Wie zwei Gehirnschaltkreise bei Mäusen Gewohnheiten steuern

Wer schon einmal versucht hat, Sport dauerhaft in den Alltag einzubauen, kennt den Standardsatz: Man müsse es nur oft genug wiederholen, bis es automatisch abläuft.

Bei Mäusen laufen Gewohnheiten jedoch über zwei getrennte Schaltkreise im Gehirn – und Wiederholung verändert diese beiden Systeme auf unterschiedliche Art.

Der eine Schaltkreis unterstützt dabei, dass aus einem Verhalten überhaupt eine Gewohnheit wird. Der andere klärt eine Frage, die in dem üblichen Rat nicht vorkommt: Wenn ein Verhalten bereits automatisch abläuft, legt er fest, wie viel davon am Ende tatsächlich ausgeführt wird.

Ein Forschungsteam der Kyoto-Universität berichtet, dass diese beiden Funktionen in verschiedenen Hirnarealen verankert sind. Und: Man kann die eine beeinflussen, ohne die andere zwangsläufig mitzuverändern.

Gewohnheiten in vier Tagen

Die Gewohnheitsforschung hat ein Timing-Problem. Gewohnheiten entstehen meist langsam; deshalb vergleichen Studien oft nur trainierte mit weniger trainierten Tieren – ohne den Moment zu erfassen, in dem sich ein einzelnes Tier gerade umstellt.

Das Team aus Kyoto entwickelte daher eine Aufgabe, bei der sich der Übergang in einem klar begrenzten Zeitfenster beobachten lässt. Zunächst lernten die Mäuse: Ein Hebeldruck führt zu einem Tropfen Saccharose.

Anschliessend wurden sie sechs Tage lang mit einem Plan trainiert, bei dem die Belohnung nach einer festgelegten Anzahl von Hebeldrücken ausgegeben wurde. Damit lernen Tiere, dass mehr Einsatz zu mehr Belohnung führt – ein Kennzeichen zielgerichteten Verhaltens.

Am 10. Tag wurde die Regel dann geändert: Die Belohnung kam nun beim ersten Druck nach einer Verzögerung, die im Mittel 60 Sekunden betrug – unabhängig davon, wie stark sich die Maus anstrengte.

Vier Tage unter dieser neuen Regel reichten aus. Die Verknüpfung zwischen Aufwand und Belohnung wurde unscharf, und die Mäuse drückten weiter – nicht mehr wegen der Saccharose, sondern weil das Drücken selbst zur Routine geworden war.

Zwei etablierte Tests bestätigten den Wechsel. Wenn Mäuse vorher Saccharose in ausreichender Menge bekommen, drücken sie weniger, sofern die Belohnung ihnen noch wichtig ist – und genau das taten die zielgerichteten Tiere. Die Tiere nach der Umstellung reduzierten das Drücken dagegen nicht.

Zwei Gehirnschaltkreise formen Gewohnheiten

Da der Zeitpunkt des Übergangs bekannt war, konnte das Team die Veränderungen im Gehirn quasi live verfolgen. Eingesetzt wurden Ableitungen an Hirnschnittpräparaten, Kalziumbildgebung in lebenden Mäusen sowie Licht, um eine zuvor verstärkte Synapse gezielt wieder abzuschwächen.

Ein Signalweg verläuft vom anterioren cingulären Kortex zum retrosplenialen Kortex. Ersterer erfasst, ob sich eine Handlung im Verhältnis zu ihren Kosten lohnt; letzterer ist unter anderem an Ortsgedächtnis beteiligt.

Die Verbindungen entlang dieses Signalwegs wurden stärker, während die Mäuse die zielgerichtete Aufgabe erlernten. Als die Gewohnheit dominierte, nahm diese Verstärkung wieder ab.

Dieses Auf und Ab spiegelte die Strategie wider, die das Tier gerade nutzte – und sonst nichts. Ein zweiter Signalweg zeigte hingegen ein völlig anderes Muster.

Er führt vom lateralen orbitofrontalen Kortex ins zentrale Striatum. Hier blieb die Verstärkung entweder bestehen oder sie liess nach – ohne dass dies vorhersagte, ob ein Tier überhaupt gewohnheitsgesteuert wurde.

Stattdessen sagte dieser Weg die „Menge“ voraus: Mäuse, deren orbitofrontale Antworten stark blieben, drückten weiterhin ungefähr so häufig wie zuvor; bei Tieren, deren Antworten abnahmen, ging die Zahl der Hebeldrücke deutlich zurück.

Warum manche Gewohnheiten besonders stark laufen

Diese zweite Beobachtung ergab sich aus Unterschieden, nach denen zunächst niemand explizit gesucht hatte. Zwischen einzelnen Mäusen gab es grosse Spannweiten darin, wie viel Hebeldrücken nach der Umstellung „übrig“ blieb.

Das Team bewertete jedes Tier mit einem Ausführungsindex. Dieser setzt die Drückrate am letzten zielgerichteten Tag ins Verhältnis zur Drückrate am letzten Tag im gewohnheitsgesteuerten Zustand.

In der gesamten Gruppe lag der Median bei -0.16 – die meisten Mäuse drückten also etwas weniger, nachdem sich die Gewohnheit etabliert hatte. Tiere, die im ursprünglichen Belohnungsplan blieben, kamen hingegen auf 0.11 und hielten ihre Rate.

Einige gewohnheitsgesteuerte Mäuse steigerten ihr Drücken sogar, andere reduzierten es stark. Vor der Umstellung hatten sich diese Gruppen jedoch nicht unterschieden.

Sie drückten gleich häufig, erhielten gleich viele Belohnungen und suchten die Belohnungsstelle gleich oft auf. Auch danach waren sie im gleichen Mass gewohnheitsgesteuert.

Beide Gruppen ignorierten eine entwertete Belohnung in gleichem Umfang – ein Hinweis darauf, dass die Gewohnheit bei ihnen vergleichbar stark „an“ war.

Der Unterschied lag somit nicht darin, ob eine Gewohnheit entstanden war, sondern darin, wie kräftig sie ausgelebt wurde. Auch Lern- und Flexibilitätstests konnten die Gruppen nicht auseinanderhalten.

Gewohnheiten an- und abschalten

Da eine Korrelation noch keine Kontrolle beweist, griff das Team beide Signalwege direkt an. Wurde die Aktivität im Pfad des anterioren cingulären Kortex gedämpft oder verstärkt, verschob das die Mäuse in Richtung gewohnheitsgesteuertes oder davon weg.

Noch aussagekräftiger war ein Eingriff nach dem Training: Wurde die trainingsbedingte Verstärkung im Nachhinein gelöscht, lernten die Mäuse den Hebel weiterhin problemlos. Sie wechselten lediglich schneller in den Gewohnheitsmodus.

Das passt zu einer seit Langem diskutierten Vorstellung: Wenn das zielgerichtete System ausgebremst wird, muss das Gewohnheitssystem nicht mehr „warten“, bis es zum Zug kommt.

Beim orbitofrontalen Signalweg bewegte sich dagegen ein anderer Regler. Die Drückmenge stieg oder fiel, während die Tiere gewohnheitsgesteuert blieben.

Nach diesen Daten werden Gewohnheiten also von zwei Gehirnschaltkreisen getragen: Der eine wirkt wie ein Schalter, der andere wie ein Lautstärkeregler.

„Gewohnheiten gehören zu den geheimnisvollsten Funktionen des Gehirns, und wir haben oft Mühe, sie zu kontrollieren, obwohl es unsere eigenen Handlungen sind“, sagte die Co-Autorin der Studie Nozomi Asaoka.

„Indem wir aufdecken, wie Gewohnheiten funktionieren, könnten wir irgendwann Wege finden, sie zu steuern, statt uns von ihnen steuern zu lassen.“

Was Mäuse uns nicht sagen können

Die Arbeit ist eine Mausstudie – und bewusst eng zugeschnitten. Alle Tiere waren männlich; ob dieselbe Aufteilung auch bei weiblichen Tieren gilt, lässt sich daraus nicht ableiten.

Ausserdem ging es um eine sehr spezifische Gewohnheit: 13 Tage lang einen Hebel für Zuckerwasser zu drücken. Menschliche Routinen entstehen aus deutlich komplexeren Voraussetzungen, und die Publikation behauptet nicht, eine solche Routine gemessen zu haben.

Die Mäuse waren zudem gesund. Ein Zusammenhang mit zwanghaften Störungen wäre daher eine Übertragung, nicht etwas, das diese Studie geprüft hätte.

Bei zwei zentralen Manipulationen wurde eine synaptische Veränderung gezielt rückgängig gemacht, statt sie nur zu beobachten. Das ist ein starker Test dafür, ob etwas notwendig ist – bleibt aber ein Eingriff ins Gehirn.

Eine frühere Version der Arbeit liegt als Vorabveröffentlichung vor; dort finden sich die vollständigen Methoden sowie die Einschränkungen, auf die die Autorinnen und Autoren selbst hinweisen.

Von Routine zu Zwang

Gewohnheiten können in zwei Richtungen „scheitern“ – genau deshalb ist die Aufteilung auch ausserhalb des Labors relevant. Eine Gewohnheit kann sich gar nicht erst etablieren, und eine bereits entstandene Gewohnheit kann viel stärker ablaufen, als es sinnvoll wäre.

Zwanghafte Störungen ähneln deutlich eher dem zweiten Problem. Eine Überaktivität in Verbindungen vom orbitofrontalen Kortex zum Striatum wird bei Menschen mit Zwangsstörung immer wieder beobachtet.

Das ist derselbe Signalweg, über den die Mäuse ihr Ausführungsniveau einstellten. Wenn Gewohnheiten tatsächlich über zwei Gehirnschaltkreise laufen, könnte eine Therapie, die Flexibilität zurückbringt, nur einen Teil des Problems lösen.

„Unsere Studie hat bisher übersehene Kontrollmechanismen bei der Gewohnheitsbildung offengelegt, zeigt, was bestimmt, wie stark eine Gewohnheit ausgeführt wird, und hilft zu erklären, warum Gewohnheiten von Person zu Person unterschiedlich sind“, sagte Yasunori Hayashi, der die Studie leitete.

Als Nächstes will das Team klären, wodurch diese individuellen Unterschiede entstehen. Nichts, was die Mäuse vorab getan hatten, sagte voraus, welche später zu Tieren mit hoher oder niedriger Ausführung wurden.

Was auch immer diesen Regler festlegt, könnte im Gehirn bereits vorhanden sein, bevor eine Gewohnheit überhaupt beginnt.