Die Alzheimer-Krankheit ist eine der häufigsten Ursachen für Demenz, und ihre frühzeitige Erkennung ist entscheidend für die Verbesserung der Behandlungschancen und der Lebensqualität der Betroffenen. Neue bildgebende Verfahren des Gehirns, insbesondere spezielle MRT-Scans und die Amyloid-Positronen-Emissions-Tomographie (PET), eröffnen vielversprechende Möglichkeiten zur Früherkennung und Diagnose von Alzheimer. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Gehirn-Scan-Verfahren, ihre Anwendungsbereiche und ihren potenziellen Nutzen für die Alzheimer-Diagnostik.
Neue Ansätze in der Früherkennung von Demenz
Britische Forschende haben eine Methode entwickelt, die die Früherkennung von Demenz deutlich verbessern könnte: einen Gehirnscan, der nur zehn Minuten dauert. Dieser Scan, der mit einer funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) erstellt wird, könnte eine Demenz mehrere Jahre vor dem Auftreten von Symptomen erkennen.
Funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT)
Die fMRT misst die Gehirnaktivität, indem sie Veränderungen im Blutfluss erfasst. Bei der Alzheimer-Krankheit sind bestimmte Hirnregionen, insbesondere das "Default Mode Network" (DMN), betroffen. Das DMN ist eine Gruppe von Gehirnregionen, die beim Nichtstun aktiv werden und beim Lösen von Aufgaben deaktiviert werden. Der Scan misst die Wechselbeziehungen zwischen diesen verschiedenen Regionen, während der Proband still liegt, ohne eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Veränderungen in der Konnektivität innerhalb des DMN können ein frühes Anzeichen für Alzheimer sein.
Eine Studie untersuchte Gehirnscans von 1100 Patientinnen und Patienten aus der UK Biobank mithilfe von fMRT. Das Forschungsteam ordnete jedem Patienten und jeder Patientin einen individuellen Risikowert zu, der besagte, wie gefährdet sie waren, an Demenz zu erkranken. Das Ergebnis: Ihr Modell konnte das Auftreten von Demenz bis zu neun Jahre vor der offiziellen Diagnose mit einer Genauigkeit von mehr als 80 Prozent vorhersagen.
Die Analyse zeigte, dass das genetische Risiko für Demenz stark mit Veränderungen der Konnektivität in den Hirnregionen verbunden war. Zudem fand das Team heraus, dass auch soziale Isolation das Demenzrisiko durch ihre Auswirkungen auf die Konnektivität im DMN erhöhen kann.
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Magnetresonanztomographie (MRT)
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist heute das Standardverfahren der Bildgebung bei Demenz. Sie liefert äußerst genaue Schnittbilder des Gehirns, und das ganz ohne Strahlenbelastung. Charakteristisch für die Alzheimer-Demenz ist eine Atrophie, also eine Volumenminderung der Hippocampusregion sowie kortikaler Strukturen insbesondere der Temporal- und Parietalregion. Der Hippocampus, eine für Gedächtnis und Lernen zentrale Hirnstruktur, zeigt bereits in frühen Stadien der Alzheimer-Demenz oftmals eine altersuntypische Volumenreduktion.
Mit der Weiterentwicklung der Bildgebungstechnologie gewinnt die KI-gestützte MRT-Volumetrie zunehmend an Bedeutung. Diese moderne Methode nutzt KI-basierte Algorithmen zur präzisen Messung von Gehirnvolumina und ermöglicht eine objektive Quantifizierung von regionalen oder globalen Atrophien.
Die Rolle der Amyloid-PET bei der Diagnose unklarer Demenzursachen
Eine jüngst gestartete Studie unter Federführung des DZNE geht der Frage nach, ob Patientinnen und Patienten mit „Demenz unklarer Ursache“ von einer Untersuchung des Gehirns mittels Amyloid-Positronen-Emissionstomografie (Amyloid-PET) profitieren. Die Amyloid-PET kann im Gehirn sogenanntes Amyloid nachweisen. Diese Proteinablagerungen sind typisch für Alzheimer und somit wichtige Indizien für die Diagnose.
An der Studie beteiligen sich unter Federführung des DZNE bundesweit mehr als 20 Studienzentren, die an Universitätskliniken sowie an Einrichtungen aus dem niedergelassenen Bereich verortet sind. Die Studienteilnehmenden werden nach dem Zufallsprinzip in zwei gleichgroße Gruppen eingeteilt: Die Probanden der einen Gruppe erhalten eine Untersuchung mit Amyloid-PET, die anderen nicht. Bei der Liquordiagnostik wird zum Nachweis des Amyloids Nervenwasser aus dem Rückenmarkskanal entnommen.
Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist mehr als ein Blick ins Gehirn: Sie zeigt, wie aktiv Nervenzellen arbeiten und ob sich krankhafte Proteine ablagern. Dafür werden schwach radioaktive Substanzen eingesetzt, die bestimmte Prozesse im Gehirn sichtbar machen.
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Technisch laufen alle PET-Untersuchungen ähnlich ab: Man bekommt eine schwach radioaktive Substanz gespritzt und liegt danach auf einer Liege, die langsam durch den PET-Scanner fährt. Der Unterschied liegt in der Substanz: Sie bindet entweder an Zucker, an Amyloid-Plaques oder an Tau-Fibrillen.
FDG-PET
FDG-PET macht sichtbar, wie gut Nervenzellen Zucker verwerten. Die PET des Gehirns mit dem Glukoseanalogon FDG wird seit Jahrzehnten in der Diagnostik von Demenzerkrankungen eingesetzt, insbesondere bei klinisch unklarem Verdacht auf eine neurodegenerative Ätiologie. Der Einsatz der FDG-PET in der Diagnostik von Demenzerkrankungen beruht auf dem Nachweis reduzierten Glukosestoffwechsels in bestimmten Gehirnarealen. Dabei stellt die FDG-PET den Glukoseverbrauch dar, der in der grauen Substanz des Gehirns primär mit der synaptischen Aktivität korreliert ist.
Amyloid-PET
Die Amyloid-PET/CT stellt ein modernes, zugelassenes Verfahren der molekularen Bildgebung dar, welches den Nachweis der für die Alzheimer-Demenz typischen Amyloid-Plaque-Ablagerungen im Gehirn in vivo ermöglicht. In der Frühdiagnostik der AD ist die Amyloid-PET der FDG-PET überlegen, da cerebrale Amyloid-Ablagerungen den FDG/PET- oder MRT-Veränderungen um Jahre vorausgehen. Die Amyloid-Bildgebung hat daher bereits diagnostischen Wert in den frühen Erkrankungsstadien, wie bei der leichten kognitiven Störung (mild cognitive impairment, MCI).
Tau-PET
Die Ablagerung von Tau-Proteinen ist ein grundlegendes pathophysiologisches Merkmal vieler neurodegenerativer Demenzerkrankungen. Die Entwicklung sensitiver Tau-PET Radionuklide für die PET/CT in den letzten Jahren hat die Lokalisation von Tau-Ablagerungen in unterschiedlichen klinischen neurodegenerativen Phänotypen in vivo ermöglicht. Bei der AD sind die räumlichen Muster der Tau-Pathologie in temporalen, parietalen und frontalen Regionen mit der Neurodegeneration und klinischen Symptomatik korreliert.
Vergleich von Liquor-Untersuchung und PET-Bildgebung
Um herauszufinden, wie aussagekräftig die Ergebnisse der Liquor-Untersuchung im Verhältnis zum Goldstandard PET-Bildgebung sind, haben die Münchner Forschenden Daten von über 400 Patienten mit Verdacht auf eine Alzheimer-Demenz ausgewertet, die zwischen 2013 und 2024 am LMU Klinikum sowohl eine Liquor-Untersuchung auf Amyloid als auch ein PET des Gehirns bekommen hatten. Die Ergebnisse: Wer im Nervenwasser einen Amyloid-Wert von über 7,1 aufwies, war im PET zumeist nicht auffällig - Alzheimer-Befund mithin negativ. Patienten mit einem Amyloid-Wert von weniger als 5,5 im Liquor waren auch im PET überwiegend auffällig - Alzheimer-Befund mithin höchstwahrscheinlich positiv. Doch besonders wichtig ist, dass es eine Grauzone zwischen 5,5 und 7,1 im Nervenwasser gab - bei etwa 15 bis 20 Prozent der Patienten.
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Künstliche Intelligenz (KI) und Gehirn-Scan-Verfahren
Aus Hirnbildern lässt sich mithilfe von neuester KI-Technologie, sogenannter Künstlicher Neuronaler Netzwerke, das biologische Alter eines Menschen genau bestimmen. Ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften hat jetzt einen Algorithmus entwickelt, durch den sich zeigt: Die Altersschätzung geht auf eine ganze Bandbreite an Merkmalen im Gehirn zurück, und gibt dabei generelle Auskunft über den Gesundheitszustand eines Menschen.
Die Künstlichen Neuronalen Netzwerke nutzen unter anderem die weiße Substanz, um Vorhersagen zu treffen. Sie schauen demnach insbesondere darauf, wie viele kleine Risse und Vernarbungen sich durch das Nervengewebe im Gehirn ziehen. Zudem analysieren sie, wie breit die Furchen in der Großhirnrinde, dem Cortex, sind oder wie groß die Hohlräume, die sogenannten Ventrikel.
In Zukunft könnte ein Hirnscan von verschiedenen Netzwerken automatisch analysiert werden, die sich jeweils auf bestimmte Bereiche spezialisiert haben - eines zieht Rückschlüsse auf Alzheimer-Erkrankungen, das andere auf Tumore, und wieder ein anderes auf mögliche psychische Störungen.
Herausforderungen und Zukunftsperspektiven
Trotz der vielversprechenden Fortschritte in der Alzheimer-Diagnostik gibt es noch einige Herausforderungen zu bewältigen. Die Kosten für PET-Scans sind hoch, und die Erstattung durch die Krankenkassen ist nicht immer gewährleistet. Zudem ist die Interpretation der Ergebnisse komplex und erfordert spezialisierte Expertise.
Dennoch bieten die neuen Gehirn-Scan-Verfahren und die Fortschritte in der KI-gestützten Bildanalyse große Chancen für eine frühzeitige und präzise Diagnose der Alzheimer-Krankheit. In Kombination mit neuen Therapieverfahren könnten diese Fortschritte dazu beitragen, den Verlauf der Krankheit zu verlangsamen und die Lebensqualität der Betroffenen zu verbessern.