Hirnareale sind Schubladen, mit denen Neurowissenschaftler unsere Hirnprozesse sortieren, um sie für unser Verständnis handhabbar zu machen. Aber natürlich sprechen wir nicht allein mit dem "Sprachzentrum" oder lernen mit dem "Lernareal" – wir können beides nur nicht mehr, wenn die grob umrissenen Hauptverschaltungszentren ausfallen. Nichts macht ein Hirnareal alleine ohne Input oder Rückmeldung von anderswo. So auch die Amygdala, ein Paar mandelförmiger Nervenbündel inmitten des Gehirns, das als Emotionsverarbeitungszentrum verschubladet wird.

Angszentrum inmitten des Gehirns: die Amygdala
© Spektrum der Wissenschaft / Meganim
(Ausschnitt)
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Die mandelförmige, paarige Amygdala (hier dunkelgelb) ist Teil des limbischen Systems und liegt inmitten des Gehirns unmittelbar vor dem Hippocampus. Sie besteht aus mehreren Untereinheiten: Ihr basolateraler Teil erhält Informationen aus sämtlichen Sinnessystemen, etwa dem Riechkolben. Dieser schickt mit Nervenbündeln Signale in den Hypothalamus und beeinflusst so die Freisetzung von Stresshormonen und das vegetative Nervensystem. Die Amygdala wird als diejenige Hirnstruktur betrachtet, die für die emotionale Einfärbung von Informationen zuständig ist. Wird sie zerstört, führt das zum Verlust von Furcht und Aggression. Zudem ist das Areal an der Erkennung von Gesichtern beteiligt und wird sehr aktiv, wenn diese Angst signalisieren. Demnach ist also die Amygdala verantwortlich für die Analyse des Gefährdungspotenzials der auf das Individuum einwirkenden Außenreize.
Hier hinein geht zum Beispiel der Input von warnenden Signalen aus unserer Umgebung, die Reaktionen verlangen – hinaus gehen eine ganze Reihe von Befehlen in verschiedene andere Hirnteile, die dann den Körper über Stresshormone in Alarmbereitschaft versetzten. Die Amygdala ist eine evolutionsgeschichtlich alte Einrichtung der Wirbeltiere – mit ihren vielen Verschaltungen entwickelte sich aber im Laufe unserer Evolution von einer bloßen Alarmanlage hin zu einer zentralen Verarbeitungsstation äußerer Reize, die auf das gesamte Körpergeschehen wirkt. Die Amygdala ist unverzichtbar für die emotionale Einfärbung der von uns aufgesammelten Informationen. Das macht sie kompliziert.

Umso überraschter waren nun Michael Welsh von der University of Iowa und seine Kollegen, als sie auch einen verblüffend einfachem Reiz-Reaktions-Mechanismus im Mandelkern auf die Spur kamen, der womöglich noch aus den einfachen Urzeiten der Struktur übrig geblieben sein könnte. Sie hatten zunächst nach bestimmten Rezeptoren Ausschau gehalten, die für eine Angstreaktion von Mäusen unverzichtbar sind, und waren auf den Ionenkanal ASIC1a gestoßen: Bei Tieren, bei denen der Kanal blockiert ist oder fehlt, sind natürliche Angstreaktionen stark beeinträchtigt. Auffallend häufig findet sich der Kanal in den Neuronen der Amygdala und anderer mit der Furchtverarbeitung beauftragten Hirnregionen. Welshs Team versuchte herauszufinden, warum.

Der Ionenkanal reagiert auf ein zunehmend saures Milieu in der Zellumgebung, also auf eine höhere Protonenreaktion. Werden extrazelluläre Schwankungen des pH-Wertes in der Amygdala von Versuchsnagern durch Puffer verhindert, so bleibt die Reaktion des Rezeptors aus – und die Tiere zeigten dann auch keine Angstreaktionen mehr. Was aber hat das Absenken des pH-Werts in der Amygdala mit der Entstehung von Angst zu tun?

Tatsächlich gibt es einen Umweltreiz, der Mäuse sehr beunruhigt und zudem den pH-Wert im Gewebe senkt: Kohlendioxid. Das Gas zeigt an, dass die lebensnotwendige Atemluft verbraucht ist und kann auch bei Menschen schnell Panikattacken auslösen, wie schon seit einem knappen Jahrhundert bekannt ist. Zudem sinkt der pH-Wert im Gewebe – auch im Gehirn – rapide, sobald viel Kohlendioxid durch das rasant arbeitende Enzym Carboanhydrase in größere Mengen in Kohlensäure umgewandelt wird.

Tatsächlich: Auf höhere Kohlendioxidreaktionen reagieren in den Versuchen von Welshs Team nur solche Mäuse panisch, deren Amygdala nicht gepuffert wird und deren ASIC1a-Rezeptoren noch funktionieren. Die Lage der Rezeptoren in der Amygdala ist dabei entscheidend, so die Forscher: Bei gentechnisch veränderten Tieren, die den Ionenkanal nur im Mandelkern, sonst aber nirgendwo in die Nerven einbauten, funktionierte die Furchtreaktion auf CO2 wie üblich. Ganz normale Mäuse, so die Forscher abschließend, reagieren zudem nicht nur auf CO2 panisch, sondern auch, wenn der pH-Wert in der Amygdala künstlich abgesenkt wird.

ASIC1a ist allerdings kein genereller Angstsensor, wie die Forscher weiter zeigen konnten: Wird der Ionenkanal im Mandelkern ausgeschaltet, so verlieren Mäuse nur die Furcht vor steigenden Kohlendioxidgehalten, nicht aber erlernte oder angeborene Angstreaktionen wie etwa die panische Reaktion beim Riechen eines Duftstoffes, der im Geruch von Füchsen enthalten ist.

Das komplizierte Verschaltungsapparat Amygdala hat demnach auch einen ganz eigenen Sensor für Gefahren: der Kohlendioxid-Sensor ASIC1a spricht direkt im Angstzentrum an und erlaubt so wohl eine schnelle Reaktion in vermeintlich lebensbedrohenden Umweltbedingungen. Vielleicht ist dieser Mechanismus sogar einer der ersten gewesen, um den herum das zunehmend komplexer werdende Frühwarnsystem Furcht im Laufe der Wirbeltierevolution gewachsen ist. Jedenfalls liege nahe, so die Forscher, dass der Ionenkanal im Zentrum von durch Kohlendioxid ausgelösten Panikattacken von Patienten steht. Womöglich sind die Sensoren bei ihnen übersensibel, auch könnte die pH-Regulation in der Amygdala gestört sein. Genug Ansatzpunkte für weitere Forschung, finden Welsh und Co.