Chicago, Illinois
Schluss mit dem Morgenkaffee und der Meditation: Für etwa 75 Tage über den Verlauf eines Jahres umfasste das Morgenritual der Neurowissenschaftlerin Carina Heller das Eintauchen in den Gehirnscanner ihrer Universität um 7:30 Uhr und das perfekte Stillliegen für anderthalb Stunden – ohne dabei einzuschlafen. Nach ihrer Schätzung ist sie somit die meistgescannte Frau in der Wissenschaft.
Doch es war nicht der Titel, den sie anstrebte. Hellers Ziel war es, zu katalogisieren, wie ihr Gehirn während ihres Menstruationszyklus sowohl mit als auch ohne orale Kontrazeptiva verändert. Ihre Erkenntnisse deuten darauf hin, dass sich die Gehirnstruktur und -verbindungen täglich im natürlichen Zyklus ändern und durch Antibabypillen beeinflusst werden, so die vorläufigen Ergebnisse, die auf der diesjährigen Jahrestagung der Society for Neuroscience präsentiert wurden.
Heller gehört zu einer Gruppe von Forscherinnen für Frauengesundheit, die es leid sind, auf dürftige Daten in einem chronisch unterforschten Bereich zu warten und die die Sache selbst in die Hand genommen haben, indem sie in eine Gehirnabbildungsmaschine stiegen. Mehr Daten könnten Frauen und ihren Ärzten mehr Entscheidungsfreiheit geben, um „besser informierte Entscheidungen zu treffen, ob sie das Medikament einnehmen wollen oder nicht“, und welche spezifischen Formulierungen am besten geeignet sind, so Heller, die an der Universität von Minnesota in Minneapolis tätig ist.
„Sie hat sich einer rigorosen Selbstexperimentierung unterzogen und sich der Wissenschaft hingegeben“, sagt Emily Jacobs, Neurowissenschaftlerin an der Universität von Kalifornien, Santa Barbara, die mit Heller arbeitet. „Und als Ergebnis haben wir nun ein besseres Verständnis des menschlichen Gehirns.“
Forschungslücken
Orale Kontrazeptiva enthalten häufig synthetische Varianten von einem oder zwei Hormonen, die der Körper natürlich produziert: Progesteron und Östrogen. Diese Hormone verhindern auf verschiedene Weise eine Schwangerschaft, unter anderem indem sie die Eierstöcke daran hindern, ein Ei freizusetzen.
Die US-Regulierungsbehörden genehmigten die erste orale Kontrazeption im Jahr 1960. Innerhalb von zwei Jahren nahmen mehr als eine Million Menschen „die Pille“ ein, wie sie bekannt wurde. Heute nehmen weltweit mehr als 150 Millionen Menschen im gebärfähigen Alter orale Kontrazeptiva, was sie zu den meistverwendeten Medikamenten der Welt macht. Viele nehmen die Pille aus Gründen ein, die nicht mit der Empfängnis zusammenhängen, wie z.B. zur Bekämpfung von Akne, zur Regulierung des Menstruationszyklus oder zur Linderung von Menstruationssymptomen und Migräne.
Jahrzehnte von Daten über diese Medikamente deuten darauf hin, dass sie im Allgemeinen sicher sind, jedoch deren Auswirkungen auf das Gehirn nicht ausreichend untersucht wurden. Zum Beispiel berichten einige Personen, dass sie eine reduzierte Depression und Angstzustände erleben, während andere finden, dass sich diese Symptome verschlimmern – und es bleibt unklar, warum das so ist.
Viele Menschen beginnen während der Pubertät mit der Einnahme der Pille, einem entscheidenden Zeitpunkt für die Reifung des Gehirns. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie sie sich auf die neurokognitive Entwicklung auswirkt, sagt Kathryn Lenz, Verhaltensneurowissenschaftlerin an der Ohio State University in Columbus.
Das anpassungsfähige Gehirn
Die meisten Neuroimaging-Experimente verwenden die Magnetresonanztomographie (MRT), um die Gehirne von 10 bis 30 Teilnehmern nur einmal oder zweimal zu scannen, was kostspielig ist. Dieser Ansatz berücksichtigt jedoch nicht die täglichen Variationen in der Gehirnstruktur und -verbindungen.
Eine wachsende Zahl von Neuroimaging-Studien verwendet stattdessen eine Technik namens „dichte Probennahme“, bei der Forscher einen einzigen oder einige Teilnehmer wiederholt scannen, um einen hochauflösenden Datensatz zu erstellen. Dichte Probennahme erfasst Beobachtungen, die sonst übersehen werden könnten, jedoch führt die kleine Stichprobengröße zu einer begrenzten Verallgemeinerbarkeit der Ergebnisse auf größere Populationen.
Trotzdem könnten Forscher durch den Vergleich von Datensätzen zwischen Teilnehmern – insbesondere solchen, die unterschiedliche Reaktionen auf die Pille haben – herausfinden, was die verschiedenen Nebenwirkungen antreibt.
Mit diesem Ansatz scannte Heller sich über einen Zeitraum von 5 Wochen 25 Mal und erfasste Bilder in verschiedenen Phasen ihres natürlichen Menstruationszyklus. Einige Monate später begann sie mit der Einnahme von oralen Kontrazeptiva und wartete dann 3 Monate, bevor sie sich weitere 25 Mal in 5 Wochen scannte. Zu diesem Zeitpunkt hörte Heller auf, die Pille zu nehmen, wartete weitere 3 Monate und scannte sich ein letztes Mal 25 Mal über 5 Wochen. Außerdem ließ sie Blut abnehmen und führte nach jedem Scan eine Umfrage über ihre Stimmung durch.
Heller fand ein rhythmisches Muster von Veränderungen im Gehirnvolumen und der Konnektivität zwischen den Hirnregionen im Verlauf ihres Menstruationszyklus, wobei das Volumen und die Konnektivität während der Einnahme oraler Kontrazeptiva leicht zurückgingen. (Ein höheres Gehirnvolumen oder eine höhere Konnektivität bedeutet nicht zwingend eine verbesserte Gehirnfunktion und umgekehrt.)
Dieses Muster kehrte weitgehend in seinen vorherigen Zustand zurück, nachdem sie die Medikation abgesetzt hatte, was zeigt, dass das Gehirn „sehr anpassungsfähig“ ist, sagt Laura Pritschet, die ihre Graduate-Arbeit mit Jacobs durchgeführt hat und nun kognitive Neurowissenschaftlerin an der University of Pennsylvania in Philadelphia ist.
Ein wachsendes Netzwerk
Heller ließ sich von einer Studie inspirieren, bei der Pritschet ihr eigenes Gehirn 30 Tage lang während ihres natürlichen Menstruationszyklus und weitere 30 Tage während der Einnahme oraler Kontrazeptiva scannte. Dies war Teil eines Projekts, das Pritschet 28andMe nennt: Der Name ist eine Anspielung auf das Verbraucher-Genetikunternehmen 23andMe in Südkalifornien und die 28 Tage in einem klassischen Menstruationszyklus.
Daten aus Pritschets Projekt zeigten, dass höhere Östrogenspiegel bestimmte wichtige Gehirnnetzwerke dazu anregen, funktionell stärker miteinander verbunden zu sein 1. Eines davon war das „Default Mode Network“, das während des Tagträumens aktiv ist und an Gedächtnisprozessen beteiligt ist. Progesteron hatte den gegenteiligen Effekt. Pritschet scannte auch ihren Ehemann über 30 aufeinanderfolgende Tage in einem Spin-off-Projekt namens 28andHe, um die Auswirkungen von Hormonfluktuationen im männlichen Gehirn zu verstehen 2.
Als nächstes plant Heller, ihre Daten mit denen einer Frau mit Endometriose zu vergleichen, einer schmerzhaften Erkrankung, die bis zu 10 % der Frauen im gebärfähigen Alter betrifft, um zu verstehen, ob Hormonfluktuationen im Gehirn diese Bedingung antreiben könnten.
Diese Datensätze werden „uns einen wirklich faszinierenden Einblick in die Beziehung zwischen hormonellem Status und subtilen Veränderungen in der Gehirnstruktur und den Verhaltensfunktionen geben“, sagt Lenz.
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Pritschet, L. et al. Neuroimage 220, 117091 (2020).
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Grotzinger, H. et al. J. Neurosci. 44, e1856232024 (2024).
