Können die Mikroben im Darm das Gehirn beeinflussen?



Lindsay Borthwick, Autorin und Redakteurin für die Kavli Foundation, trug dieses Artikels Leben Wissenschaft Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Die Billionen von Mikroben, die den menschlichen Körper, zusammenfassend bezeichnet das Mikrobiom bewohnen werden voraussichtlich zwei bis sechs Pfund wiegen – bis zu doppelt so schwer wie das durchschnittliche menschliche Gehirn. Die meisten von ihnen Leben im Darm und Darm, wo sie uns helfen, Nahrung zu verdauen, Vitamine zu synthetisieren und Infektionen abzuwehren. Neuere Forschungen auf das Mikrobiom hat aber gezeigt, dass sein Einfluss erstreckt sich weit über den Darm, einschließlich des Gehirns. In den letzten 10 Jahren haben Studien der Darm Mikrobiom zu einer Reihe von komplexen Verhaltensweisen wie Stimmung und Emotionen, Appetit und Sättigung, und sogar lernen und Gedächtnis verbunden. Nicht nur scheint der Darm Mikrobiom zur Aufrechterhaltung der Funktion des Gehirns, sondern es kann auch Einfluss auf das Risiko von psychiatrischen und neurologischen Störungen, einschließlich Angst, Depression und Autismus.

Die große Frage ist wie?

Vor kurzem brachte die Kavli Foundation zusammen drei Forscher an der Spitze dieser aufstrebenden Gebiet zu diskutieren das Mikrobiom-Gehirn-Verbindung und ob wir Störungen des Gehirns durch den Darm zu behandeln.

Die Teilnehmer waren:

Tracy Bale, Professor für Neurologie an der University of Pennsylvania School of Veterinary Medicine und Perelman School of Medicine. Sie untersucht die Auswirkungen von frühen pränatalen Stress auf die Entwicklung des fetalen Gehirns und hat gezeigt, dass dies teilweise durch das Mikrobiom vermittelt wird.

Christopher Lowry, ist Associate Professor in der Abteilung für Integrative Physiologie und Zentrum für Neurowissenschaften an der University of Colorado at Boulder und Direktor des Behavioral Neuroendokrinologie Labors. Lowry ist die Entwicklung neuer Strategien zur Vorbeugung und Behandlung von Angst und Depression, einschließlich der Verwendung von positiven Mikroben, die Leben im Darm.

Sarkis Mazmanian, ist Professor für Mikrobiologie an der California Institute of Technology und 2012 MacArthur Fellow. Ein Mikrobiologe und Immunologe durch Training, Mazmanian Studien wie das Gehirn, das Immunsystem und das Mikrobiom in Gesundheit und Krankheit interagieren, einschließlich ihrer Auswirkungen auf Autismus-Spektrum-Störung.

Am 15. Januar 2015 um 3:00 Uhr ET, begleiten Sie die Kavli Foundation für einen live-Webcast mit Christopher Lowry und Sarkis Mazmanian, in denen sie neue Entdeckungen über die Darmgehirn Microbiome Verbindung zu diskutieren und Ihre Frage zu beantworten. Senden Sie Ihre Fragen per E-mail jederzeit an [email protected] oder via Twitter mit dem Hashtag #KavliLive.

Das folgende ist eine editierte Abschrift einer Roundtable-Diskussion, die im Dezember 2014 per Telefonkonferenz stattfand. Die Teilnehmer haben bot die Gelegenheit, zu ändern oder bearbeiten Sie ihre Bemerkungen.

Die Kavli-Stiftung: Die Idee, dass die Mikroben leben in unserem Darm eine Wirkung auf das Gehirn haben ist relativ neu. Was haben Sie auf dem Weg zu dieser Beziehung zu studieren? Und wie hat sich Ihr Denken seither entwickelt?

Sarkis Mazmanian: Seit mehr als einem Jahrzehnt beschäftigt mein Labor die Interaktion zwischen Mikroben und das Immunsystem. Ich nahm diesen Weg in den letzten fünf Jahren, weil durch Gespräche mit Neurologen hier am Caltech, wurde mir klar, es gibt viele Parallelen zwischen immun- und Nervensystem. Zum Beispiel immun und Nervenzellen produzieren und spüren viele der gleichen Chemikalien. Da Mikroben eine tiefgreifende Wirkung auf das Immunsystem haben, fragte ich mich, ob sie eine Wirkung auf das Gehirn zu haben. Ich dachte, wir feststellen würden, dass Mikroben mit dem Gehirn über das Immune System interagieren. Aber die Daten, die wir bisher erstellt haben haben gezeigt, dass Mikroben mit dem Gehirn interagieren durch die Produktion von Molekülen, die Verhalten zu beeinflussen, ohne das Immunsystem zu verändern. Wenn wir einen immun-Link ausgeschlossen noch nicht, haben wir Mechanismen entdeckt, durch die mikrobielle Moleküle direkt mit dem Nervensystem interagieren können.

Christopher Lowry: Mein Labor studiert seit etwa 15 Jahren Interaktionen zwischen Bakterien, das Nervensystem und emotionales Verhalten. Wir haben beispielsweise festgestellt, dass Mäuse einen inaktivierten Bodenbakterium Mycobacterium Vaccae ausgesetzt erhöhen Produktion des Neurotransmitters Serotonin im Gehirn, die Antidepressiva-ähnliche Effekte hat.

Der Wendepunkt für Betrachtung Darmgehirn Microbiome Interaktionen in meinem Labor kam wirklich mit unserer ersten Zusammenarbeit mit Rob Knight, der das amerikanische Darm-Projekt hier in CU-Boulder führt. Zusammen haben wir untersucht Möglichkeiten der Modulation des Immunsystems, stressbedingte psychische Störungen wie Angst und Stimmung Störungen zu verhindern. Obwohl diese Arbeit noch im Gange ist, ist es klar, dass die Mikrobiota eine wichtige Rolle im Stress-induzierte chronische Angstzustände, zumindest in Tiermodellen spielt. [5 Wege Darmbakterien sind gut für mehr als nur Ihren Bauch]

Tracy Bale: Mein Labor arbeitet über die Auswirkungen von Stress während der Schwangerschaft auf das sich entwickelnde Gehirn mit einem Maus-Modell von frühen mütterlichen Stress. Es war eine Radiolab Episode auf NPR, die ein Gespräch im Labor über die vaginale Microbiome provoziert die Hauptquelle der Bakterien, die zuerst ein neugeborenes Baby Darm bevölkern. Wir begannen über die ökologischen Faktoren, wie Stress, die den vaginalen Microbiome ändern könnte denken und Frage mich, ob das auf unser Modell der Entwicklung des Gehirns auswirken würde. Es blühte von dort, weil die Beziehung zwischen einem Neugeborenen Darm Mikrobiom und seiner Mutter vaginale Microbiome fast eins zu eins, mit ein Neugeborenes Microbiome als direkte Reaktion auf seine Mutter ändern. Wir fragten, wie diese Interaktion, ändert die Art, wie ein Baby Gehirn in unserem Mausmodell der frühen pränatalen Stress entwickelt? [Die Wahrheit über wie Mamas Stress Gehirn des Babys beeinflusst]

Es stellt sich heraus, dass Stress ändert sich die Ebenen der Lactobacillus, ein Darm-Wohnung Milchsäure produzierenden Bakterien, die die Gehirnchemie beeinflußt von Müttern und deren Nachkommen.

TKF: Was sind die großen Fragen über die Darmgehirn Mikrobiom-Verbindung, die Forscher versuchen, jetzt beantworten?

T.B.: Jetzt wo wir die Mikrobiom Änderungen in Reaktion wissen auf stress, denke ich, das Feld versucht, die Prozesse zu verstehen, durch die der Darm Microbiome das Gehirn verändert.

C.L.: Ich bin vollkommen einverstanden. Jetzt die große Frage ist, wie das Mikrobiom übt seine Wirkung auf das Gehirn. Einige Fragen sind wir alle immer noch versuchen zu beantworten sind die Zusammensetzung der Darm Microbiota, deren Auswirkungen auf die Durchlässigkeit der Schleimhaut des Magen-Darm-Trakt, seine Auswirkungen auf die Ganzkörper-Entzündung und seine Auswirkungen auf die neuronale Signale aus dem Bauch heraus an das Gehirn.

S.M.: Eine weitere große Frage ist, ob Erkrankungen des Gehirns, wie Autismus, behandelt werden können, mit dem Ziel, Therapien in den Darm. Eines der Hindernisse für die Behandlung von psychiatrischen und neurologischen Störungen ist, dass wir nicht oft die zugrundeliegenden Krankheitsmechanismen verstehen; mit anderen Worten nicht nur das, was zum Ziel aber wo sind diese Ziele im Körper. Wenn die therapeutischen Ziele im Gehirn wird es besonders schwierig aufgrund der Blut - Hirn-Schranke, ein Netz von Blutgefäßen, die das Gehirn vor Schadstoffen schützt. Aber wenn eine neurologische Erkrankung tatsächlich im Darm entsteht, was wir glauben, dass der Fall für manche Menschen mit Autismus ist, dann liefert Therapeutika ist viel einfacher. In meinem Labor waren wir in der Lage, einige der Symptome im Zusammenhang mit Autismus, wie repetitive Verhaltensweisen bei Mäusen durch Fütterung bestimmte Bakterienarten zu ändern. Diese Bakterien modulieren Moleküle im Darm und im Blut, die das Nervensystem betreffen.

TKF: , Das führt mich zu meiner nächsten Frage. Denkst Sarkis, wie du, dass die Mikroben im Darm mit dem Gehirn und Fahrverhalten kommunizieren? Ihre Experimente mit Mäusen mit Autismus-ähnliche Symptome angeboten haben irgendwelche Hinweise?

S.M.: Es gibt mindestens drei Möglichkeiten Darm Mikroben sind mit dem Gehirn kommuniziert: die erste ist direkt über den Vagusnerv, verbindet das Netzwerk von Nerven im Darm des Gehirns; die zweite ist durch zirkulierenden Immunzellen, die grundiert oder erzogen, in den Darm und dann zum Gehirn Reisen; und die dritte möglicherweise Metaboliten, Moleküle, die durch Mikroben im Darm produziert werden, die geben Sie das Blut und zirkulieren in Regionen des Gehirns, wo sie Verhalten beeinflussen. Wir haben beispielsweise gezeigt, dass ein Metabolit von Darmbakterien produziert reicht für Verhaltens-Auffälligkeiten mit Autismus und mit Angst verbunden, wenn es in ansonsten gesunden Mäusen injiziert wird. Dies deutet darauf hin, dass mikrobielle Moleküle Darm an das Gehirn über das Herz-Kreislauf-System verbinden können. [Autismus Aufstieg: Forscher schauen warum Fällen steigen]

T.B.: Sarkis fallen die meisten Menschen derzeit verstehen darüber, was im Darm passiert. Aber denken Sie daran, dass es ein Entwicklungs-Fenster, das auch wichtig ist. Wir haben in unserem Mausmodell der frühen mütterlichen Stress, zum Beispiel gezeigt, dass kurzfristige Änderungen der Microbiome während einer kritischen Phase der Entwicklung zu Veränderungen im Gehirn führen können.

TKF: Hat jemand tatsächlich verfolgte Änderungen im menschlichen Gehirn zu das Mikrobiom zurück?

S.M.: Emeran Mayer und seine Kollegen an der University of California, Los Angeles, verwendet funktionelle Kernspintomographie oder fMRI, über die Auswirkungen von bestimmten Mikroorganismen auf Hirnaktivität Suche. Er zeigte, dass gesunde Menschen mit fermentierten Milchprodukten mit Probiotika oder gesunden Bakterien zu behandeln, veränderte Hirnaktivität in Regionen mit Emotionen verbunden.

T.B.: Entwicklungsgeschichtlich, thats eine schwierigere Frage, weil Sie nicht kontrollierte Experimente bei Neugeborenen. Aber es gibt viele Studien laufende, in Europa und in Kanada, wo Forscher vaginale Lavages für Neugeborene, die per Kaiserschnitt geben um sicherzustellen, dass sie immer eine schöne Portion ihrer Mutter Microbiome geliefert.

TKF: Tracy, haben Sie über die enge Verbindung zwischen vaginalen Microbiome eine Mutter, die ein Baby stößt, wie es durch den Geburtskanal passiert und ihr neugeborenen Babys gesprochen. Können Sie erweitern auf wie diese natürliche Form der Impfung hilft das Fundament für die Entwicklung des Gehirns?

T.B.: Wenn das Gehirn stärker gefährdet ist, weil es selbst einrichten ist auf der Welt um ihn herum reagieren, gibt es wichtige entwicklungspolitische Windows. Zur gleichen Zeit wie Sarkis ausführte, hilft Darm Microbiome, Immunsystem des Babys vorbereiten. Also, wenn Mamas mikrobiellen Ökosystems ändert sich – aufgrund von Infektionen, Stress oder Ernährung, zum Beispiel – ihr Neugeborenes Darm Microbiome ändert sich auch und die lebenslange Auswirkungen haben kann. Es könnte ändern, wie der Darm und das Immunsystem im Darm entsteht und wie sich das Gehirn entwickelt.

Was interessant ist, aus unseren Experimenten über die Auswirkungen der Exposition gegenüber frühen mütterlichen Stress bei Mäusen, schaut man sich die Babys im Erwachsenenalter möglicherweise ihre Microbiome völlig normalisiert, aber wenn Sie dann sie betonen oder ihnen eine immun Herausforderung geben, sehen Sie große Unterschiede wieder in die Art und Weise ihren Körper zu reagieren. So auch akuter Exposition pränatale Stress scheint, wie ein Organismus reagiert auf Veränderungen in seiner Umgebung langfristig zu verändern.

TKF: Finde ich, dass ein wenig beängstigend. Schwangere Frauen haben bereits viel zu befürchten.

S.M.: Ich kann verstehen, daß die Reaktion. Nur das Konzept, dass Mikroben tiefgreifende Auswirkungen auf das Gehirn haben möglicherweise schwierig für viele Menschen zu glauben. Aber ich neige dazu zu denken, dass diese Effekte verstehen, kann man etwas über die Epidemien von Angst, Autismus und Aufmerksamkeit-Defizit und Hyperaktivitäts-Störung, auch bekannt als ADHS, das sehen wir in unserer heutigen Gesellschaft. Wir lernen, dass die Gesellschaft möglicherweise werden Dinge tun, die nicht im Interesse der Gesundheit des Kindes und durch das Verständnis dieser Dinge können wir Praktiken zu ändern und zu verhindern, für einen Mangel an einem besseren Begriff Fehler während der kritischen Phasen der Entwicklung. Also ist mein nehmen ein wenig positiver.

T.B.: Ich stimme zu. Ich denke, dass es ein Bewusstsein, mehr als ein Angst-Faktor ist.

TKF: Christopher, haben Sie vorgeschlagen, dass ein Mangel an Belastung durch die viele Bakterien, die, denen wir mit entwickelt, unsere Krankheiten, einschließlich psychiatrische Störungen wie Depressionen und Angstzuständen beitragen kann. Wenn das der Fall ist, können wir nachholen der Vergangenheit?

C.L.: Gibt es bestimmte psychiatrische Erkrankungen wie posttraumatische Belastungsstörung oder PTBS und Depressionen, die scheinen zugeordnet werden erhöht Entzündung, eine hochgefahren bis Immunantwort im Körper und im Gehirn. So können Mikroben, die das Immunsystem modulieren und Entzündung zu begrenzen können irgendeinen nutzen, entweder durch die Linderung der Symptome bestimmter Arten von psychiatrischen Störungen oder im besten Fall, verhindern, dass sie haben. Also ja, denke ich, nehmen oder diese Arten von Bakterien im Erwachsenenalter ausgesetzt kann nützlich sein, obwohl eindeutig ihre wichtigsten Einflüsse während der Entwicklung, wie Tracy und Sarkis hingewiesen haben. [Bauchgefühl? Probiotika können zu Angst und Depression lindern]

TKF: Testen Sie jede Probiotika für Stress oder Depression?

C.L.: Unsere aktuellen Studien verwenden Hitze getötet Bakterien statt Probiotika, die die Weltgesundheitsorganisation definiert als lebenden Mikroorganismen, die eine Gesundheit konferieren an den Host, wenn es in ausreichender Menge profitieren. Wir haben eine Reihe von Studien, die wir bereit immer, zu veröffentlichen, die zufolge bestimmte Arten von Hitze getötet Mikroben Syndrome verhindern können, dass man erwarten würde, folgen chronischen Stress. Wir hoffen, ähnliche Studien mit Probiotika bei Tieren und Menschen.

TKF: Haben Sie verändert Ihr Verhalten als Ergebnis Ihrer Forschung in die Verbindung zwischen dem Mikrobiom und einen gesunden Körper und Gehirn?

C.L.: Ich habe mir sicherlich verändert. Ich esse mehr frisches Gemüse, und wir haben einen kleinen Garten vor unserem Haus. Es wird aus dem amerikanischen Darm-Projekt deutlich, die eine wichtige Quelle der Darm mikrobielle Vielfalt ist die Anzahl der verschiedenen Pflanzen, die wir essen. Frisches Gemüse sind eine bedeutende Quelle der Bakterien. Beispielsweise sind die Blätter einer Pflanze Spinat schätzungsweise mehr als 800 verschiedene Arten von Mikroben beherbergen. Das sind Mikroben, die Sie aus der Pflanze sterilisieren können nicht, weil sie tatsächlich verreisen sind. Und so Zugang zu dieser Art von mikrobiellen Diversität durch die Dinge, die wir Essen ist wahrscheinlich sehr wichtig. Ich habe auch Sand von Meeresstränden, Sandkasten für meine Kinder, ich lasse meine Kinder schwimmen in Seen und wir nehmen Probiotika.

S.M.: Wie wir alle wissen, es ist immer noch den ganz frühen Tagen in Bezug auf versuchen zu verstehen, die Auswirkungen der das Mikrobiom, auch bei entzündlichen Darmerkrankungen studierte Krankheit oder Übergewicht, die wurden viel mehr als eine neurologische Erkrankung. Davon abgesehen, wie Chris erwähnt, Ernährung ist ein wichtiger Motor des Mikrobiom Konfiguration und ich denke, es genug Grund gibt zu glauben, dass bestimmte Lebensmittel "sind besser" für das Mikrobiom als andere: Essen eine ballaststoffreiche Ernährung mit viel Obst und Gemüse, resistente Stärke wie die aus Samen und Nüssen, und in der Regel eine Diät, die näher an die, die wir entwickelt, um Essen , darunter auch Lebensmittel, die verfügbar waren, bevor Landwirtschaft und Fast-Food Restaurants entlang kam. Also, was ich getan habe, ist nichts wirklich dramatisches.

T.B.: Als Eltern würde ich auch sagen, ich habe viel mehr Zeit nachzudenken bevor man mein Kind Antibiotika nehmen. Unbestreitbar ihre Dienstprogramm oder Wirksamkeit ist aber wir sollten nicht nur Antibiotika bei jeder Krankheit werfen.

TKF: Sarkis, habe Sie angerufen, Neuentdeckungen "Vorboten der umfangreichen, derzeit unbeschrieben, Verbindungen zwischen Darmbakterien und das nervöse System." Können man spekulieren, was andere Verbindungen zwischen Gehirn und Darm Microbiome entstehen könnte? Wir sind gonna find, dass das Mikrobiom auch eine Rolle in Wahrnehmung oder Neurodegenerative Krankheiten, z. B. spielt?

S.M.: Es ist bereits gezeigt worden, dass Kognition in keimfreie Mäuse im Vergleich zu normalen Mäusen reduziert wird. Während das Mikrobiom noch nicht in Neurodegeneration verwickelt war, gibt es eine Menge Spekulationen über dieses Thema, weil es Daten, die zeigen gibt, dass eine mediterrane Ernährung vor Alzheimer Krankheit, eine Neurodegenerative Erkrankung schützt. Und weil wir, dass Ernährung hilft das Mikrobiom zu gestalten wissen, man kann sich vorstellen, dass eine mediterrane Ernährung das Mikrobiom in einer Weise beeinträchtigen könnten, die gegen Neurodegeneration schützt. Wir haben ein Programm in das Labor, das sehr, sehr früh, Alzheimer und Parkinson Erkrankungen in Mausmodellen betrachten, aber es noch nichts Festes zu berichten.

Es gibt andere anekdotische Gründe zu glauben, dass die Neurodegeneration möglicherweise eine Verbindung zu dem Mikrobiom, oder umgekehrt, weil die drei wichtigsten neurodegenerativen Erkrankungen – Alzheimer, Parkinson und Amyotrophe Lateralsklerose oder ALS – alle haben eine GI-Komponente, um sie. In der Tat sind viele Patienten, die letztlich mit Parkinson diagnostiziert sind bekannt, GI Störungen Jahrzehnte bevor sie motorische Symptome entwickeln gehabt haben. Und eine aktuelle Studie hat gezeigt, dass Patienten mit der Parkinson-Krankheit verschiedene Mikrobiome als abgestimmte Kontrollen. Dies ist zwar eine interessante Erkenntnis, diese Art von Studie muss mit Vorsicht als es interpretiert werden ist ein Verein und beweist nicht, einen ursächlichen Zusammenhang. Es gibt, also Blitzlampen gehen in der Dunkelheit können darauf hindeutet, dass sehr komplexe Neurodegenerative Erkrankungen das Mikrobiom verbunden. Aber das ist wieder einmal sehr spekulativ. Diese bahnbrechenden Erkenntnisse, die Blitzlampen sind erst am Anfang unserer Vision der Darmgehirn Microbiome Verbindung zu beleuchten.

TKF: Neben mehr Mittel, was würde helfen, Fortschritte auf dem Gebiet zu beschleunigen?

C.L.: Gibt es rechtliche Fragen im Zusammenhang mit lebenden oder tote Bakterien zur Behandlung von psychiatrischen und neurologischen Störungen geben, und das sind wichtige Themen, die behandelt werden müssen.

T.B.: Ein weiterer Grund ist, dass nicht alle Neurowissenschaftler diese Idee zu eigen gemacht haben. Es wird auf jeden Fall besser: Ich sprach auf der Tagung der American College of Neuropsychopharmacology; Es ist sehr bemerkenswert, dass sie eine Sitzung auf Microbiome in diesem Jahr hatten. Aber ich kann Ihnen sagen, dass es gibt immer noch große Zahl von Menschen, vor allem in der Psychiatrie, die nicht glauben, dass dies real ist. Und ich denke, das ist eine Hürde.

S.M.: Ich habe eine ähnliche Geschichte. Wir hatten eine Sitzung auf das Mikrobiom auf der Jahrestagung der Society for Neuroscience in diesem Jahr, aber es war unser drittes Jahr einreichen. Ich denke, das ist ein Zeichen gibt es eine grundlegende Veränderung im Bereich stattfindet. Mit diesem wird gesagt, wenn Sie die meisten Neurowissenschaftler sprechen, haben sie eine harte Zeit der Suche jede Glaubwürdigkeit in der Verbindung zwischen dem Mikrobiom und Neurobiologie. Es ist immer noch ein sehr neues Konzept mit viel mehr experimentelle Validierung erforderlich, und ehrlich gesagt habe ich kein Problem damit.

T.B.: Ich stimme zu. Ich denke, dass das Feld nun an dem Punkt, wo wir die Gültigkeit unserer Modelle etabliert haben und beginnen zu zeigen, wie das Mikrobiom des Gehirns beeinflusst. Das ist, wenn die große Veränderung in der Haltung passieren wird. Aber es wird einige Hard-Core-Studien der beteiligten Mechanismen erfordern.

S.M.: Ich denke, dass die Skepsis gesund ist. Es hält uns ehrlich und sorgt dafür, dass die Wissenschaft streng bleibt. Zur gleichen Zeit war ich überrascht und erfreut durch die Tatsache, dass unsere Arbeit weit verbreitete Ablehnung durch die Neurowissenschaften-Gemeinschaft erhalten hat. Es sicherlich nicht weitverbreitete Annahme entweder erhalten, aber wenn ich meine Forschung mit eingeschriebene Neurowissenschaftler besprechen sie scheinen ganz offen über die Möglichkeit sein. Es ist nicht, dass sie glauben, aber sie neugierig sind, mehr zu sehen.

T.B.: Rechts. Die fäkale Transplantation Witze haben nachgelassen!

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