Was Sport im Gehirn bewirkt

Wenn Stefan Schneider in seiner Freizeit joggen geht, erlebt er ganz existenziell, was er als Wissenschaftler mühsam zu erforschen versucht: Sport tut gut – und zwar nicht nur dem Körper, sondern auch der Seele. Bewegung baut Stress ab und macht den Kopf frei für neue gedankliche Herausforderungen. Das beobachtet der Neurowissenschaftler auch an Schulkindern: „Wenn Sie die mal rauslassen, damit sie sich austoben, dann können Sie danach ganz anders mit ihnen arbeiten.“

Schneider erforscht am Institut für Bewegungs– und Neurowissenschaft der Deutschen Sporthochschule in Köln die positiven Auswirkungen von Bewegung auf Körper und Geist. Und damit ist er nicht allein: Dass Sport derartige Effekte hat, haben in den vergangenen Jahren zahlreiche Studien bestätigt. So unterzogen etwa Ulmer Neurowissenschaftler um Sanna Stroth, die mittlerweile an der Heinrich-​Heine Universität in Düsseldorf forscht, junge Erwachsene einem mehrwöchigen Ausdauer-​Lauftraining. Resultat: Verbesserungen im visuell-​räumlichen Gedächtnis, bei der Konzentrationsfähigkeit und der Stimmung. „Laufen macht schlau“, betitelten die Forscher ihre Studie. Und die Langzeituntersuchung „Bewegtes Alter“ an der Jacobs University Bremen ergab: Regelmäßiger Sport kann die Leistungsfähigkeit des Gehirns von Senioren deutlich steigern ▸ Drei Fronten gegen Demenz.

Andere Studien kommen zu ähnlichen Ergebnissen. So herrscht weitgehend Konsens darüber, dass Sport bei der Behandlung von Depressionen hilft. Und die kognitiv leistungsfördernde Wirkung körperlichen Trainings wurde durch eine Meta-​Analyse im Jahr 2010 bestätigt, die knapp 30 zuvor veröffentlichte Einzelstudien zur Wirkung von Ausdauertraining in der Zusammenschau auswertete. Demnach sorgt die regelmäßige Bewegung für eine leichte Verbesserung der Aufmerksamkeit, der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Erinnerung.

Der Neurowissenschaftler Stefan Schneider will allerdings mehr erreichen, als solche positiven Effekte nur festzustellen – er will herausfinden, warum und wie Sport sich neuronal auswirkt. Methodisch ist das nicht einfach. „Mit Gehirnforschung verbindet man ja immer die bunten Bilder aus dem Kernspintomografen“, erklärt der Bewegungsforscher. „Das Problem ist nur: Dafür muss man ruhig in der Röhre liegen. Mehr als Handbewegungen können Sie da nicht untersuchen.“ Zudem könnten die Aufnahmen nur dort gemacht werden, wo auch ein Kernspingerät mit seinen tonnenschweren Magneten steht – und die finden sich meist in Krankenhäusern.

Schneider will dagegen dort messen, wo Sport normalerweise getrieben wird. „Gerade wenn es um psychische Befindlichkeiten geht, macht es schließlich einen Unterschied, ob Sie auf dem Laufband im Labor joggen oder im Wald bei Sonnenuntergang“, sagt er. Schneider setzt deshalb vor allem auf EEG-​Messungen, welche die elektrische Aktivität im Gehirn durch Elektroden auf der Kopfhaut aufzeichnen. Die komplette Ausrüstung dafür – einschließlich spezieller Infrarot-​Sensoren, die zusätzlich die Durchblutung in den äußeren Gehirnschichten messen – steckt in einer Transportbox, nicht größer als ein großer Reisekoffer. Ein Aufkleber verrät, dass die Geräte schon auf Parabelflügen des Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt dabei waren, um Gehirnströme in der Schwerelosigkeit aufzuzeichnen.

Ist der Kopf des Probanden erst einmal vermessen, ist ein EEG relativ schnell aufgezeichnet: Die Versuchsperson setzt eine Art weiße Gummibademütze auf, in die Elektroden integriert sind. An jeder Elektrode wird per Spritze Gel unter die Kappe injiziert, bis eine grüne Leuchtdiode ausreichenden elektrischen Kontakt zur Kopfhaut signalisiert.

Misst die Elektrode Spannungsschwankungen an der Kopfhaut, leitet sie ein entsprechendes Signal an eines von zahlreichen winzigen Schaltkästchen, mit denen die Außenseite der Badekappe übersät ist. Die elektronischen Schaltungen sorgen für eine Verstärkung der Signale direkt an der Elektrode – und nicht wie bei herkömmlichen EEG-​Geräten am anderen Ende des Kabels. So verhindern sie, dass jede Bewegung des Kopfes und der Kabel unerwünschte Zacken in der Messkurve hervorruft.

Bei der Analyse der Daten hilft ein „Elektrotomografie“ genanntes Software-​Verfahren. „Nach dem gleichen Prinzip wie beim GPS, mit dem Sie die Position auf der Erde mithilfe mehrerer Satelliten berechnen, können Sie dank der vielen Elektroden nicht nur die elektrische Aktivität messen, sondern auch bestimmen, wo im Gehirn sich etwas tut“, sagt Schneider. So erhält der Forscher nicht nur zittrige EEG-​Kurven, sondern auch Aktivierungsbilder des Gehirns in drei Dimensionen.

Schneider und seine Mitarbeiter haben die Gummikappen beispielsweise jüngeren Joggern aufgesetzt, während diese auf dem Laufband laufen, in die Pedale eines Fahrrad-​Ergometers treten und sich am Armkurbel-​Ergometer verausgaben mussten. Bei den Joggern zeigen die so entstandenen Bilder etwa, dass die Intensität der Beta-​Wellen des EEG in bestimmten Bereichen des präfrontalen Cortex nach dem Sport signifikant verringert ist – die geistige Aktivität in diesem Bereich also reduziert ist.

Dies passt zu Theorien, die davon ausgehen, dass Anstrengung das Aktivitätszentrum im Cortex verschiebt: Statt für kognitive und emotionale Prozesse werden die Ressourcen demnach zunehmend in Regionen gebraucht, die etwa für Muskulatur, Atmung und Körperwahrnehmung zuständig sind. „Sie können sich das vorstellen wie bei einem Windows-​Rechner, wenn sich zu viele Prozesse im Speicher angesammelt haben“, erklärt Schneider: „Damit er wieder flüssig läuft, hilft nur, ihn herunterzufahren und neu zu starten.“

Und noch auf einen weiteren Erklärungsansatz verweist der Forscher: Die Absenkung der Aktivität im präfrontalen Cortex sei mit dem aus der Motivationsforschung bekannten Flow-​Zustand verwandt. Unter „Flow“ verstehen Psychologen das wohlige Aufgehen in einer Tätigkeit, eine Art energiegeladenen Schaffensrausch, der einen genau auf dem schmalen Grat zwischen Unter– und Überforderung entlangführt.

Der beschriebene Entlastungseffekt stellte sich in dem Versuch allerdings nur beim Laufen ein – und auch nur, wenn sich die Probanden relativ stark verausgabten. Langsameres Laufen sowie die anderen Sportarten bewirkten nichts dergleichen. Schneider sieht sich dadurch in seiner Vermutung bestätigt, dass es von der einzelnen Testperson, ihren Präferenzen und ihrer Leistungsfähigkeit, letztlich also von sehr vielen Parametern abhängt, ob sich positive psychische Effekte einstellen und nachweisen lassen.

Das würde nicht nur erklären, warum Versuche von Bewegungs-​Neurowissenschaftlern bisher teils widersprüchliche Ergebnisse zu liefern scheinen. Es würde auch unterstreichen, dass Stefan Schneider mit dem Fernziel seiner Forschung richtig liegt. Der Neurowissenschaftler, der Sport und Theologie studiert hat, sorgt sich nämlich um die Folgen des heute verbreiteten Bewegungsmangels. „Übergewicht, Herz-​Kreislauf-​Erkrankungen, Diabetes, auch mentale Krankheiten – das alles hat stark zugenommen, seit immer weniger körperlich gearbeitet wird“, sagt Schneider. Aber obwohl alle um den gesundheitlichen Nutzen wüssten, gelinge es bisher bei vielen Menschen nicht, sie dauerhaft zum Sport zu motivieren: „Wem es keinen Spaß macht, der steigt schnell wieder aus.“

Schneider schwebt vor, ausgehend von neurophysiologischen Parametern wie dem EEG ein individuelles Sport-​Profil zu bestimmen – „eine Diagnostik, um einem Menschen schon im Voraus zu sagen, welche Art und Intensität von Bewegung ihm auch psychisch so richtig gut tun wird“. So könnte die wissenschaftlich-​technische Entwicklung, nachdem sie körperliche Aktivität weitgehend abgeschafft hat, eines Tages vielleicht doch wieder für ein ausreichendes Maß an Bewegung sorgen.

zum Weiterlesen:

• Boecker, Henning; Hillman Charles H.; Scheef, Lukas; Strüder, Heiko K. (Hg): Functional Neuroimaging in Exercise and Sport Sciences, New York 2012
• Sporthochschule Köln; URL: www​.dshs​-koeln​.de [Stand 30.7.2013]; zur Webseite