Temperaturen bis zu minus 50 Grad Celsius, anhaltende Dunkelheit, kaum Privatsphäre und Rückzugsmöglichkeiten, immer die gleichen Gesichter - und eine schnelle Abreise unmöglich. Extreme Umweltbedingungen wie diese können deutliche Auswirkungen auf das Gehirn haben. Das haben deutsche Forscher bei Teilnehmern einer Polarexpedition nachgewiesen. Dieses Problem könnte auch für Raumfahrtmissionen relevant sein, schreiben die Wissenschafter der Berliner Charité und des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung im "The New England Journal of Medicine".

Bei Menschen, die sich 14 Monate auf der Neumayer-Station III in der Antarktis aufhielten, seien Verkleinerungen in Teilbereichen des Hippocampus festgestellt worden, die für Gedächtnis und räumliches Denken zuständig sind.

Die Probanden, fünf Männer und vier Frauen, waren neun Monate auf sich allein gestellt. Vor, während und nach der Mission absolvierten sie eine Reihe von computergestützten Kognitionstests. Mit diesen wurden etwa die Konzentrationsfähigkeit, die Gedächtnisleistung, die Reaktionsfähigkeit und das räumliche Denken überprüft. Im Blut wurde die Konzentration des sogenannten Wachstumsfaktors BDNF (brain-derived neurotrophic factor) - ein Protein, das sich stimulierend auf das Wachstum der Nervenzellen und Synapsen im Gehirn auswirkt - untersucht. Zudem wurden Magnetresonanztomografien durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit jenen einer Kontrollgruppe in Deutschland verglichen.

An- und Abreisen sind nur im arktischen Sommer möglich. - © Alfred-Wegener-Instiut/Thomas Steuer
An- und Abreisen sind nur im arktischen Sommer möglich. - © Alfred-Wegener-Instiut/Thomas Steuer

Unklar, was die Veränderungen auslöst

Bei den kognitiven Übungen gebe es für gewöhnlich eine Lerneffekt, erklärt Studienleiter Alexander Stahn der Charité in einer Aussendung. Je ausgeprägter die Gehirnveränderungen bei den Probanden gewesen seien, desto geringer sei ihre Lernkurve gestiegen. Angesichts des relativ jungen Alters von 25 bis 36 Jahren seien die Veränderungen im Gehirn überraschend stark ausgefallen. Für die Teilnehmer selbst seien sie nicht wahrnehmbar, zudem seien nicht alle neun Männer und Frauen in gleichem Maße betroffen gewesen, heißt es in der Studie.

Die Messungen ergaben, dass sich ein bestimmter Teilbereich des Hippokampus, der Gyrus dentatus, bei den Expeditionsteilnehmern nach Expeditionsende im Vergleich zur Kontrollgruppe verkleinert hatte.  Er spielt für die Festigung von Gedächtnisinhalten und das räumliche Denken eine wichtige Rolle. Die Veränderungen gingen dabei mit einer Verringern des Wachstumsfaktor BDNF einher, berichtet das Forscherteam.

Was genau die Veränderungen im Gehirn auslöst, sei nicht klar. Zu den möglichen Faktoren zählten Reizarmut, wenige Sozialkontakte, schlechter Schlaf oder Probleme in der Gruppe. Er halte es für wichtig, nach Möglichkeiten zu suchen, dem Effekt vorzubeugen, betont Stahn. Langfristige negative Folgen erwartet er für die Betroffenen jedoch nicht: "Das Hirn ist in diesen Bereichen wahnsinnig anpassungsfähig. Ich gehe davon aus, dass diese Veränderungen reversibel sind." Bisher gebe es dazu aber keine Daten.

Die Forscher weisen darauf hin, dass ihre Studie mit neun Teilnehmern sehr klein sei und die Ergebnisse deshalb vorsichtig zu interpretieren seien. Tierversuche hätten aber schon mehrfach schädliche Effekte von monotoner Umwelt und sozialer Isolation fürs Gehirn gezeigt.

Analogmodell für die Raumfahrt

Hirnveränderungen wurden auch schon bei Raumfahrern festgestellt. Eine im Mai vorgestellte Studie hatte gezeigt, dass sich bei längeren Aufenthalten auf der Raumstation ISS Hohlräume im Gehirn vergrößern. Zu vermuten sei ein Zusammenhang mit dem häufig beobachteten Verlust von Sehschärfe bei Raumfahrern, berichteten die Wissenschafter damals im Fachblatt "Pnas". Zuvor hatten Mediziner bereits berichtete, dass es im Gehirn von Raumfahrern auch ein halbes Jahr nach der Rückkehr von Langzeit-Missionen noch "großflächige Volumenänderungen" gibt. Ob die Veränderungen relevant für das Denkvermögen der Raumfahrer sind, sei noch unklar.

Die vor zehn Jahren in Betrieb genommene Neumayer-Station III sei "ein extrem geeignetes Analogmodell für die Raumfahrt", sagt der Medizinisch-Logistische Koordinator der Station des Alfred-Wegener-Instituts, Tim Heitland. Auch Fragen zum Immunsystem und zur Gruppendynamik seien dort schon untersucht worden. Veränderungen des Gehirns seien zum Beispiel mit Blick darauf von Interesse, wie sich die räumliche Orientierung entwickle, wenn man Menschen zum Mars schicke.

Die Neumayer-Station ist ganzjährig besetzt: Über den Winter von etwa Ende Februar bis Anfang November seien es neun Leute, sagte Heitland, der selbst 16 Monate dort lebte. An- und Abreise seien wegen des Wetters in dieser Zeit nicht möglich. Im antarktischen Sommer kämen bis zu 60 Menschen, auch für kürzere Aufenthalte.

Wer auf der Station überwintere, werde vorher detailliert untersucht und durchlaufe eine mehrmonatige Vorbereitung, so Heitland. Kälte, Orkanwinde und acht Wochen im Jahr ohne Sonnenaufgang: "Der Ort an sich ist extrem, die Bedingungen sind hart." Dabei sei die Antarktis natürlich auch wunderschön. "Auf der Station kann man sich wohlfühlen, auch wenn es kein Luxushotel ist."

An sich selbst habe er nach der Rückkehr in die Zivilisation auch Veränderungen bemerkt, ohne die Ursachen zu kennen, schilderte Heitland. Plötzlich gebe es wieder Gerüche, Konsummöglichkeiten und Verkehr. "Nach 14 Monaten mit einer kleinen Gruppe im Eis ist es Wahnsinn, in Kapstadt am Flughafen zu stehen." (gral/apa)