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Geruch – Erinnerung – Emotion: Was sagen uns Gerüche?

Die Winterzeit mit Weihnachten, Tee und Mandarinen bietet viele typische Düfte. Wir riechen „Zimt“ und denken an Weihnachten mit Plätzchen, Tannenbaum und Geschenken. Gerüche haben scheinbar einen direkten Draht zu unseren Erinnerungen.

Bei mir sorgt z.B. eine Tasse Tee (natürlich mit winterlichen Gewürzen 😉 ) für gute Laune. Ich mag den Duft, wenn ich die Tasse in der Hand halte, aber natürlich auch den Geschmack, wenn ich den Tee trinke. Folglich rieche und schmecke ich den Tee. Wenn ich mir den Tee vorher noch ansehe, ist es fast eine Tee-Weinprobe. 😉

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Tee mit Gewürzen, Foto: R. Schügner

Geruch und Geschmack haben, wie wir gleich sehen, eine enge Verbindung, da die Zunge für unseren Geschmack nur einen Teil der Informationen liefert.

Auf der Zunge können wir nur fünf Geschmacksrichtungen, süss, sauer, salzig, bitter und umami unterscheiden. Umami reagiert auf Glutaminsäure in Lebensmitteln. Glutaminsäure kommt als Aminosäure in eiweißhaltigen Lebensmitteln, wie Fleisch und Käse, natürlich vor. Künstliches Glutamat (Salz der Glutaminsäure) wird als Geschmacksverstärker verwendet.

Für einen Geschmack nach Apfel oder Zimt reichen die Informationen, die die Zunge liefert nicht aus. Die Aromastoffe der aufgenommen Nahrung werden „von hinten“ über den Rachenraum in die Nasenhöhle und zu den Geruchsrezeptoren (Bindestelle der Aroma-/Duftmoleküle) in der Nase transportiert. Geruch wird an den Geruchsrezeptoren also auf zwei verschiedenen Wegen wahrgenommen: „von vorne“ durch die Nase (orthonasal) und „von hinten“ durch den Mund (retronasal). Durch Kauen oder Speichel im Mund, kann sich der Geruch bzw. Geschmack der Nahrung von dem wahrgenommenen Geruch über die Nase unterscheiden.

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Geruch und Geschmack auf dem Weg zur Riechschleimhaut in der Nase, Bild: Ricarda Schügner

Die Riechsinneszellen mit den Geruchsrezeptoren sind in die Riechschleimhaut (Regio olfactoria) der Nase eingebettet. Von den Sinneszellen ragen Härchen (Zilien) in die Nasenschleimhaut. Diese „Härchen“ vergrößern die Oberfläche der Zellen. In den Zilien befinden sich die Rezeptoren (Andockstellen) für die Geruchsmoleküle.

Bei den Rezeptoren handelt es sich um große Proteine (Eiweißmoleküle), die fest in der Zellmembran liegen. Der Mensch verfügt über mehr als 350 verschiedene Geruchsrezeptorarten – und kann über 10.000 verschiedene Gerüche, auch in geringer Konzentration, wahrnehmen. Der spannenden Frage, wie mit „so wenigen Rezeptoren“ so viele Gerüche erkannt werden können, sind die Forscher Linda Buck und Richard Axel nachgegangen. Sie bekamen für ihre Forschungsarbeit zu diesem Thema 2004 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin verliehen.

Wie funktioniert einen „Geruch erkennen“?

Die Geruchsmoleküle werden eingeatmet und erreichen die Rezeptoren. Dort bindet ein Molekül an den passenden Rezeptor. Durch das Andocken wird eine Kettenreaktion ausgelöst. Das Rezeptormolekül aktiviert ein Enzym, dass einen Botenstoff produziert, der zur Zellmembran wandert und dort Zellkanäle öffnet. Durch die Kanäle strömen positiv geladene Natriumionen in die Zelle. Die Zelle ist „elektrisch geladen“. 😉 Durch den Unterschied an geladenen Teilchen hat sich, genauer gesagt, ein Aktionspotential ausgebildet. Die – jetzt elektrische und deutlich verstärkte – Information wird über die Riechfäden in den Riechkolben (ja, das heißt wirklich so) (Bulbus olfactorius) weitergeleitet. Dort laufen Informationen aus Rezeptoren für die gleichen Moleküle in Glomeruli (Nervenknäuelchen) zusammen. Von dort aus geht es weiter in verschiedene Gehirnareale, wie die Amygdala (limbisches System), den Hippocampus und den Hypothalamus.

Geruchsinformationen in verschiedenen Gehirnarealen

Die Amygdala (Mandelkern) gehört zum Limbischen System, dass auch für die Verarbeitung von Emotionen zuständig ist. Damit hat der Geruch einen ziemlich schnellen Zugang zu unseren Emotionen.

Über den Hippocampus werden neue Informationen – auch zu Gerüchen – in das Kurz- und Langzeitgedächtnis geleitet. Dies ist der Zugang der Gerüche zu unseren Erinnerungen.

Die Geruchsinformationen werden auch zum Hypothalamus, dem wichtigsten Steuersystem des vegetativen Nervensystems, geleitet. Das vegetative Nervensystem ist für Körperfunktionen, die automatisch ablaufen, zuständig. Beispiele hierfür sind das Regeln von Körpertemperatur, Blutdruck, Nahrungs- und Wasseraufnahme, Schlaf sowie die Steuerung des Fortpflanzungsverhaltens.

Wie an den drei ausgewählten Beispielen zu sehen ist, haben Gerüche tatsächlich einen direkten Zugang zu Emotionen, Erinnerungen und es ist kein Wunder, dass wir bei einem leckeren Essensgeruch Hunger bekommen. 😉

Nobelpreis 2004: Wie erkennen wenige Rezeptoren viele unterschiedliche Gerüche

Dass ein Rezeptortyp die Information für einen bestimmten Geruch weitergibt, funktioniert also nicht oder zumindest nicht so einfach. Das liegt zum einen daran, dass ein Geruch meistens eine Mischung aus verschiedenen Duftmolekülen in unterschiedlicher Konzentration ist. An Parfums, die aus einer Mischung verschiedener Substanzen hergestellt werden, lässt sich das am besten veranschaulichen. Wenn ein Parfum bekannt ist, wird auch der Geruch/Duft erkannt.

Der Hinweis zum Erkennen der Vielfalt an verschiedenen Gerüchen ist die Kombination. Es ist ein Code, der uns trotz einer relativ geringen Anzahl an Rezeptoren über 10.000 Gerüche erkennen lässt.

Hier habe ich die Infos zum Riechcode zusammengefasst:

  • Ein Geruch (eine Riechsubstanz) ist meistens eine Mischung aus mehreren Duftmolekülen, die an unterschiedlichen Rezeptortypen binden können.
  • Eine Sinneszelle bildet zwar nur eine Art eines Rezeptortyps aus, aber sie hat, in den Zilien verteilt, viele einzelne Rezeptorproteine des gleichen Typs.
  • Ein Rezeptortyp bindet „eine chemische Struktur“ und nicht nur ein bestimmtes Molekül. Das bedeutet, dass ähnliche Moleküle gebunden werden. Sie lösen jedoch Signale in unterschiedlicher Stärke aus.
  • Die Signale der gleichartigen Rezeptorzellen laufen in den Glomeruli zusammen.
  • Die verschiedenen Rezeptortypen bilden ein Signalmuster, dass den einzigartigen Geruchseindruck vermittelt. Mit den vielfältigen Kombinationen von mehr als 350 Rezeptortypen lassen sich auf diese Weise tausende von Gerüchen identifizieren. Ähnlich wie das Gesamtbild bei einem Puzzle durch das Zusammensetzen der Teile sichtbar wird, wird der Geruch erst durch das Zusammensetzen der einzelnen Informationen wahrgenommen.

 

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Die Duftmoleküle binden an die Rezeptorzellen, Bild: Ricarda Schügner

 

Geruch und Erinnerungen

Wie oben gezeigt, haben die Gerüche einen „direkten Draht“ zu unseren Emotionen und unserem Gedächtnis. Deshalb können uns zu Weihnachten die Gerüche nach Zimt, Nelken, Orangen/Mandarinen und Tannenbaum zurück in die Kindheit versetzen. Oder sie versetzen uns an viele andere Orte: der Duft von frisch gebackenem Brot, frisch, aufgebrühtem Kaffee – vielleicht erinnert das an ein schönes Sonntagsfrühstück im Urlaub.

Leider funktioniert das mit der Erinnerung an Gerüche auch „anders herum“. Gerüche sind auch in der Lage uns an unangenehme oder schlimme Situationen zu erinnern. Ein einfaches Beispiel sind Lebensmittel, die einem beim Essen nicht gut bekommen sind. Ein Geruch nach diesem Lebensmittel kann durchaus Übelkeit auslösen.

Ich habe euch als Zusammenfassung zum Thema „Riechen“ das Youtube-Video „Biosensor Nase“ der MaxPlanckSociety herausgesucht.

Bewegungsabläufe lernen – muss man wirklich sooo oft wiederholen?

Letztens beim Tai Chi hat der Trainer gesagt, dass der Meister seines Meisters (OK – das ist schon „Hörensagen“ 😉 ) gesagt hat, man müsse die Figuren 1000x wiederholen um sie zu beherrschen. Immerhin will er uns nicht vergraulen und wir müssen die Figuren nicht so oft am Stück wiederholen.

Für alle, die Tai Chi nicht kennen, habe ich die – in diversen Varianten – weit verbreitete 24er Peking Form als Video (von Sherry Tung) herausgesucht:

Wie man sehen kann, sind die Bewegungsabläufe langsam, ABER sie erfordern eine gute Koordination von „Armen und Beinen“, dem Gleichgewicht, der Atmung und dann muss man sich natürlich noch den Gesamtablauf der Form merken. Und letztlich, da Tai Chi „Meditation in Bewegung“ ist, ist man selbstverständlich noch entspannt. 😉 Wenn man die Übungen beherrscht stimmt das zwar (kann ich bestätigen), aber am Anfang raucht der Kopf.

Das ist auch schon das Stichwort: Wie funktioniert Bewegung und wie lernt man eigentlich? Für beides braucht man das Gehirn [Video] und Nervenzellen (Neuronen).

Bei den Nervenzellen handelt es sich um verzweigte Zellen, die ein dichtes Netz bilden. Allerdings geben sie sich nicht gegenseitig „die Hände“, sondern halten den Kontakt über einen kleinen (synaptischen) Spalt (zwischen prä- und postsynaptischer Endigung) und mit Botenstoffen (Neurotransmitter), die Impulse übertragen. Innerhalb der Nervenzelle wird der Impuls elektrisch übertragen und an die nächste Zelle mittels eines chemischen Botenstoffes weitergegeben. Um eine Überaktivierung der Neuronen zu verhindern, werden nicht alle Signale weitergeleitet. Wenn man jetzt übt und übt und übt, erhöht sich die Zahl der weitergegebenen Impulse bis sich die Langzeitpotenzierung (LTP) einstellt. Das bedeutet, dass die Übertragung der Impulse zum einen durch die größere Zahl der weitergeleiteten Impulse, aber auch durch die stärkere Reaktion der Post-Synapse (Aufnahme der Botenstoffe) besser wird.

Hier unten im Youtube-Video der MaxPlanckSociety könnt ihr euch das in tollen Bildern anschauen.

Die 1000x trainieren lassen sich zwar nicht bestätigen, aber gaaanz viele Wiederholungen sind tatsächlich wichtig. Also hilft nur üben. 😦

Außerdem haben Studien gezeigt, dass komplexe Bewegungsabläufe sehr positiv für das Gehirn sind und sich das Üben wirklich lohnt.

Petra Jansen-Osmann hat in einem Übersichtsartikel [Lit. 1] Erkenntnisse zu „den neurowissenschaftlichen Grundlagen komplexer sportiver Bewegungen“ zusammengefasst. Sie führt als Beispiel die Studie von Draganski et al. an, bei der die Studienteilnehmer mit 3 Bällen jonglieren lernen sollten bzw. als Kontrolle kein Training stattfand. Mittels dieser Studie konnte erstmals gezeigt werden, dass sich das Gehirn auch im Erwachsenenalter durch das Erlernen komplexer Bewegungen noch verändert. Diese Eigenschaft von Synapsen, Nervenzellen, Hirnarealen sich zu verändern, nennt man neuronale Plastizität.

Weiterhin darf man nicht vergessen, dass Bewegungstraining auch die Muskeln trainiert, die ebenfalls – wie die Nervenverbindungen – mit dem Training aufgebaut und ohne Training abgebaut werden.

Gut – ich gehe jetzt mal Gehirn, Nerven und Muskeln trainieren. Obwohl, hatte ich da nicht etwas von Spiegelneuronen gelesen, die beim Betrachten eines erlernten Vorganges das gleiche Aktivitätsmuster wie bei der Tätigkeit auslösen? Vielleicht reicht es ja sich das erste Video oben öfter anzuschauen. 😉 (was allerdings nicht die Muskeln trainiert… und selbst trainieren bringt zumindest mir mehr Spaß 🙂 )

Literatur:

[1] Jansen-Osmann, P. (2008). Die Bedeutung der Neurowissenschaft für
die Sportwissenschaft. Sportwissenschaft, 38, 24-35