Im Februar des Jahres 2011 veröffentlichte eine Gruppe von Wissenschaftlern die Ergebnisse eines einjährigen Menschenversuchs. Das Team um den US-amerikanischen Psychologen Arthur Kramer hatte dafür 120 Frauen und Männer rekrutiert, die zu Beginn des Experiments durchschnittlich 66 Jahre alt und körperlich wie geistig gesund waren. Zunächst unterzog man sie einem Hirnscan und teilte sie dann zufällig in zwei Gruppen ein.

Während der zwölf Monate, die nun folgten, ging die eine Hälfte dreimal wöchentlich für 45 Minuten walken, also flott spazieren. Der Rest führte derweil Balance-, Yoga- und Dehnübungen durch. Nach einem Jahr beurteilten die Fachleute anhand eines weiteren MRT-Scans, wie sich das Gehirn ihrer Probandinnen und Probanden verändert hatte. Dabei stießen sie auf signifikante Unterschiede: Bei den Personen in der Walking-Gruppe hatte sich eine charakteristische Hirnstruktur, der Hippocampus, im Mittel um rund zwei Prozent vergrößert. Bei der anderen Gruppe hatte sie dagegen um durchschnittlich 1,4 Prozent an Volumen eingebüßt.

Der Hippocampus spielt eine zentrale Rolle für das Erinnerungsvermögen. Er sorgt unter anderem dafür, dass neu erlernte Informationen in das Langzeitgedächtnis überführt werden. Eigentlich ist es normal, dass er im Alter kleiner wird – vermutlich ist das auch ein Grund dafür, dass die meisten Menschen mit den Jahren vergesslicher werden. Regelmäßiger Sport scheint die Schrumpfung aber nicht nur aufhalten, sondern sogar umkehren zu können. Walkerinnen und Walker, bei denen sich der Hippocampus vergrößert hatte, erzielten am Ende des Jahres zudem bessere Ergebnisse in einem Gedächtnistest.

Und das ist kein Einzelbefund. Im Jahr 2025 haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Australien und den USA eine Zusammenfassung von Resultaten aus 133 Übersichtsarbeiten veröffentlicht. Diese basierten ihrerseits auf experimentellen Daten von fast 260 000 Versuchspersonen. Ergebnis: Sport ist gut fürs Gedächtnis und fördert die geistige Leistungsfähigkeit. Außerdem verbessert er die sogenannten Exekutivfunktionen. Ihnen verdanken wir, dass wir erfolgreich unsere Ziele verfolgen können, und sei es nur das, jeden Morgen die Zähne zu putzen.

Myokine: Fitness fürs Gehirn

Bewegung macht also nicht nur unseren Körper, sondern auch unseren Kopf fitter – das ist gut belegt. Doch die zugrunde liegenden Mechanismen sind bislang nur teilweise geklärt. Immer mehr kristallisiert sich heraus, dass dabei bestimmte Moleküle eine Rolle spielen, die von der Muskulatur gebildet werden. Die dänische Wissenschaftlerin Bente Klarlund Pedersen schlug für diese Substanzen im Jahr 2003 den Begriff »Myokine« vor (die Vorsilbe »myo« hat griechische Wurzeln und bedeutet »Muskel«). Pedersen hatte zusammen mit Kollegen entdeckt, dass Skelettmuskeln das Protein Interleukin-6 (abgekürzt IL-6) produzieren, wenn sie sich zusammenziehen. Als Folge steigt die IL-6-Menge im Blut dramatisch an, je nach Bewegungsintensität bis zu 100-fach. Binnen weniger Stunden sinkt sie dann wieder auf ihr ursprüngliches Niveau ab.

Muskeln erzeugen Kräfte und setzen Teile des Körpers in Bewegung. Doch nicht nur das – sie fungieren offenbar auch als sekretorisches Organ, wie es im Physiologen-Sprech so schön heißt: Sie stellen Signalmoleküle her, die sie in das umgebende Gewebe oder ins Blut abgeben. »Inzwischen kennen wir mehr als 600 verschiedene Myokine«, erklärt die Sport- und Ernährungsmedizinerin Beate Zunner, die an der Universität Bayreuth viele Jahre an den Muskelbotenstoffen geforscht hat. »Und oft ist noch gar nicht bekannt, welche Prozesse sie im Körper genau beeinflussen.«

Appetitzügler aus den Muskeln

IL-6 hingegen ist inzwischen schon sehr gut untersucht. So weiß man, dass sein kurzfristiger Anstieg nach dem Training Entzündungsreaktionen unterdrückt. Außerdem hilft das Molekül den Muskelzellen, Energie aufzunehmen. Auch das Gehirn scheint darauf zu reagieren: In Versuchen mit Mäusen zügelte IL-6 beispielsweise den Appetit. Eine Wirkung auf die kognitive Leistungsfähigkeit wurde bislang allerdings nicht nachgewiesen. Doch man kennt inzwischen eine Handvoll Myokine, die einige positive Effekte von Sport auf die grauen Zellen vermitteln dürften. Den meisten von ihnen ist gemeinsam, dass sie – direkt oder indirekt – den Hippocampus beeinflussen.

Die Struktur, die beim Menschen tief unterhalb der Schläfen liegt und für das Gedächtnis so zentral ist, hat eine Besonderheit: »In einem Teil von ihr, dem Gyrus dentatus, können sich selbst im Erwachsenenalter noch neue Nervenzellen bilden«, erklärt Henriette van Praag. Die Professorin an der Florida Atlantic University hatte bereits Ende der 1990er-Jahre eine interessante Beobachtung gemacht, nachdem sie Mäusen mehrere Wochen lang die Möglichkeit gegeben hatte, nach Belieben in einem Laufrad zu rennen: Die Zahl der neuen Nervenzellen in ihrem Gyrus dentatus stieg verglichen mit einer Kontrollgruppe im Schnitt auf das Doppelte an. Dasselbe Phänomen erklärt vermutlich auch die Größenzunahme des Hippocampus im Walking-Experiment.

Auf welche Weise Bewegung diesen Effekt auslöst, blieb lange Zeit im Dunkeln. Heute glaubt man, dass dabei unter anderem ein Molekül namens Cathepsin B eine wichtige Rolle spielt. Im Jahr 2016 hat van Praag zusammen mit Kolleginnen und Kollegen das Protein erstmals im Blutplasma rennender Mäuse gefunden. Das Team konnte nachweisen, dass die Substanz aus der Muskulatur stammt – es handelte sich also um ein Myokin. Als sie den Stoff in einem späteren Experiment zu jungen Nervenzellen aus dem Hippocampus von Mäusen gaben, wurde in diesen ein Gen verstärkt abgelesen, das die Bauanleitung für das Protein BDNF bildet. 

Wachstumsschub unter der Schädeldecke

Die Abkürzung steht für »Brain-Derived Neurotrophic Factor« und bezeichnet einen bekannten Nervenwachstumsfaktor: »Er hilft neu entstandenen Neuronen, zu überleben und sich in bestehende Nervenzellnetzwerke zu integrieren«, erklärt van Praag. »Er unterstützt beispielsweise die Ausläufer der Zellen – die Dendriten und Axone – in ihrem Wachstum und darin, sich mit anderen Neuronen zu verknüpfen.« BDNF fördert zudem die Langzeitpotenzierung, die über eine Veränderung der Kontaktstellen zwischen Nervenzellen (Synapsen) neuronale Verbindungen verstärkt.

Tatsächlich ist Cathepsin B für das Erinnerungsvermögen von Mäusen ausgesprochen wichtig. Das zeigte sich, als das Team normale Nager mit solchen Tieren verglich, die das Molekül nicht herstellen konnten. Beide Gruppen durften sich vier Wochen lang nach Herzenslust in den Laufrädern in ihren Käfigen austoben. Täglich kamen sie so auf eine Rennstrecke von mehr als zweieinhalb Kilometern. Anschließend brachten die Fachleute den Mäusen bei, in einem kleinen Pool zu einer Plattform zu schwimmen, auf die sie klettern konnten. Das Wasser war weiß gefärbt und damit undurchsichtig. Die Mäuse konnten ihr Ziel, das sich knapp unter der Oberfläche des Pools immer an derselben Stelle befand, also nicht sehen. Sie mussten sich dazu auf ihr Gedächtnis verlassen. Das Trainingsprogramm erstreckte sich über sieben Tage. Am Ende gelang es allen Tieren, die verborgene Plattform auf direktem Wege zu erreichen.

Doch wie lange konnten sie sich die Route merken? Um diese Frage zu beantworten, entfernten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Podest. Zunächst untersuchten sie Nager, die Cathepsin B herstellen konnten: Die Mäuse peilten noch 48 Stunden nach der letzten Trainingssession zielstrebig die Stelle an, an der sie die Plattform vermuteten. Anders die Mäuse ohne das Protein: Sie irrten bereits 24 Stunden nach Ende des Trainings ziellos durch das Wasser. Eine Vergleichsgruppe, die zwar Cathepsin B produzierte, aber in den vier Wochen zu Beginn der Studie keinen Sport getrieben hatte, lag hinsichtlich der Gedächtnisleistung dazwischen: Sie erinnerte sich immerhin 24 Stunden lang an den Ort der Plattform.

Altbekanntes Molekül mit überraschender Wirkung

Bewegung fördert also das Erinnerungsvermögen – aber nur dann, wenn der Körper Cathepsin B herstellen kann. Dass diese Ergebnisse auch für den Menschen gelten könnten, zeigt ein weiteres Experiment: Van Praag und ihr Team ließen Versuchspersonen vier Monate lang auf einem Laufband trainieren. In der Folge erhöhte sich die Cathepsin-B-Konzentration in ihrem Blut. Je stärker sie zunahm, desto besser schnitten die Teilnehmer bei einem Gedächtnistest ab, den sie vor und nach dem Trainingsprogramm absolvierten.

Es gibt aber noch mehr Myokine, die offenbar den BDNF-Spiegel im Gehirn beeinflussen können. Eines davon ist Laktat, das Salz der Milchsäure. Das kleine Molekül entsteht, wenn die Muskeln ihren Energiebedarf nicht komplett durch Oxidation von Nährstoffen decken können. Stattdessen verstoffwechseln die Zellen Glukose dann ohne Sauerstoff, also anaerob. Dass dabei Laktat anfällt, kann man bei starker Anstrengung sogar spüren: Da das Molekül das Gewebe ansäuert, macht es sich oft durch brennende Muskeln bemerkbar. Mit Muskelkater am folgenden Tag hat es allerdings nichts zu tun, auch wenn diese Vorstellung früher verbreitet war.

»Laktat ist momentan ein heißes Thema in der Myokin-Forschung«Beate Zunner, Sport- und Ernährungsmedizinerin

»Laktat ist momentan ein heißes Thema in der Myokin-Forschung«, sagt die Bayreuther Medizinerin Beate Zunner. »Und zwar unter anderem deshalb, weil es die Blut-Hirn-Schranke durchdringen kann.« Diese verhindert, dass schädliche Moleküle, Bakterien oder Viren aus dem Körperkreislauf durch die Wand der Hirngefäße ins Gehirn gelangen. Die Adern, die unser Denkorgan mit Sauerstoff und Energie versorgen, sind dazu mit speziellen Epithelzellen ausgekleidet. Sie dichten die Gefäße hermetisch ab und lassen nur ganz bestimmte Substanzen durch.

Laktat als Tablette?

Cathepsin B gehört zu diesem ausgewählten Kreis; Laktat ebenfalls. Das Salz der Milchsäure ist im Gehirn sogar ausgesprochen begehrt, da es noch immer sehr viel Energie enthält. Es ist daher eine ausgezeichnete Nervennahrung. Doch nicht nur das: Wenn Neurone im Hippocampus Laktat aufnehmen, setzt das einen Signalweg in Gang, der die Aktivität des BDNF-Gens ankurbelt. »Viele Arbeitsgruppen untersuchen daher gerade, ob man Laktat nicht auch als Tablette oder Infusion verabreichen könnte, um so die Hirnleistung zu verbessern«, erläutert Zunner.

Das Ziel: die positiven Effekte von Sport nutzen, ohne selbst aktiv zu werden. Dabei hat man nicht unbedingt die Couchpotatos im Blick, denen schon der Gang zum Kühlschrank lästig ist. Es geht eher um Menschen, die nicht – oder nicht ausreichend – Sport treiben können, etwa aus Altersschwäche, weil sie bettlägerig sind oder dement. »Ob eine Laktat-Pille tatsächlich funktioniert, bleibt abzuwarten«, meint Zunner. Sie selbst ist diesbezüglich etwas skeptisch: »Bisher gab es bei solchen Ansätzen immer irgendwelche Nebenwirkungen, die man davor gar nicht auf dem Schirm hatte. Ich befürchte daher, dass an Sport kein Weg vorbeiführt – der Körper lässt sich nur begrenzt hinters Licht führen.«

Auch das Myokin Irisin kann vermutlich die Blut-Hirn-Schranke durchdringen und im Hippocampus die BDNF-Produktion anstoßen. Irisin entsteht aus einem Protein, das in der Membran vieler Körper- und Gehirnzellen vorkommt, vor allem aber in der von Muskelzellen. Wenn diese kontrahieren, geben sie Irisin in ihre Umgebung ab. Vermutlich kann es dann über das Blut ins Gehirn gelangen.

Irisin ist in den letzten Jahren unter anderem in den Fokus der Alzheimer-Forschung gerückt. Denn bei Betroffenen ist der Spiegel des Myokins im Hippocampus oft auffallend verringert. »Der Hippocampus gehört zudem zu den ersten Strukturen, die bei Patientinnen und Patienten degenerieren«, betont Henriette van Praag. Im Labor wird die Erkrankung oft an Mäusen erforscht, die aufgrund genetischer Änderungen Alzheimer-ähnliche Schäden im Gehirn entwickeln. In einem Experiment an der Harvard Medical School hat man solchen Tieren ein Virus mit dem Irisin-Gen gespritzt. Dadurch produzierte ihre Leber permanent große Mengen des Moleküls und gab sie ins Blut ab. Bei den so behandelten Nagern verbesserte sich das Erinnerungsvermögen deutlich. Dazu passt die Beobachtung, dass regelmäßige Bewegung die Wahrscheinlichkeit einer Demenz ganz erheblich reduzieren kann. Wer etwa in der Lebensmitte zwei- bis dreimal wöchentlich Sport treibt, senkt damit sein Erkrankungsrisiko im Alter um mehr als die Hälfte, wie eine Studie aus Schweden zeigt.

Hoffnung auf Gentherapie gegen geistigen Abbau

Möglicherweise lässt sich eines Tages geistiger Abbau mit einer Gentherapie bremsen, die die Bauanleitung für Irisin in den Körper einschleust. Auch als Hoffnungsträger gegen Parkinson wird das Myokin gehandelt: In Zellkulturen und Tierexperimenten konnte es die Bildung des toxischen Proteins Alpha-Synuclein verhindern. Letzteres kann Neurone so sehr schädigen, dass sie absterben. Bei der Parkinson-Erkrankung sind davon in erster Linie Nervenzellen in der Substantia nigra betroffen, einer Region, die an der Planung von Bewegungen mitwirkt. Das erklärt das Muskelzittern und andere motorische Störungen, die für die Erkrankung charakteristisch sind.

Bewegung erhält nicht nur die Leistungsfähigkeit unseres Gehirns – sie hat auch einen großen Einfluss auf unsere Stimmung. Regelmäßiger Sport gilt sogar als eine effektive Maßnahme gegen Depressionen. Das liegt wohl ebenfalls zumindest zum Teil an Botenstoffen, die von den Muskeln gebildet werden. So scheint bei der Entstehung von Depressionen das Neurotoxin Kynurenin eine wesentliche Rolle zu spielen. Es entsteht vor allem bei chronischem Stress: Wer ständig unter Strom steht, dessen Körper setzt einen Stoffwechselweg in Gang, der die Aminosäure Tryptophan zu Kynurenin abbaut. Das Molekül kann durch die Blut-Hirn-Schranke ins Gehirn gelangen, dort Nervenzellen abtöten und Entzündungen hervorrufen. Wenn wir Sport treiben, produziert unsere Muskulatur jedoch Enzyme, die Kynurenin zu Kynureninsäure umsetzen. Kynureninsäure kann die Blut-Hirn-Schranke nicht durchqueren und dort daher auch keinen Schaden anrichten.

Auch Irisin soll bei Depressionen helfen, und zwar gleich auf mehreren Wegen. So vermuten Fachleute, dass es den Energiestoffwechsel im Gehirn normalisiert, der bei Betroffenen oft gestört zu sein scheint. Darüber hinaus unterdrückt Irisin entzündliche Veränderungen im Gehirn, die bei Depressiven häufig auftreten, und schützt die Nervenzellen vor Schäden durch oxidativen Stress.

»Es ist unumstritten, dass eine Sport- und Bewegungstherapie bei fast allen psychischen Erkrankungen die Symptome verbessern kann«Frank-Gerald Pajonk, Psychiater

Das Gehirn depressiver Menschen produziert zudem oft weniger BDNF als normal. Antidepressiva stimulieren die Produktion dieses Nervenwachstumsfaktors, was zumindest zum Teil ihre stimmungsaufhellende Wirkung erklärt. Da Irisin und andere Myokine ebenfalls die BDNF-Ausschüttung anregen, wirken sie wahrscheinlich ähnlich auf den Gemütszustand. »Bei Depressionen beobachten wir regelmäßig, dass die neuronale Vernetzung zurückgeht«, erklärt Frank-Gerald Pajonk, außerplanmäßiger Professor für Psychiatrie an der Technischen Universität München. »Die Nervenzellen ziehen gewissermaßen ihre Axone ein, so wie Schnecken, die in ihrem Haus Schutz suchen.« Treibe man Sport, bringe der freigesetzte Wachstumsfaktor Nervenzellen wieder dazu, auszusprossen und vermehrt Synapsen zu bilden.

Fahrradfahren schlägt Tischfußball

Pajonk war vor 15 Jahren an einer Veröffentlichung beteiligt, deren Ergebnisse ihn ein Stück weit selbst überraschten. Zusammen mit Kolleginnen und Kollegen hatte er gezeigt, dass Ausdauertraining selbst bei schwersten psychiatrischen Erkrankungen erstaunlich positive Wirkungen entfalten kann. »Ausgangspunkt waren die Mausexperimente von Henriette van Praag zum Einfluss von Bewegung auf den BDNF-Spiegel und die Nervenzellen im Hippocampus«, erinnert er sich. »Wir wussten damals bereits, dass bei Menschen mit Schizophrenie der Hippocampus in der Regel deutlich kleiner ist als bei Gesunden. Daher haben wir uns gefragt, ob sportliche Betätigung nicht auch dieser Gruppe helfen kann.« Als Testpersonen dienten dem Team 16 Patienten. Acht davon strampelten dreimal wöchentlich für jeweils eine halbe Stunde auf einem Fahrrad-Ergometer. Die anderen acht spielten derweil Tischfußball. Nach drei Monaten hatte sich der Hippocampus der Fahrradfahrer im Schnitt um satte zwölf Prozent vergrößert. In der Tischfußball-Gruppe ließ sich dagegen kein Volumenunterschied feststellen.

Durch das regelmäßige Ergometer-Training verbesserte sich auch das Kurzzeitgedächtnis der Testpersonen. »Zudem haben wir noch weitere Veränderungen festgestellt, die wir allerdings nicht veröffentlicht haben, weil sie eher qualitativer Natur waren«, sagt Pajonk. So hätten sich die Radfahrer am Ende der Studie besser um sich gekümmert – also etwa mehr Wert auf ihr Äußeres gelegt, auf Kleidung und Hygiene. Und sie seien sozial aktiver geworden; sie hätten beispielsweise alte Beziehungen reaktiviert. Die Zahl der Versuchspersonen ist jedoch sehr klein; man darf diese Ergebnisse daher nicht überbewerten. »Dennoch ist heute unumstritten, dass eine Sport- und Bewegungstherapie bei fast allen psychischen Erkrankungen die Symptome verbessern kann«, betont der Psychiater.

»Wenn Teenager aktiv sind – zu einer Zeit, zu der ihr Gehirn noch sehr plastisch ist –, dann bauen sie Resilienz für ihr späteres Leben auf«Henriette van Praag, Biomedizinerin

Unsere Muskulatur ist eine Art natürliche Apotheke. Und ihre Wirkstoffe helfen uns nicht nur, wenn wir bereits krank sind. Wir sollten sie ruhig auch vorbeugend nutzen. Studien deuten darauf hin, dass sich sportliche Betätigung in der Jugend bis ins hohe Alter positiv auswirken kann. »Wenn Teenager aktiv sind – zu einer Zeit, zu der ihr Gehirn noch sehr plastisch ist – , dann bauen sie damit Resilienz für ihr späteres Leben auf«, meint van Praag. Ungeachtet dessen hält sie es für wichtig, an Wirkstoffen zu forschen, mit denen sich die positiven Einflüsse muskulärer Bewegung reproduzieren lassen. »Wenn wir verstehen, was der Körper genau macht, gelingt es uns vielleicht, diese Prinzipien therapeutisch zu nutzen.«

Von welchem Sport profitiert das Gehirn am meisten?

Noch nicht endgültig beantwortet ist die Frage, welche Art von Sport die größten Effekte auf das Gehirn hat. Lange Zeit hat sich Forschung vor allem auf die Wirkung von Ausdauertraining fokussiert: Schwimmen, Radfahren, Laufen. »Inzwischen zeigt sich aber immer mehr, dass auch Krafttraining messbare Vorteile bringt«, betont die Bayreuther Sport- und Ernährungsmedizinerin Beate Zunner. »Und zwar unter anderem deshalb, weil dadurch die Muskeln wachsen und so mehr Myokine herstellen können.« Joggen oder Liegestütze? Für Zunner lautet die Antwort: am besten beides.

»Beim Ausdauertraining ist die Dosis entscheidend: mindestens dreimal pro Woche je 30 Minuten, darunter wird es wahrscheinlich nichts bringen«Frank-Gerald Pajonk, Psychiater

Frank-Gerald Pajonk sieht das ähnlich. »Beim Ausdauertraining ist allerdings die Dosis entscheidend – mindestens dreimal pro Woche je 30 Minuten, darunter wird es wahrscheinlich nichts bringen«, sagt er. Wichtig scheine es auch zu sein, sich nicht zu lange im anaeroben Bereich aufzuhalten, also sich nicht dauernd völlig auszupowern, denn sonst sinke die Produktion der Myokine wieder. Er gebe seinen Patientinnen und Patienten immer eine Faustregel mit auf den Weg: »Sie sollen schwitzen, dabei aber noch singen können.«