Die Schizophrenieforschung ist ein komplexes und sich ständig weiterentwickelndes Feld, das darauf abzielt, die Ursachen, Mechanismen und Behandlungsmöglichkeiten dieser schwerwiegenden psychischen Erkrankung besser zu verstehen. Die Hirnforschung spielt dabei eine zentrale Rolle, wobei sowohl traditionelle Ansätze als auch innovative Technologien wie Künstliche Intelligenz zum Einsatz kommen.
Die Rolle der Hirnforschung
Die Hirnforschung hat in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht und unser Verständnis von psychischen Erkrankungen wie Schizophrenie grundlegend verändert. Die Möglichkeit, das Gehirn mithilfe bildgebender Verfahren wie Magnetresonanztomographie (MRT) zu untersuchen, hat neue Einblicke in die Struktur und Funktion des Gehirns von Menschen mit Schizophrenie ermöglicht.
Bildgebende Verfahren und ihre Grenzen
MRT-Aufnahmen erlauben es, die Aktivität von Nervenzellen im Gehirn zu beobachten und gestörte Abläufe zu rekonstruieren. Für die farbige Darstellung eines Aktivitätsmusters im Gehirn werden in der Regel die Messdaten vieler Versuchspersonen hochgerechnet. Diese Daten zeigen, wann und wo in den Gehirnen der Probanden im Durchschnitt mehr Sauerstoff verbraucht wurde. Allerdings muss man sich der Grenzen dieser Technologie bewusst sein. Wie Felix Hasler, Pharmakologe und Autor des Buches "Neuromythologie", betont, sehen diese Darstellungen zwar aus wie Fotos einer Wärmebildkamera, sind aber in Wirklichkeit nur Bild gewordene Statistik.
Die Suche nach Biomarkern
Ein wichtiger Forschungsansatz ist die Identifizierung von Biomarkern, die auf eine Schizophrenie hindeuten können, bevor die ersten Symptome auftreten. Eine aktuelle Studie aus Australien und Schweden deutet darauf hin, dass ein einfacher Bluttest die Menge von Proteinen bestimmen kann, die auf den Alterungsprozess des Gehirns hindeuten. Demnach könnte ein beschleunigtes Altern des Gehirns ein möglicher Treiber in der Entstehung der Störung sein. Die Forscher werteten für die Studie Proteine im Blut aus, das sie den neuronalen Nervenzellen von an Schizophrenie Erkrankten entnahmen. Dabei fokussierten sie sich auf das Protein „Neurofilament light Chain“ (NfL), das aus einer langen, fadenartigen Struktur besteht und die Größe und Form der Nervenzellen erhält. „NfL wird ins Blut und in die Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit freigesetzt, wenn Gehirnneuronen geschädigt oder abgebaut werden“, heißt es in einer Pressemitteilung der Universität Melbourne. Die Freisetzung bei Schädigungen dieser Zellen würden das Protein zu einem nützlichen Biomarker für die Diagnose und Überwachung neurodegenerativer Erkrankungen und neurologischer Schäden machen.
Neuronale Wiederholungen und Schizophrenie
Menschen mit Schizophrenie nehmen die Welt um sich herum oft verzerrt wahr. Ein Grund dafür könnte sein, dass ihr Gehirn neue Informationen nicht so oft wiederholt, wie das bei nicht Erkrankten der Fall ist. Darüber berichtete das Team um Matthew Nour vom University College London im Fachmagazin »Cell«. Verglichen mit gesunden Versuchspersonen hatten die an Schizophrenie Erkrankten vermehrt Schwierigkeiten, in einem Versuch logische Schlüsse zu ziehen. Zugleich zeigten die Messungen, dass in den Pausen in ihrem Gehirn weniger neuronale Wiederholungen der gerade gelernten Regeln stattfanden. Sowohl Tiere als auch Menschen erstellen im Kopf »Weltkarten«, die ihnen helfen, das Geschehen um sich herum zu verstehen und richtig einzuordnen. Dieses innere Modell wird gefestigt, indem das Gehirn in Ruhezeiten die neuen Informationen immer wieder im Schnelldurchlauf durchspielt. Neurowissenschaftler sprechen von »neural replay«. Bei an Schizophrenie Erkrankten scheint der Vorgang verändert zu sein.
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Künstliche Intelligenz in der Schizophrenieforschung
Ein vielversprechender Ansatz zur Verbesserung der Diagnose und Behandlung von Schizophrenie ist der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI). Nikolaos Koutsouleris am Max-Planck-Institut für Psychiatrie entwickelt zusammen mit einem internationalen Forschungsteam ein digitales Abbild des menschlichen Gehirns. Es soll dabei helfen, psychiatrische Erkrankungen früher zu erkennen und zielgerichteter zu behandeln.
Der "Virtual Brain Twin"
Koutsouleris gehört zu den Gründern der Forschungsplattform „Virtual Brain Twin“- einem digitalen Modell des Gehirns für die personalisierte Behandlung psychiatrischer Erkrankungen mit Schwerpunkt Schizophrenie. In dem auf vier Jahre angelegten Projekt arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 18 europäischen Forschungseinrichtungen zusammen. Es soll die Diagnose von Schizophrenie zuverlässiger machen, neue Behandlungsmethoden erforschen und helfen, Therapien auf die individuellen Bedürfnisse der Patienten zuzuschneiden.
Momentan werden für den digitalen Zwilling noch Daten gesammelt und die mathematischen Modelle verfeinert. „Wir trainieren KI-Modelle mit MRT-Aufnahmen von Patienten mit unterschiedlichen Schweregraden der Erkrankung. Dann analysieren wir, was die Modelle auf den Bildern „gesehen“ haben. Die Ergebnisse geben wir an die Programmierer weiter, die damit einen Bauplan für den individuellen digitalen Zwilling erstellen“, erklärt Koutsouleris.
Funktionsweise des digitalen Zwillings
Ausgangspunkt für die Plattform ist die von Koutsouleris und seinem Team entwickelte Software „NeuroMiner“. Der Virtuelle Zwilling geht noch einen Schritt weiter und stellt im Computer einige für psychiatrische Erkrankungen relevante Vorgänge nach: Er beruht auf MRT-Aufnahmen, auf denen sich die Aktivität von Nervenzellen im Gehirn ablesen lassen. Anhand der darauf sichtbaren Veränderungen können die Forschenden gestörte Abläufe rekonstruieren. Hinzu kommen MRT-Aufnahmen von Gesunden und Erkrankten vor und nach der Gabe von Medikamenten in verschiedenen Dosierungen. So lernt das Programm, wie sich deren Wirkung bei verschiedenen Patienten unterscheidet. Weiterhin fließen Blutwerte, Hirnstrom-Messungen (EEG) und Erbgutanalysen ein. Das KI-Programm kann zudem auf Daten aus Gen- und Proteinanalysen sowie zur Wirkung von Medikamenten zurückgreifen. So entsteht das digitale Abbild einer Durchschnittsversion des menschlichen Gehirns.
Der digitale Zwilling kann nun dieses „Durchschnittsgehirn“ an die Gegebenheiten des einzelnen Patienten anpassen und beispielsweise berechnen, mit welcher Wahrscheinlichkeit sich aus einer einzelnen Psychose eine Schizophrenie entwickeln wird oder welche Medikamente bei genau diesem Menschen wirken werden. Mit jedem neuen Patienten lernt und verbessert sich der digitale Zwilling.
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Ziele und Anwendungsbereiche
Das Programm kann auch die Wirkung unterschiedlicher Dosierungen von Medikamenten und anderer Therapien prognostizieren. So wie Flugsimulator Turbulenzen oder Stürme simuliert, kann der digitale Zwilling hunderte Szenarien für einen Patienten durchspielen. Die Forschenden erhoffen sich dadurch jede Menge neue Erkenntnisse über die Entstehung der Erkrankung und ihre Therapie.
Der digitale Gehirnzwilling könnte auch die Prognose und Therapie anderer psychischer und neurodegenerativer Erkrankungen wie Depression, Alzheimer oder Parkinson verbessern.
Kritik und Herausforderungen der Hirnforschung
Trotz der vielversprechenden Fortschritte in der Hirnforschung gibt es auch Kritik und Herausforderungen. Einige Wissenschaftler bemängeln, dass die Hirnforschung in den letzten Jahren zu hohe Erwartungen geweckt hat, die nicht erfüllt werden konnten.
Die Grenzen der "harten" Wissenschaft
Steven Rose betont, dass die vermeintlich "harten" Wissenschaften nicht so hart sind, wie es oft dargestellt wird. Er kritisiert, dass in einzelnen Regionen Farben aufleuchten, die angeblich auf einen Blick den Verliebten, den Kriminellen, den Psychopathen oder das Mathe-Ass verraten. Aber sobald man sich den Versuchsaufbau und die Daten dahinter genauer ansieht, wird jedem Neurobiologen klar, wie fragwürdig die Verbindung der Hirn-Scans mit psychischen Phänomenen ist. Außerdem ist die Vorstellung, dass man einzelnen Hirnregionen spezifische Funktionen zuordnen könnte, eigentlich überholt und mit neueren Erkenntnissen über das hochdynamische System Gehirn nicht zu vereinbaren.
Die Komplexität des Gehirns
Die Hirnforschung hat es mit dem kompliziertesten Organ des bekannten Universums zu tun. Dirk Baecker betont, dass die Hirnforschung selbst bisher über keine allgemein anerkannte Theorie verfügt, um diese Komplexität zu bändigen und schlüssig zu erklären, wie wir uns in einer ebenso komplexen Umwelt zurechtfinden.
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Der Einfluss der Umwelt
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Einfluss der Umwelt auf die Entwicklung des Gehirns und das Entstehen von psychischen Erkrankungen. Gerhard Roth und Nicole Strüber betonen, dass die Gene im engeren Sinne wenig machen und dass das allermeiste, was uns steuert, sogenannte epigenetische Prozesse sind, auf einem Niveau im Gehirn, auf dem Gene und Umwelt aufs Engste miteinander wechselwirken. Das heißt, was die Gene tun und wie sie das tun, wird weitestgehend von der Umwelt bestimmt.
Definition und Symptome der Schizophrenie
Die Schizophrenie ist eine komplexe psychische Erkrankung, die durch eine Vielzahl von Symptomen gekennzeichnet ist. Die Symptome werden oft in Positiv-, Negativ- und kognitive Symptome unterteilt.
Positivsymptome
Oft verläuft die Schizophrenie in Schüben. Am Anfang eines solchen Schubs zeigen die Betroffenen in der Regel Positivsymptome. Die Bezeichnung „positiv“ meint, dass diese Veränderungen bei gesunden Menschen in der Regel nicht beobachtet werden: Sie kommen zum normalen Erleben und Verhalten „hinzu“. Dazu zählen jene Merkmale, die Laien oft als Erstes mit der Erkrankung verbinden, wie zum Beispiel Wahnvorstellungen: Manche Betroffene glauben, von Außerirdischen verfolgt zu werden, interpretieren Zeitungs-Schlagzeilen als geheime Botschaften, die an sie gerichtet sind, oder haben das Gefühl, dass wildfremde Menschen über sie reden. Ein weiteres Anzeichen können Sinnestäuschungen, Halluzinationen, sein: Die Patientinnen und Patienten hören Stimmen, die ihnen Befehle erteilen, oder sehen Dinge, die nicht da sind. Sie sind aber davon überzeugt, dass das, was sie wahrnehmen, real ist. Auch formale Denkstörungen zählen zu den Positivsymptomen. Darunter versteht man beispielsweise unzusammenhängende Gedanken, die sich wie ein unaufhaltsamer Strom aneinanderreihen und das normale Denken unvermittelt unterbrechen. Die Sprache kann desorganisiert wirken: „Oft springen die Betroffenen im Gespräch von Assoziation zu Assoziation, und zwar so sehr, dass man in ihren Äußerungen gar keinen Sinn mehr findet“, erklärt Frauke Schultze-Lutter, Psychologin an der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf.
Negativsymptome
Im späteren Verlauf eines Schubes klingen die Positivsymptome meist ab. Nun treten die sogenannten Negativsymptome in den Vordergrund: Patientinnen zeigen dann weniger ungewöhnliche oder untypische Verhaltensweisen, sondern wirken in ihrem Denken und Fühlen zunehmend verarmt. Sie sind beispielsweise kaum noch fähig, sich zu freuen oder andere Emotionen zu empfinden. Sie verlieren das Interesse an ihrer Umgebung und ehemaligen Hobbies, reden kaum noch und ziehen sich von ihren Bekannten zurück. Oft fällt es ihnen schwer, gewohnten Aktivitäten nachzugehen. Diese Verarmung spiegelt sich manchmal auch in Gestik und Mimik: Die Gesichtszüge können ausdruckslos oder starr wirken, die Stimme monoton.
Kognitive Symptome
Zu Beginn der Schizophrenieforschung ging man noch davon aus, dass die Erkrankung die geistige Leistungsfähigkeit nicht beeinträchtigt. Inzwischen haben Studien jedoch gezeigt, dass Betroffene statistisch betrachtet bei verschiedenen Tests der Hirnfunktion schlechter abschneiden als Gesunde. Der mentale Abbau ist irreversibel. Er setzt manchen Untersuchungen zufolge bereits Jahre vor der ersten psychotischen Episode mit ihren typischen Halluzinationen und Wahnvorstellungen ein und scheint mit einer Abnahme der Hirnsubstanz einherzugehen: Im Schnitt haben Menschen mit Schizophrenie ein um zwei Prozent geringeres Hirnvolumen als Nicht-Erkrankte.
Ursachen der Schizophrenie
Die Ursachen der Schizophrenie sind komplex und multifaktoriell. Es wird angenommen, dass eine Kombination aus genetischen Faktoren, Umwelteinflüssen und neurobiologischen Faktoren eine Rolle spielt.
Genetische Faktoren
Schon Anfang des 20. Jahrhunderts wusste man, dass Schizophrenie in manchen Familien gehäuft vorkommt. Ist ein Elternteil erkrankt, haben die Kinder gegenüber der Normalbevölkerung ein sechsfach erhöhtes Risiko, ebenfalls eine Schizophrenie zu entwickeln. Sind beide Elternteile betroffen, steigt die Wahrscheinlichkeit auf knapp 50 Prozent. Allerdings gibt es nicht das eine Schizophrenie-Gen. Vielmehr sieht man heute Veränderungen an über 100 Stellen im Erbgut in Zusammenhang mit einem größeren Krankheitsrisiko. Viele davon sind für die Entwicklung des Gehirns und der Verbindungen zwischen den Nervenzellen wichtig, andere für die Regulation des Immunsystems. Die meisten erhöhen die Wahrscheinlichkeit nur wenig, haben also jeweils nur einen kleinen Effekt. Experten rechnen damit, dass noch weit mehr Erbanlagen beteiligt sind - vermutlich mehrere tausend.
Neurobiologische Faktoren
Schizophrene Erkrankungen gehen nach heutigem Forschungsstand mit einer veränderten neuronalen Informationsverarbeitung einher. So nehmen viele Forschende an, dass bei Betroffenen der Datenaustausch zwischen verschiedenen Bereichen des Gehirns nicht ausreichend funktioniert. Diese Auffassung wird als Dyskonnektivitäts-Hypothese bezeichnet. Als Ursache werden Gene und Umwelteinflüsse vermutet, die im Zusammenspiel die Hirnentwicklung beeinträchtigen. Oft wird dadurch schon im Embryo oder in den ersten Lebensjahren der Grundstein für die Erkrankung gelegt.
Umwelteinflüsse
Neben bestimmten Erbanlagen scheinen auch Umwelteinflüsse diese Störungen der Informationsverarbeitung zu begünstigen. Allein oder im Zusammenspiel mit Risiko-Genen, können etwa virale Infekte der Mutter in der Schwangerschaft die Hirnentwicklung beeinflussen, wie Influenza oder Röteln. Auch Rauchen oder eine Fehlernährung der Schwangeren können die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass das Kind später an einer Schizophrenie erkrankt. Als weitere Faktoren haben sich Kopfverletzungen und Hirnhautentzündungen im Kindheitsalter herausgestellt, ebenso wie der Konsum von Cannabis oder anderen Drogen in der Jugend und im frühen Erwachsenenalter. Wer in einer Großstadt aufwächst, ist ebenfalls etwas stärker gefährdet als Menschen, die in ländlicheren Gegenden groß wurden.
Stress
Schlimme Erfahrungen in der Kindheit könnten ebenfalls das Risiko erhöhen, an einer Schizophrenie zu erkranken. Dazu zählen etwa sexueller Missbrauch und andere Traumata, emotionale oder körperliche Misshandlung, Vernachlässigung, Verlust der Eltern, aber auch extreme Fälle von Bullying.
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