Treibstoff für das Gehirn

Zufuhr von reinem Sauerstoff und Glukose steigert die kognitive Leistung

Das Gehirn ist ein Körperteil wie jedes anderes. Allerdings ist es ein Energievielfraß und benötigt für seinen Anteil von etwa 2 Prozent am Körpergewicht zwischen 20 und Prozent der gesamten Energie. Wenn man dem Gehirn mehr Brennstoff, also Sauerstoff oder Zucker, zuführt, lassen sich auch dessen Leistungen steigern.

Andrew Scholey, ein britischer Neurobiologe, erforscht schon seit längerem den Metabolismus des Gehirns und seine Auswirkungen auf die kognitiven Leistungen. Beim Stoffwechsel wird Glukose, der Blutzucker, aufgespalten, um die Verbindung Adenosintriphosphat (ATP) zu gewinnen. ATP vermag Energie zu speichern und wieder abzugeben, und mit ATP wird das Gehirn wie ein Motor mit Benzin angetrieben.

Da zu den Arealen, in denen höhere Leistungen erbracht werden, auch mehr Blut fließt und daher Sauerstoff und Glukose transportiert wird, kann man mit bildgebenden Verfahren auch sehen, bei welcher Aufgabe welche Gehirnbereiche am aktivsten sind. Mit der Positronen-Emissions-Tomographie(PET) markiert man Sauerstoff oder Glukose mit radioaktiven Atomen, die einen instabilen Kern besitzen und daher Positronen freigeben. Der Marker gelangt mit dem Blut zu den aktivsten Arealen. Die aus dem Zusammenstoß der Positronen mit den Elektronen anderer Verbindungen entstehende Gamma-Strahlung kann dann gemessen werden. Ein anderes Verfahren ist die funktionelle Kernspintomographie (fMRI), mit der man durch ein magnetisches Feld und Radiowellen die Eigenschaften des Hämoglobin erfasst, das den Sauerstoff im Blut transportiert.

Dass das Gehirn auf Sauerstoff und Glukose angewiesen ist, ist natürlich schon lange bekannt. Erhöhte Sauerstoffzufuhr wird für eine verbesserte kognitive Leistung verantwortlich gemacht. Scholey hatte schon 1997 eine Reihe von Untersuchungen mit erhöhter Zufuhr von reinem Sauerstoff durchgeführt und festgestellt, dass das Einatmen von Sauerstoff während einer Zeitspanne von 30 Sekunden das Kurzzeitgedächtnis stärkt und der Effekt 24 Stunden lang anhält. Die Versuchspersonen atmeten in einem Blindversuch entweder 30 Sekunden lang reinen Sauerstoff oder nur Zimmerluft (mit einem Sauerstoffanteil von 20 Prozent) und mussten dann Reihen von jeweils 15 Wörtern zuhören, die sie sechs Minuten später wiedergeben sollten. Diejenigen, die Sauerstoff inhaliert hatten, schnitten dabei doppelt so gut ab. Neben der Verbesserung des Kurzzeitgedächtnisses werden auch Aufmerksamkeit und Reaktionszeiten besser.

In einem neuen Versuch verabreichte Scholey, wie der Guardian berichtet, einer Gruppe von Studenten 30 Gramm Glukose. Der Test bestand darin, von einer zufällig vorgegebenen Ausgangszahl beginnen kontinuierlich jeweils 7 abzuziehen. Gegenüber der Vergleichsgruppe schnitten dabei die mit Glukose versorgten Studenten besser ab. Sie konnten zwei bis drei Rechnungen in der Minute mehr durchführen. Bei einem neuen Versuch mit einer einminütigen Zufuhr von reinem Sauerstoff konnten sich die Studenten an zwei bis drei Worte mehr als ihre Kollegen aus der Vergleichsgruppe erinnern. Auch die Versuchspersonen, die auf dem schwierigsten Level eines Tetris-Spiels Sauerstoff erhielten, waren "signifikant" besser als die anderen. Bei leichteren Levels ließen sich hingegen keine Unterschiede feststellen.

Je schwieriger die Aufgaben, so scheint es, desto mehr Sauerstoff oder Glukose wird nachgefragt. Das stimmt offenbar auch anders herum, denn Blutproben von Menschen, die gerade geistig schwierige Aufgaben erledigen, zeigen niedrigere Glukosewerte, weswegen Scholey glaubt, dass das Gehirn so viel vom Restkörper abzieht. Und eine zusätzliche Versorgung verbessert, wenn man es richtig macht, die kognitive Leistungsfähigkeit. "Selbst das esoterischste Gehirn gehorcht biologischen Gesetzen. Wenn man die für das Gehirn verfügbare Energiemenge hochsetzt, indem man einfach ein wenig mehr Treibstoff auf das Feuer gießt, kann man bis zu einem gewissen Grad kognitive Funktionen verbessern."

Beobachten konnten Scholey und Kollegen bessere Leistungen durch erhöhte kurzfristige Sauerstoffzufuhr nicht nur für das Kurzzeitgedächtnis und die Aufmerksamkeit, sondern auch für das Langzeitgedächtnis, den Umgang mit Worten oder mit Zahlen. Zwar ließ sich eine Verbesserung von kognitiven Leistungen bei älteren und jüngeren Menschen feststellen, aber die jüngeren scheinen stärker darauf anzusprechen. Es kommt allerdings auf die optimale Dosis, wenn vielleicht bald Schüler oder Studenten sich vor Prüfungen schnell einmal einen Sauerstoffschock aussetzen, um bessere Leistungen zu erzielen. Und wer dann zusätzlich noch Glukose nimmt ...

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