Die Alzheimer-Krankheit, eine der häufigsten Ursachen für Demenz weltweit, betrifft Millionen von Menschen und stellt eine wachsende Herausforderung für die alternde Bevölkerung dar. Die neurowissenschaftliche Forschung spielt eine entscheidende Rolle bei der Entschlüsselung der komplexen Mechanismen dieser Krankheit und der Entwicklung neuer diagnostischer und therapeutischer Ansätze. Dieser Artikel beleuchtet einige aktuelle neurowissenschaftliche Forschungsprojekte und -ansätze im Bereich der Alzheimer-Forschung, von der Früherkennung und dem Verständnis der Gedächtnisfunktion bis hin zur Entwicklung von Interventionen zur Verbesserung der Gehirnresilienz.
Früherkennung und innovative Gedächtnistests
Ein zentraler Aspekt der Alzheimer-Forschung ist die Entwicklung von Methoden zur Früherkennung der Krankheit. Da die Alzheimer-Krankheit im Frühstadium oft nur sehr leichte Gedächtnisprobleme verursacht, sind sensitive Gedächtnistests erforderlich, um diese subtilen Veränderungen im Laufe der Zeit zu erfassen.
Dr. David Berron vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Magdeburg leitet ein Forschungsprojekt, das von der Stiftung Alzheimer Initiative (SAI) gefördert wird. Ziel dieses Projekts ist es, neuartige Gedächtnistests für das Frühstadium der Alzheimer-Krankheit zu entwickeln, die mittels Smartphone durchgeführt werden können.
Der Ansatz von Dr. Berron
Die kurzen Gedächtnistests zielen auf Fähigkeiten ab, die von Hirnregionen abhängen, die früh von der Alzheimer-Krankheit betroffen sind. Das Forschungsteam von Dr. Berron arbeitet mit Teilnehmern der DELCODE-Studie zusammen, um die Zuverlässigkeit dieser Gedächtnistests zu untersuchen. Die Teilnehmer der DELCODE-Studie, die aus verschiedenen Risikogruppen für Demenz und Erkrankte in einem frühen Stadium stammen, führen die Gedächtnistests ein Jahr lang regelmäßig von zu Hause aus am Smartphone durch.
Ziele des Forschungsprojekts
Das Hauptziel des Forschungsprojekts ist es, herauszufinden, ob die Gedächtnistests eine Verschlechterung der Gedächtnisleistung erfassen können. Dies könnte dazu beitragen, die kognitiven Schwierigkeiten im Frühstadium der Erkrankung besser zu erkennen und zu verstehen. Darüber hinaus könnten solche Gedächtnistests zukünftig die Wirkung von potenziellen Medikamenten in klinischen Studien besser erfassen.
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Bedeutung des Projekts
Die regelmäßige digitale Gedächtnistestung hat das Potenzial, bereits leichte Veränderungen der Gedächtnisleistung zu erfassen und somit ein besseres Verständnis dieser Veränderungen zu ermöglichen. Die Fördermittel für dieses Projekt werden für Gehälter, einen Laptop für die Analysen und die Teilnahme an internationalen Kongressen verwendet.
Neurofeedback als nicht-medikamentöser Ansatz
Neben der medikamentösen Behandlung werden auch nicht-medikamentöse Ansätze zur Behandlung von Alzheimer-Patienten erforscht. Ein vielversprechender Ansatz ist das Neurofeedback, bei dem der Studienteilnehmer lernt, gedächtnisrelevante Gehirnareale gezielt zu modulieren.
Prof. Dr. Kathrin Reetz von der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich leitete ein Forschungsprojekt, das untersuchte, ob Neurofeedback die kognitive Leistungsfähigkeit bei Alzheimer-Patienten verbessern kann.
Neurofeedback-Verfahren
Neurofeedback-Verfahren bieten Probanden die eigene Hirnaktivierung in der Regel visuell dar, so dass über operante Konditionierungsprozesse und positive Verstärkung die Aktivierung in spezifischen Hirnregionen nach entsprechendem Training herauf- bzw. herabmoduliert werden kann. In diesem Forschungsprojekt wurde untersucht, ob Neurofeedback mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) in Echtzeit Auswirkungen auf die kognitive Leistungsfähigkeit und auf neurofunktionelle bzw. neuroplastische Veränderungen hat.
Ergebnisse des Forschungsprojekts
Prof. Dr. Kathrin Reetz konnte zeigen, dass eine Region durch das Neurofeedback besonders angesprochen wurde, die für das visuell-räumliche Gedächtnis zuständig ist und im Verlauf der Alzheimer-Erkrankung besonders früh und stark von einem Absterben der Nervenzellen betroffen ist. Sowohl bei gesunden älteren Probanden als auch bei Alzheimer-Patienten im Frühstadium konnte die Leistungsfähigkeit im visuell-räumlichen Gedächtnis im Vergleich zu vor dem Training verbessert werden. Die Ergebnisse sind eine Grundlage für eine zukünftige Anwendung des Neurofeedbacks, um das Fortschreiten der Alzheimer-Symptome zu verlangsamen.
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Identifizierung neurotoxischer Proteinkomplexe
Ein weiterer wichtiger Forschungsansatz ist die Identifizierung von molekularen Mechanismen, die zum Fortschreiten der Alzheimer-Krankheit beitragen. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Hilmar Bading von der Universität Heidelberg hat einen neurotoxisch wirkenden Protein-Protein-Komplex entdeckt, der für das Absterben von Nervenzellen im Gehirn und den daraus resultierenden kognitiven Verfall verantwortlich ist.
Der NMDAR/TRPM4-Komplex
Der neurotoxisch wirkende NMDAR/TRPM4-Komplex besteht aus dem NMDA-Rezeptor und dem Ionenkanal TRPM4. Außerhalb der Synapsen verleiht TRPM4 diesen Rezeptoren toxische Eigenschaften. Das Forschungsteam konnte zeigen, dass der NMDAR/TRPM4-Komplex bei Alzheimer-Mäusen im Vergleich zu gesunden Tieren deutlich vermehrt zu finden ist.
Hemmung des Protein-Protein-Komplexes
Mithilfe eines neuartigen Wirkstoffprinzips, einem sogenannten „TwinF Interface Inhibitor“ mit der Bezeichnung FP802, konnte das Forschungsteam den tödlichen Protein-Protein-Komplex zerlegen. Bei Alzheimer-Mäusen, die mit dem Molekül behandelt wurden, konnte das Fortschreiten der Erkrankung deutlich verlangsamt werden. Typische zelluläre Veränderungen aufgrund der Alzheimer-Erkrankung traten nicht oder nur in geringem Ausmaß auf, und auch kognitive Fähigkeiten wie Lernen und Gedächtnis blieben weitgehend erhalten.
Bedeutung des Ansatzes
Dieser Ansatz unterscheidet sich grundlegend von bisherigen Therapiestrategien für die Alzheimer-Erkrankung. Statt auf die Entstehung oder Entfernung von Amyloid aus dem Gehirn zu zielen, blockiert der NMDAR/TRPM4-Komplex einen nachgeordneten zellulären Mechanismus, der zum Absterben von Nervenzellen führen kann und die Bildung von Amyloid-Ablagerungen befördert.
Einfluss gestörter Aufmerksamkeitsleistung auf die Gedächtnisleistung
Neben Gedächtnisstörungen spielen auch Beeinträchtigungen der Aufmerksamkeit eine wichtige Rolle in der Frühphase der Alzheimer-Krankheit. PD Dr. Kathrin Finke und Dr. Christian Sorg untersuchten in einem Forschungsprojekt den Einfluss gestörter Aufmerksamkeitsleistung auf die Gedächtnisleistung in der Frühphase der Alzheimer-Krankheit.
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Forschungsansatz
Die Wissenschaftler nutzten die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), um Veränderungen in Hirnnetzwerken zu erfassen. Zudem wurden innovative psychophysische Methoden zur Erfassung von Aufmerksamkeitsleistungen der Probanden mittels Sprach- und Gedächtnistests eingesetzt. So sollte die Beziehung zwischen neuropsychologisch erfassbaren Komponenten der Aufmerksamkeit und der Veränderung von synchronisierter Hirnaktivität erforscht werden.
Ziele des Forschungsprojekts
Das Ziel des Forschungsprojekts war es, neurokognitive Biomarker gestörter Aufmerksamkeitsleistung zu etablieren und zu validieren. Diese könnten die Diagnose, die Vorhersage des Verlaufs und die Behandlung der Alzheimer-Krankheit wesentlich verbessern.
Ergebnisse des Forschungsprojekts
Das Forscherteam untersuchte ältere, gesunde Menschen sowie Patienten mit einem hohen Alzheimer-Risiko und Menschen, die an einer seltenen Variante der Alzheimer-Erkrankung leiden, bei der aufgrund von Hirnveränderungen in Aufmerksamkeitsarealen ganz besonders ausgeprägte Aufmerksamkeitsveränderungen auftreten. Die Störungen, die bei der typischen Entwicklung der Alzheimer-Erkrankung und dieser seltenen Variante auftreten, wurden verglichen.
Resilienz des Gehirns gegenüber Alterungsprozessen und der Alzheimer-Krankheit
Ein weiterer wichtiger Forschungsbereich ist die Untersuchung der Resilienz des Gehirns gegenüber Alterungsprozessen und der Alzheimer-Krankheit. Ziel ist es, die Widerstandsfähigkeit des Gehirns durch einen multimodalen Ansatz zu verstehen und zu verbessern.
Schwerpunkte der Forschung
Die Forschung konzentriert sich auf die Charakterisierung der Vulnerabilität neuronaler Systeme, die Untersuchung von protektiven Lebensstilfaktoren und die Entwicklung von frühzeitigen und wirksamen Interventionsprogrammen.
Translationale Forschungsperspektive
Das Forschungsprogramm basiert auf einer translationalen Forschungsperspektive und fokussiert sich auf drei interaktive Themenbereiche: die Vulnerabilität des alternden Gehirns, neurobiologische Mechanismen und Korrelate von protektiven Lebensstilfaktoren und die Evaluierung von multimodalen Lebensstil-Interventionen.
Multimodale Interventionsansätze
Es werden neuartige multimodale Interventionsansätze gegen die Alzheimer-Erkrankung mit Hilfe von Synergien in den Bereichen der Neurowissenschaften, Technologie, Kunst und Kultur entwickelt und evaluiert.
Die Rolle des glymphatischen Systems
Die Forschung zur Beseitigung von Abfallstoffen aus dem Gehirn hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Insbesondere die Arbeiten von Roy Weller, Maiken Nedergaard und Mathias Jucker haben neue Einblicke in die Mechanismen der Abfallentsorgung im Gehirn und deren Bedeutung für die Entstehung der Alzheimer-Krankheit geliefert.
Der Abtransport von Abfallstoffen im Gehirn
Die Abfallprodukte, die durch den Stoffwechsel unserer Zellen entstehen, werden über Lymphgefäße und -knoten ins Blut transportiert, in der Leber abgebaut und mit dem Urin ausgeschieden. Eine Ausnahme bildet das Gehirn, denn dort gibt es keine konventionellen Lymphgefäße. Funktioniert der Abtransport nicht richtig, lagern sich diese Substanzen im Gehirn ab.
Amyloid-Plaques und ihre Rolle bei Alzheimer
Bei der Alzheimer-Erkrankung lagert sich das sogenannte Amyloid-b (Ab) Protein als Plaques um Nervenzellen ab und schädigt diese. Während in jungen Jahren selten amyloide Plaques im Gehirn auftreten, scheint der Abtransport der Proteine mit fortschreitendem Alter immer schlechter zu funktionieren.
Das glymphatische System
Maiken Nedergaard hat die Rolle der Astrozyten bei der Verteilung der Flüssigkeit im Gehirn erforscht und das „Glia-lymphatische System“ (glymphatisches System) entdeckt. Dieses System ist hauptsächlich im Schlaf aktiv und ermöglicht den Abtransport von Ab-Proteinen und anderen Abfallstoffen aus dem Gehirn.
Biomarker für neurodegenerative Erkrankungen
Mathias Jucker untersucht in den Flüssigkeiten, die das Gehirn reinigen, Biomarker für neurodegenerative Erkrankungen. Die Entfernung von Ab-Proteinen aus dem Gehirn ist abhängig von ihrer korrekten dreidimensionalen Struktur. Falsch gefaltete Ab-Proteine lösen die Fehlfaltung weiterer Ab-Proteinmoleküle aus und bewirken auf diese Weise die Ausbreitung amyloider Plaques.
Unterstützung der Forschung durch die Deutsche Alzheimer Gesellschaft (DAlzG)
Die Deutsche Alzheimer Gesellschaft (DAlzG) unterstützt regelmäßig Forschungsvorhaben im Bereich Demenz. Sie schreibt alle zwei Jahre eine Forschungsförderung im Bereich der Versorgungsforschung aus und unterstützt Forschungsprojekte auch praktisch, beispielsweise indem sie ihr Expertenwissen in Projektbeiräten zur Verfügung stellt.
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