Wie Stress das Navigationssystem des Gehirns stört

Dass Stress das Verhalten und die kognitive Leistungsfähigkeit beeinflusst, ist seit Langem bekannt. Unklar war bislang jedoch, auf welche Weise das Stresshormon Cortisol gezielt neuronale Schaltkreise beeinflusst, die für die räumliche Navigation verantwortlich sind. Dieser Fragestellung widmete sich ein Forschungsteam um Dr. Osman Akan vom Lehrstuhl für Kognitionspsychologie der Ruhr-Universität Bochum gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus der Neuropsychologie sowie vom Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.

Virtueller Orientierungstest im Kernspintomografen

An der Studie nahmen 40 gesunde männliche Probanden teil, die an zwei separaten Versuchstagen untersucht wurden. An einem der Tage erhielten die Teilnehmenden eine Dosis von 20 Milligramm Cortisol, am anderen ein Placebo. Während beider Versuchsdurchläufe absolvierten sie einen computergestützten Orientierungstest, wobei ihre Gehirnaktivität mittels funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) aufgezeichnet wurde.

Das experimentelle Paradigma bestand aus einer virtuellen, weitläufigen Wiesenlandschaft. Die Probanden mussten darin nacheinander verschiedene Bäume ansteuern, die nach Erreichen jeweils verschwanden. Anschließend bestand die Aufgabe darin, eigenständig den direkten Rückweg zum Ausgangspunkt zu finden, ohne dass eine Route vorgegeben war. In einer Bedingung standen keine stabilen Orientierungspunkte zur Verfügung; die Bäume fungierten ausschließlich als temporäre Zielreize. In einer weiteren Bedingung wurde ein Leuchtturm als permanente Landmarke integriert.

Schlechtere Orientierung unter Cortisol-Einfluss

Die Auswertung der Verhaltensdaten zeigte eine deutliche Beeinträchtigung der Navigationsleistung unter Cortisol-Einfluss. Im Vergleich zur Placebo-Bedingung machten die Probanden signifikant größere Fehler bei der Zielsuche. Dieser Effekt trat unabhängig von der Verfügbarkeit von Orientierungshinweisen oder dem Schwierigkeitsgrad der Navigationsaufgabe auf.

Neuronales Koordinatensystem fällt unter Stress aus

Parallel zu den Verhaltensdaten lieferten die fMRT-Messungen Einblicke in die zugrunde liegenden neuronalen Prozesse. Unter Placebo-Bedingungen zeigte sich im entorhinalen Kortex das charakteristische Aktivitätsmuster der Gitterzellen: Diese feuern während räumlicher Navigation in einem regelmäßigen, gitterartigen Muster und bilden so ein internes Koordinatensystem – häufig als eine Art „inneres GPS“ beschrieben.

Unter Cortisol-Einfluss war dieses präzise Aktivitätsmuster deutlich gestört. Insbesondere in Umgebungen ohne stabile Landmarken verloren die Gitterzellen weitgehend ihre Funktion. „Unter Stress verliert das Gehirn die Fähigkeit, seine internen Navigationskarten effektiv zu nutzen“, resümiert Osman Akan.

Gleichzeitig beobachteten die Forschenden eine verstärkte Aktivierung des Nucleus caudatus. Dieses Hirnareal ist mit habitbasierten und strategischen Verhaltensweisen assoziiert. „Das deutet darauf hin, dass das Gehirn versucht, den Ausfall des Haupt-Navigationssystems im entorhinalen Kortex durch alternative Strategien zu kompensieren“, erklärt Akan.

Bedeutung für das Verständnis bei Alzheimerund Demenz

Die Ergebnisse haben auch Relevanz für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer. Der entorhinale Kortex zählt zu den ersten Hirnregionen, die bei der Alzheimer-Erkrankung geschädigt werden. „Da chronischer Stress als Risikofaktor für Demenz gilt, liefert unsere Studie einen entscheidenden Mechanismus, wie Stresshormone diese empfindliche Region destabilisieren“, sagt Osman Akan.

Die Studie liefert somit nicht nur neue Erkenntnisse zur akuten Wirkung von Stress auf kognitive Funktionen, sondern auch mögliche Ansatzpunkte für das Verständnis langfristiger neurodegenerativer Prozesse.

Originalpublikation:
Akan, O., Chandreswaran, V., Soldan, H. D., Bierbrauer, A., Axmacher, N., Wolf, O. T., & Merz, C. J. (2026). Cortisol treatment impairs path integration and alters grid-like representations in the male human entorhinal cortex. PLOS Biology. DOI:10.1371/journal.pbio.3003661