Die Alzheimer-Krankheit ist die häufigste Ursache für Demenz im Alter. Weltweit arbeiten Forscher daran, die Diagnostik von Demenzerkrankungen zu verbessern, insbesondere die Früherkennung von Alzheimer. Ein vielversprechender Ansatz ist der Einsatz des Elektroenzephalogramms (EEG), um Veränderungen der Hirnaktivität zu erkennen, die auf eine beginnende Demenz hindeuten können.
Demenz: Ein Überblick
Rund 80 Prozent aller Demenzen werden durch Erkrankungen des Gehirns verursacht, bei denen Nervenzellen allmählich verloren gehen. Die Alzheimer-Krankheit ist mit 60-70 Prozent aller Fälle die häufigste Erkrankung. Daneben sind vaskuläre (gefäßbedingte) Demenzen, die Lewy-Körperchen-Krankheit, die Demenz bei Morbus Parkinson sowie die Frontotemporale Demenz am häufigsten. Darüber hinaus gibt es zahlreiche weitere Ursachen für eine Demenz, die insgesamt jedoch seltener sind.
Lewy-Körperchen-Demenz
Die Lewy-Körperchen-Demenz ähnelt der Alzheimer-Krankheit sehr stark, wodurch sie schwer voneinander zu unterscheiden sind. Kennzeichnend für eine Lewy-Körperchen-Demenz sind starke Schwankungen der geistigen Leistungsfähigkeit und der Aufmerksamkeit, optische Halluzinationen, die oft sehr detailreich sind, und leichte Parkinsonsymptome (unwillkürliches Zittern der Hände, Steifigkeit der Bewegungen). Es müssen aber nicht alle Symptome auftreten! Außerdem kommt es häufig zu Stürzen oder kurzen Bewusstlosigkeiten. Besonders gut scheinen die Patienten auf die Behandlung mit modernen Antidementiva, Acetylcholinesterase-Hemmern, anzusprechen. Bei der Behandlung mit Neuroleptika ist dagegen besondere Vorsicht geboten, weil die Patientinnen und Patienten darauf überempfindlich reagieren.
Vaskuläre Demenz
Bei vaskulären Demenzen kommt es in Folge von Durchblutungsstörungen des Gehirns zu einem Absterben von Nervenzellen. Vom Ausmaß der Durchblutungsstörung ist es abhängig, wie ausgeprägt die Demenz ist. Die häufigste Variante der vaskulären Demenz wird durch eine Wandverdickung in kleinen Blutgefäßen hervorgerufen, welche die tiefen Strukturen des Gehirns mit Blut versorgen. Bluthochdruck ist der wichtigste Risikofaktor. Die Gefäßerkrankung bewirkt kleine Infarkte (Lakunen) und eine Schädigung der Nervenfasern (Marklagerschäden). Der Beginn der vaskulären Demenz ist oft schleichend, das Fortschreiten allmählich - also schwer von der Alzheimer-Krankheit zu unterscheiden. Allerdings sind die Symptome anders. Im Vordergrund stehen nicht Gedächtnisstörungen, sondern Verlangsamung, Denkschwierigkeiten oder Stimmungslabilität. Eine seltenere Form der vaskulären Demenz ist die Multi-Infarkt-Demenz, bei der das Gehirn durch viele kleine Schlaganfälle geschädigt wird. Die Multi-Infarkt-Demenz beginnt meist plötzlich und schreitet in der Regel stufenweise fort. Die Krankheitssymptome sind denen der Alzheimer-Krankheit sehr ähnlich, es können aber körperliche Störungen wie Taubheitsgefühle oder Lähmungserscheinungen hinzu kommen. Risikofaktoren sind u.a. Bluthochdruck, Herzerkrankungen, Diabetes mellitus (Zuckerkrankheit), ein hoher Cholesterinspiegel (Blutfettwerte), Übergewicht, Bewegungsmangel und Rauchen. Durch eine rechtzeitige Behandlung der Risikofaktoren ist eine prinzipielle Vorbeugung der vaskulären Demenz möglich.
Morbus Parkinson
Das Hauptsymptom der Parkinson-Krankheit besteht in einer chronischen Verlangsamung aller Bewegungsabläufe, einer Unfähigkeit neue Bewegungen zu initiieren und einer Störung der Feinmotorik (sogenannte Hypokinese). Obwohl bei den Patienten keine wirklichen Lähmungen vorliegen, kann die Bewegungsstörung so schwere Ausmaße annehmen, dass die Betroffenen völlig bewegungslos und starr erscheinen (sogenannte Akinese). Der Gang ist vornübergebeugt und kleinschrittig, die Mimik wirkt starr und ausdruckslos. Bei vielen Kranken tritt darüber hinaus in Ruhe ein charakteristisches Zittern (sogenannter „Pillendreher“-Tremor) und bei der neurologischen Untersuchung eine typische Steifigkeit der Arme und Beine (sogenannter Rigor) in Erscheinung. Das gleichzeitige Auftreten der Symptome Hypo-/Akinese, Tremor und Rigor wird als Parkinson-Syndrom bezeichnet. Beim Morbus Parkinson im engeren Sinne wird das Parkinson-Syndrom durch ein Absterben derjenigen Hirnareale in der Tiefe des Gehirns verursacht, die den Botenstoff Dopamin produzieren (Substantia Nigra). Ein Parkinson-Syndrom kann jedoch auch durch andere Ursachen ausgelöst werden. Hierzu zählen z.B. Durchblutungsstörungen/Schlaganfälle in der Tiefe des Gehirns oder aber Nebenwirkungen bestimmter Medikamente (insbesondere Neuroleptika). Im letztgenannten Fall kann ein Absetzen des Medikaments zu einer Rückbildung der Symptome führen. Der Morbus Parkinson verläuft langsam schleichend über viele Jahre. In den Anfangsstadien sind die meisten Patienten geistig klar und voll orientiert. Aufgrund der motorischen Einschränkungen (starre Mimik) und der allgemeinen Verlangsamung wirken manche Patienten bei oberflächlicher Betrachtung geistig eingeschränkt, was jedoch vielfach in deutlichem Gegensatz zu einem wachen und aufmerksamen Verstand stehen kann. Gleichwohl kann sich bei ca. einem Drittel der Betroffenen im späten Stadium zusätzlich eine Demenz herausbilden. Die Behandlung des Morbus Parkinson erfolgt symptomatisch mit Medikamenten, die spezifisch gegen die Akinese und den Tremor wirken. In ausgewählten Fällen kann eine elektrische Hirnstimulation Erleichterung bringen. Begleitende Krankengymnastik ist unverzichtbar. Treten Demenzsymptome hinzu, sprechen diese nach neueren Untersuchungen auf die Behandlung mit einem Antidementivum (Rivastigmin) an.
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Creutzfeldt-Jakob-Krankheit
Die Creutzfeldt-Jakob Krankheit tritt als sehr rasch (6-12 Monate) fortschreitende Demenz in Erscheinung, die typischerweise von motorischen Störungen in Form von Myoklonien (= ausgeprägte unwillkürliche Muskelzuckungen) und Ataxie (= ausgeprägte Gleichgewichts- und Koordinationsstörungen) begleitet ist. Charakteristische Veränderungen im Elektro-Enzephalogramm (EEG) helfen, die Diagnose zu sichern. Die Creutzfeldt-Jakob Krankheit gilt als menschliche Variante des sogenannten „Rinderwahnsinns“ (BSE) und kommt beim Menschen sowohl als „sporadische“ Form (ohne eindeutige Verursachung), als erbliche aber auch als durch Infektion erworbene Form vor. Entsprechend gelten Gewebe und Körperflüssigkeiten von erkrankten Lebewesen als potenziell infektiös. Im Gegensatz zur früheren Vermutung, es handele sich um eine schleichende Viruserkrankung („Slow virus“-Theorie), wird die Creutzfeldt-Jakob Krankheit jedoch durch die Ablagerung atypischer Eiweißbruchstücke - den sogenannten Prionen - verursacht. Diese führen zu einer schwammartigen Zerstörung des Hirngewebes (sogenannte spongiforme Enzephalopathie). Die Krankheit ist sehr selten (in Deutschland ca. 80 Fälle pro Jahr) und eine Übertragung vom Tier auf den Menschen bislang nur in Einzelfällen nachgewiesen. Eine Therapie ist nicht bekannt, allenfalls kann eine symptomatische Behandlung der neuropsychiatrischen Begleitsymptome leichte Linderung bringen. Im Vergleich zu vielen anderen Demenzerkrankungen ist der Verlauf deutlich schneller und die meisten Betroffenen versterben innerhalb eines Jahres.
Korsakow-Syndrom
Das Korsakow-Syndrom (auch: amnestisches Syndrom) tritt insbesondere als ausgeprägte Merkfähigkeitsstörung in Erscheinung. Die Betroffenen haben die Fähigkeit verloren, neue Informationen zu speichern (sogenannte anterograde Amnesie) und entwickeln gleichzeitig die Tendenz, die entstehenden Gedächtnislücken und Orientierungsstörungen mit bisweilen frei erfundenen Geschichten zu füllen (sogenannte Konfabulation). Vielen Patienten ist dies jedoch nicht bewusst, so dass es sich bei den Konfabulationen nicht um bewusstes Täuschen oder gar Lügen handelt. Vielmehr ist das Korsakow-Syndrom Ausdruck einer schweren, chronischen Schädigung des Gehirns, die vor allem Hirnregionen betrifft, die für die Gedächtnisbildung und die Regulierung der Emotionen zuständig sind. Entsprechend sind viele Betroffene auch in ihrer Emotionalität verändert. Sie können distanzlos oder unangemessen heiter wirken. Die häufigste Ursache des Korsakow-Syndroms ist ein jahrelanger übermäßiger Alkoholkonsum. Es wird jedoch auch als Defektzustand nach Infektionen (Enzephalitis) und Traumen (schwere Kopfverletzungen) beobachtet. Bei vielen Betroffenen bestehen ausgeprägte Beeinträchtigungen der Alltags- und Sozialkompetenz, so dass eine selbstständige Lebensführung nicht mehr möglich ist. Bei dauerhafter Alkoholabstinenz und dem Ersatz bestimmter Vitamine (insbesondere Vitamin B1, Thiamin) kommt es in manchen Fällen zu leichten Besserungen.
Chronische Traumatische Enzephalopathie (CTE)
Die Chronische Traumatische Enzephalopathie (CTE) ist eine seltene fortschreitende degenerative Erkrankung des Gehirns. Betroffen sind Menschen - häufig Sportler -, die wiederholten leichtgradigen Schädeltraumen ausgesetzt waren (vor allem Schlägen und Stößen gegen den Kopf), auch wenn deren Auswirkungen unterhalb der Schwelle zur Gehirnerschütterung geblieben sind. Die wiederholten Schädeltraumen führen zu einer zunehmenden Zerstörung von Nervenzellen und zu einer abnormen Anhäufung des Tau-Proteins, wie sie auch bei der Alzheimer-Krankheit und anderen neurodegenerativen Krankheiten vorkommt. Typischerweise tritt eine CTE bei Sportlern auf, die während ihrer Karriere zahlreiche Schläge oder Stöße gegen den Kopf erlitten haben oder häufig mit dem Kopf auf den Boden gestürzt sind - auch wenn diese Traumen nicht zu den Symptomen einer Gehirnerschütterung geführt haben. In den letzten Jahren wurde die Erkrankung vor allem bekannt, weil sie bei American-Football-Spielern auftrat. Im Sommer 2019 hat der Deutsche Fußballbund erstmals die Profi-Fußballspieler zu Untersuchungen bezüglich Gehirnschäden und CTE aufgefordert. Die CTE tritt erst Jahre oder Jahrzehnte nach Ende einer Sportkarriere auf, in manchen Fällen aber auch schon bei jüngeren Athleten im Alter von 20 bis 30 Jahren. Schätzungen zufolge wurde bei rund 15 Prozent aller Sportler, die im Laufe ihres Lebens Kontaktsportarten ausgeübt haben, eine CTE festgestellt. Gegenwärtig kann die CTE nur durch eine Untersuchung des Gehirns nach dem Tod eindeutig festgestellt werden. In den Studien zur Diagnose der CTE bei Lebenden werden bildgebende Verfahren (Positronen-Emissionstomografie, Kernspintomografie) sowie Analysen bestimmter Eiweißstoffe in der Hirnrückenmarksflüssigkeit eingesetzt. Es gibt zwei klinische Hauptformen der CTE: Veränderungen kognitiver Fähigkeiten: Sie betreffen das episodische Gedächtnis (Erinnern von Ereignissen) und exekutive Funktionen (Planen, Organisieren, Problemlösen, Selbstkontrolle). Diese Form der CTE tritt meist um das 50. Lebensjahr auf. Auffälligkeiten des Verhaltens (Gefühlsausbrüche, Impulsivität, Gewalttätigkeit) und der Stimmung (Depressivität, Gefühle der Hoffnungslosigkeit). Diese Form entsteht durchschnittlich um das 70. Lebensjahr. Spezifische Behandlungsmöglichkeiten für eine vermutete CTE gibt es gegenwärtig nicht. Zur Milderung der Symptome eignen sich verschiedene Methoden: ausreichender Schlaf, körperliches Training, Verhaltenstherapie und psychoedukative Verfahren.
Die Rolle des EEG in der Demenzdiagnostik
Das Elektroenzephalogramm (EEG) ist eine nicht-invasive Methode, um die elektrische Aktivität des Gehirns zu messen. Dabei werden Elektroden auf der Kopfhaut platziert, die die Spannungsschwankungen aufzeichnen, die durch die Aktivität von Nervenzellen entstehen. Das EEG wird seit langem in der Diagnostik verschiedener neurologischer Erkrankungen eingesetzt, darunter auch Demenzen.
EEG-basierte Diagnoseansätze
EEG-basierte Diagnoseansätze sind vielversprechend, stoßen jedoch an Grenzen durch Inter-Subjekt-Variabilität, geringe Datenmengen und die fehlende Nachvollziehbarkeit klassischer Machine-Learning-Modelle. Zudem bestehen im klinischen Umfeld hohe Anforderungen an Datenschutz und Ressourcenverbrauch.
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KI-gestützte EEG-Verfahren
Forscher haben in den letzten Jahren verstärkt künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt, um die Auswertung von EEG-Signalen zu automatisieren und die Genauigkeit der Demenzdiagnostik zu verbessern. KI-gestützte EEG-Verfahren werden als schnelles, kostengünstiges und datenschutzsicheres Instrument für die Früherkennung von Demenzen vorgestellt. Durch die Möglichkeit, KI-Modelle auf tragbaren Geräten zu betreiben, ergibt sich perspektivisch ein breiterer Einsatz - von spezialisierten neurologischen Zentren bis hin zu später möglichen Anwendungen im häuslichen Umfeld.
Deep-Learning-Modelle für die Demenzklassifikation
In einer Studie entwickelten Forscher ein hybrides Deep-Learning-Framework, das Temporal Convolutional Networks und Long Short-Term Memory-Netze kombiniert. Grundlage war ein EEG-Datensatz mit sechs durch Leistungsdichtespektren berechneten Frequenzbändern. Das Modell klassifizierte Alzheimer und frontotemporale Demenz in binären Vergleichen nahezu fehlerfrei. In der Dreiklassen-Analyse - Alzheimer, frontotemporale Demenz und gesund - lag die Genauigkeit bei 80,34 %. Zudem ermöglicht die transparente KI-Technologie eine nachvollziehbare Entscheidungsbasis und verhindert die typische „Black-Box“-Problematik.
Datenschutzkonforme EEG-Klassifikation
Eine andere Studie prüfte, wie sich EEG-basierte Demenzklassifikation ohne zentrale Datenhaltung realisieren lässt. Dazu wurde ein besonders leichtgewichtiges Modell (EEGNetv4) mit hybrid-fusionsbasierten Erweiterungen kombiniert. Das neuronale Netz umfasst nur 1.609 Parameter und benötigt weniger als 1 MB Speicher, erzielte jedoch eine Testgenauigkeit von 97,1 %. Durch den Einsatz von Federated Learning konnten mehrere Einrichtungen das Modell trainieren, ohne EEG-Rohdaten auszutauschen. Die resultierende globale Modellleistung betrug 96,9 % und zeigt, dass eine datenschutzkonforme Trainingsumgebung möglich ist.
Erkennung von Mustern in den Hirnströmen
Beide Modelle nutzten EEG-Frequenzbänder wie Alpha-, Beta- und Gamma-Aktivität, um Merkmale zu identifizieren, die mit Demenzen assoziiert sind. Die KI-Systeme konnten langfristige Veränderungen und feine Unterschiede zwischen den Diagnosegruppen erkennen, was klassische Verfahren teilweise nur eingeschränkt leisten können.
Der "Fastball"-Test: Eine neue Methode zur Früherkennung von Alzheimer
Ein neuer Ansatz zur Früherkennung von Alzheimer ist der sogenannte "Fastball"-Test, der von britischen Forschern entwickelt wurde. Dieser Test zeigt den Patienten in schneller Folge Bilder von Alltagsobjekten, während ihre Hirnströme aufgezeichnet werden. Das EEG-Muster verrät dann, ob ihre gedächtnisgestützte Erkennung bereits gestört ist oder nicht.
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Durchführung des Tests
Während des wenige Minuten dauernden Tests werden den Betroffenen in drei Testdurchläufen Bilder von Alltagsobjekten gezeigt, einige wiederholen sich, andere sind neu. Damit die Aufmerksamkeit der Testpersonen nicht abschweift, werden sie gebeten eine Taste zu drücken, sobald sich ein Markierungskreuz in der Bildmitte rot umfärbt.
Ergebnisse der Pilotstudie
In einer Pilotstudie mit 20 Alzheimer-Patienten im noch relativ frühen Stadium und gesunden Kontrollpersonen unterschiedlichen Alters konnte der EEG-Test die Alzheimer-Patienten mit 86-prozentiger Treffsicherheit identifizieren, während klassische psychologische Tests dies nur zu rund 63 Prozent schafften. Als besonders hilfreich erwies sich der Test zudem dabei, normale altersbedingte Defizite von krankhaften Demenzanzeichen zu trennen.
Potenzial des "Fastball"-Tests
Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte ein solcher Test die Alzheimer-Diagnose in der jetzigen Form um bis zu fünf Jahre nach vorne verschieben. Sie hoffen aber, dass sie diese Zeitspanne noch weiter ausweiten können. Das Fernziel für Diagnosehilfen wie diese wäre es, Alzheimer und andere Demenzen schon im mittleren Alter lange vor Auftreten der Symptome nachweisen zu können.
Weitere Diagnoseverfahren
Neben dem EEG und dem "Fastball"-Test gibt es weitere Diagnoseverfahren, die bei der Abklärung von Demenzen eingesetzt werden.
Anamnese und körperliche Untersuchung
Wenn sich das Gedächtnis oder andere kognitive Fähigkeiten dauerhaft und auffällig verschlechtern, ist die erste Anlaufstelle meist die hausärztliche Praxis. Zunächst findet ein Anamnese-Gespräch statt: Die Ärztin oder der Arzt fragt nach aktuellen Beschwerden, Vorerkrankungen, Medikamenten und möglichen Risikofaktoren. Im Anschluss an das Gespräch folgt eine allgemeine körperliche Untersuchung.
Kognitive Tests
Kognitive oder auch neuropsychologische Tests können wichtige Hinweise auf das Vorliegen einer Demenzerkrankung geben. In einem Kurztest werden drei Wörter vorgegeben ('Auto, Blume, Kerze'), dann wird eine kleine Rechenaufgabe gestellt. Damit wird so ein bisschen die Aufmerksamkeit, den Faden halten, die Konzentration geprüft und nachdem die Patienten gerechnet haben, wird gefragt: 'Ich hatte Ihnen eben oder Sie hatten mir drei Wörter wiederholt, wie hießen die?'. Ein ausführlicher Gedächtnistest ist, dass man 15 Wörter lernen muss und zwar fünfmal hintereinander und dass danach eine zweite Wortliste gelernt wird, auch mit 15 Wörtern und dass danach - nach weiteren 20 Minuten - nach der ersten Wortliste nochmal gefragt wird.
Bildgebende Verfahren
Bildgebende Verfahren wie die Magnetresonanztomographie (MRT) können helfen, Veränderungen im Gehirn zu erkennen, die auf eine Demenz hindeuten. Bei der Frontotemporalen Demenz sind bildgebende Verfahren (MRT) besonders wichtig, um den für diese Form typischen Abbau im Stirn- oder Schläfenlappen zu erkennen. Bei der Vaskulären Demenz basiert die Diagnose auf MRT-Aufnahmen, die Durchblutungsstörungen, Gefäßveränderungen oder Schlaganfälle zeigen.
Biomarker
Der Nachweis bestimmter Proteine (Amyloid-beta, Tau) im Nervenwasser oder Blut kann die Diagnose der Alzheimer-Krankheit absichern. Für eine Behandlung mit Antikörpern wie Leqembi und Kisunla ist dieser Nachweis eine zentrale Voraussetzung.
Weitere Untersuchungen
Bei der Lewy-Körperchen-Demenz helfen zusätzliche Untersuchungen, etwa zur Beweglichkeit oder zum Schlafverhalten. Auch spezielle bildgebende Verfahren wie DAT-SPECT oder MIBG-Szintigrafie können zum Einsatz kommen. Typische Symtpome wie Halluzinationen oder Schwankungen in der Aufmerksamkeit werden gezielt abgefragt oder getestet.
Die Zukunft der Demenzdiagnostik
Weltweit arbeiten Demenzforscherinnen und -forscher daran, die Diagnostik von Demenzerkrankungen zu verbessern. Ein wichtiges Ziel ist es, Demenzerkrankungen wie Alzheimer früher zu erkennen. Ein weiteres wichtiges Forschungsfeld ist die korrekte Abgrenzung von Demenzerkrankungen. Während die Alzheimer-Krankheit mittlerweile sehr gut zu Lebzeiten eindeutig diagnostiziert werden kann, sind andere, seltenere Demenzen diagnostisch nach wie vor eine Herausforderung, zum Beispiel die Frontotemporale Demenz oder die Chronisch Traumatische Enzephalopathie (CTE), die durch Kopfverletzungen hervorgerufen wird. Hier kann oft erst eine Untersuchung des Gehirns nach dem Tod endgültig Gewissheit bringen. Die Forschung arbeitet daran, auch diese Diagnosen frühzeitig und eindeutig zu ermöglichen.