Funktionsweise des gesamten Gehirns. In diesen Tagen führe ich einen Dialog über das Kleinhirn mit führenden Experten der Branche (wie Jeremy Schmahmann) über E-Mail-Korrespondenz, Twitter und andere Social-Media-Plattformen.

Cerebellum News ist ein aktuelles Thema auf allen Medienplattformen

Normalerweise erhalte ich etwa einmal pro Woche eine Google Alert-Nachricht, die sich auf eines der oben genannten Wörter im Zusammenhang mit Kleinhirn bezieht. Im vergangenen Monat oder so war mein Posteingang jedoch zweimal mit einem Tsunami voller Nachrichten über das Kleinhirn überflutet, das von einer Vielzahl von Medienunternehmen betreut wird.

Das erste Mal geschah dies Ende Oktober, nachdem NPR über eine Kleinhirnstudie von Scott Marek und seinen Kollegen (2018) an der Washington University School of Medicine in St. Louis berichtete. Diese Forschung wurde erstmals in einer Pressemitteilung mit dem eingängigen Titel „Minds Quality Control Center in lang ignoriertem Gehirnbereich: Kleinhirn-Checks und Korrektur von Gedanken, Bewegung“ angekündigt und wurde wie ein Lauffeuer in den Medien verbreitet. (Siehe: “3 Gründe, aus denen das kleine Gehirn das nächste große Ding werden könnte.”)

Das zweite Mal, dass Kleinhirn-Nachrichten Alarmglocken über Google Alerts auslösten, begann gestern Nachmittag mit der neuesten Studie von Philipp Gunz und seinen Kollegen. Höchstwahrscheinlich werden in den kommenden Tagen mehrere andere Verkaufsstellen über diese Neandertaler-DNA-Ergebnisse berichten.

Dank bahnbrechender interdisziplinärer Forschung von weltweit zusammenarbeitenden Teams wie Gunz et al. Lösen wir langsam die vielen Rätsel des menschlichen Kleinhirns. Es ist zu hoffen, dass eine zunehmende Berichterstattung in den Medien über das „kleine Gehirn“ zu einer Finanzierung führt, die die Pionierarbeit der Kleinhirnforschung aufrechterhält.

Verweise

Philipp Gunz, Amanda K. Tilot, Katharina Wittfeld, Alexander Teumer, Chin Yang Shapland, Theo GM van Erp, Michael Dannemann, Benjamin Vernot, Simon Neubauer, Tulio Guadalupe, Guillén Fernández, Han G. Brunner, James Fallon, Norbert Hosten, Uwe Völker, Antonio Profico, Fabio Di Vincenzo, Giorgio Manzi, Janet Kelso, Beate, St. Pourcain, Jean-Jacques Hublin, Barbara Franke, Svante Pääbo, Fabio Macciardi, Hans Grabe, Simon E. Fisher. “Die Neandertaler Introgression beleuchtet die moderne endokraniale Globularität des Menschen.” Aktuelle Biologie (Erstveröffentlichung: 13. Dezember 2018) DOI: 10.1016 / j.cub.2018.10.065

Simon Neubauer, Jean-Jacques Hublin und Philipp Gunz. “Die Evolution der Form des menschlichen Gehirns”. Wissenschaftliche Fortschritte (Erstveröffentlichung: 24. Januar 2018) DOI: 10.1126 / sciadv.aao5961