Darm sendet Belohnungssignale ans Gehirn – und bestimmt mit, welche Lebensmittel wir mögen

Warum schmeckt uns ein Lebensmittel irgendwann besser, obwohl sich an seinem Geschmack nichts verändert hat? Eine Antwort liegt im Darm. Er liefert dem Gehirn Informationen darüber, welche Nährstoffe der Körper aufgenommen hat. Diese Signale können beeinflussen, welche Lebensmittel wir künftig bevorzugen. Wissenschaftler haben nun einen Schaltkreis entdeckt, der Geschmack und Nährwert miteinander verbindet. Bei Mäusen konnten sie diesen Lernprozess sogar künstlich auslösen – ohne dass die Tiere dafür Nährstoffe aufnehmen mussten.

An der internationalen Studie war das Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung in Köln beteiligt. Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Nature. Die Wissenschaftler identifizierten einen Signalweg, der nach der Nährstoffaufnahme Dopamin in einer bestimmten Hirnregion freisetzt. Dieser Botenstoff hilft dem Gehirn, einen Geschmack mit der späteren Rückmeldung aus dem Darm zu verknüpfen. So können sich Geschmacksvorlieben entwickeln, obwohl sich die geschmacklichen Eigenschaften eines Lebensmittels nicht verändern.

Geschmacksvorlieben entstehen durch Signale aus Gehirn und Darm

Der erste Schluck schwarzer Kaffee ist für viele Menschen gewöhnungsbedürftig. Bitterkeit gilt als Warnsignal, denn zahlreiche giftige Pflanzenstoffe schmecken bitter. Trotzdem gehört Kaffee für Millionen Menschen zum Alltag. Neben dem Geschmack können auch Erfahrungen mit den körperlichen Folgen eines Getränks beeinflussen, wie gerne wir es später trinken. Welche Bedeutung dabei Koffein und andere Faktoren haben, wurde in den aktuellen Experimenten allerdings nicht untersucht.

Beim Essen erhält das Gehirn Informationen auf zwei unterschiedlichen Wegen. Die Geschmacksrezeptoren im Mund melden sofort, was auf der Zunge landet. Die Rückmeldung über den Nährwert trifft dagegen später ein. Besonders aufschlussreich war dabei ein Bereich des Gehirns, der an der Verarbeitung von Erfahrungen und Erinnerungen beteiligt ist.

Dopamin verbindet Geschmack und Nährstoffe

Dieser Bereich heißt basolaterale Amygdala und gehört zum Mandelkern des Gehirns. Bei Mäusen registrierten die Wissenschaftler dort eine anhaltende Freisetzung des Botenstoffs Dopamin, nachdem Nährstoffe in den Darm gelangt waren. Besonders ausgeprägt war die Reaktion in einem kleinen Bereich der linken Amygdala.

Anders als viele bekannte Dopaminsignale entstand diese Reaktion nicht unmittelbar nach einem Reiz. Sie entwickelte sich verzögert und hielt länger an. Das Gehirn erhielt damit auch dann noch eine Rückmeldung, wenn das Tier den Geschmack längst wahrgenommen hatte.

Mäuse verlieren die Fähigkeit, Geschmack und Kalorien zu verbinden

Wie entscheidend die Verbindung für das Lernen ist, ergaben gezielte Eingriffe in die entsprechenden Nervenzellen. Die Wissenschaftler unterbrachen den Dopamin-Signalweg bei Mäusen und untersuchten anschließend, ob die Tiere einen Geschmack mit dem Kaloriengehalt der Nahrung verknüpfen konnten.

Dabei traten zwei unterschiedliche Reaktionen auf:

• Die Nahrungsaufnahme blieb erhalten: Die Mäuse fraßen weiterhin normal, obwohl der Signalweg unterbrochen war.
• Das Lernen funktionierte nicht mehr: Die Tiere entwickelten keine entsprechende Vorliebe für einen Geschmack, den sie zuvor mit Kalorien hätten verbinden können.
• Künstliche Aktivierung genügte: Wurden bestimmte Dopamin-Nervenfasern gezielt stimuliert, lernten Mäuse eine solche Verbindung sogar ohne die dazugehörige Nährstoffaufnahme.

Künstliche Dopaminsignale verändern das Lernen

Für die künstliche Stimulation aktivierten die Wissenschaftler Dopamin-Nervenfasern, die in die vordere basolaterale Amygdala führen. Das Gehirn reagierte darauf, als hätte es eine entsprechende Rückmeldung über Nährstoffe erhalten. So ließ sich die Verbindung zwischen einem Geschmack und einem Nährstoffsignal gezielt herstellen.

Weitere Experimente machten die beteiligten Nervenzellen sichtbar. Mit einem speziellen Mikroskop beobachteten die Wissenschaftler einzelne Zellen in der linken Amygdala. Einige reagierten sowohl auf Geschmackseindrücke als auch auf später eintreffende Nährstoffinformationen. Wurden diese Zellen gezielt ausgeschaltet, konnten die Mäuse die entsprechende Verknüpfung nicht mehr lernen.

Auch beim Menschen reagiert die linke Amygdala

Ähnliche Reaktionen fanden sich auch im menschlichen Gehirn. Am Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung untersuchten Wissenschaftler mithilfe bildgebender Verfahren, wie das Gehirn auf aufgenommene Nährstoffe reagiert.

In einer Untersuchung erfassten sie die Dopaminfreisetzung nach dem Trinken eines Milchshakes. In einer weiteren verglichen sie die Gehirnaktivität nach dem Konsum einer Glukoselösung mit der Reaktion auf Wasser. Beide Untersuchungen deuteten auf eine Beteiligung der linken basolateralen Amygdala hin. Dort hatten bereits die Versuche mit Mäusen besonders ausgeprägte Reaktionen auf Nährstoffe ergeben.

Rechte und linke Gehirnhälfte reagieren unterschiedlich

Bei den Mäusen zeigte sich außerdem eine unterschiedliche Aufgabenverteilung zwischen den beiden Gehirnhälften. Signale, die unmittelbar beim Essen entstanden, waren stärker mit der rechten Amygdala verbunden. Auf die später eintreffenden Informationen aus dem Darm reagierte dagegen vor allem die linke Seite.

„Unser Gehirn verknüpft ständig Sinneseindrücke mit Informationen aus dem Körper“, erklärt Marc Tittgemeyer vom Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung. „Die Studie zeigt, wie Dopamin diese unterschiedlichen Informationen zusammenführt und dadurch Lernen ermöglicht. Besonders spannend ist, dass wir diesen Prozess nicht nur im Tiermodell, sondern auch beim Menschen nachweisen konnten.“

Die Verbindung zwischen Darm und Amygdala führt über spezielle Nervenzellen im Mittelhirn. Sie produzieren Dopamin und leiten ihre Signale an die für das Lernen zuständige Gehirnregion weiter. Aktiviert werden sie durch Informationen von Nährstoffsensoren im Darm.

„Wir konnten zeigen, dass dieses Dopaminsignal dazu beiträgt, dass wir bestimmte Lebensmittel mit der Zeit mögen lernen, und wir können sehen, wo und wie das im Gehirn geschieht“, sagt Zachary Knight von der University of California San Francisco, einer der leitenden Autoren der Studie.

Kurz zusammengefasst:

• Der Darm beeinflusst unsere Geschmacksvorlieben: Er meldet dem Gehirn, welche Nährstoffe die Nahrung enthält, und hilft ihm so zu lernen, welche Lebensmittel es bevorzugen soll.
• Dopamin verbindet Geschmack und Nährwert: Ein neu entdeckter Schaltkreis verknüpft den Geschmack auf der Zunge mit den später eintreffenden Signalen aus dem Darm.
• Ohne diesen Schaltkreis funktioniert das Lernen nicht: Mäuse konnten Geschmack und Kalorien nicht mehr miteinander verbinden; beim Menschen fanden Wissenschaftler Hinweise auf einen ähnlichen Mechanismus.

Übrigens: Nicht nur Nährstoffe beeinflussen die Kommunikation zwischen Darm und Gehirn. Auch die Stoffwechselaktivität bestimmter Darmbakterien hängt mit Botenstoffen zusammen, die an der Regulierung von Stimmung und Angst beteiligt sind. Mehr dazu in unserem Artikel über Darmbakterien und das Gehirn.

Bild: © Pexels