Schizophrenie ist eine schwere psychische Erkrankung, die weltweit etwa 1 % der Bevölkerung betrifft. Das bedeutet, dass in Deutschland rund 800.000 Menschen von Schizophrenie betroffen sind. Sie manifestiert sich typischerweise im frühen Erwachsenenalter, bei Männern zwischen dem 20. und 25. Lebensjahr und bei Frauen zwischen dem 25. und 30. Lebensjahr. Die Erkrankung ist durch eine Vielzahl von Symptomen gekennzeichnet, darunter Halluzinationen, Wahnvorstellungen, Denkstörungen und sozialer Rückzug. Dank moderner bildgebender Verfahren ist es Hirnforschern heute möglich, den Turbulenzen im Kopf auf die Spur zu kommen. Obwohl die genauen Ursachen der Schizophrenie nach wie vor unbekannt sind, weiß man, dass bei Erkrankten gewisse Hirnregionen nicht nach Plan funktionieren.
Veränderungen im Gehirn von Schizophrenie-Patienten
Die Schizophrenie, die Hirnforscher als Entwicklungsstörung des Gehirns deuten, geht mit subtilen Veränderungen in der Kernspintomografie einher. Im Vergleich zu gesunden Menschen zeigen Schizophrenie-Patienten Unterschiede in der Gehirnstruktur und -funktion. Diese Unterschiede können verschiedene Bereiche des Gehirns betreffen, darunter den Frontallappen, den Temporallappen, den Thalamus, den Hirnstamm und das Kleinhirn.
Verminderte und verstärkte Durchblutung
Menschen, die an Schizophrenie leiden, zeigen im Vergleich zu Gesunden in bestimmten Hirnregionen eine verminderte, in anderen eine verstärkte Durchblutung. Eine Bonner Forschergruppe hat eine schonende Technik angewendet, um den Blutfluss im Gehirn schizophrener Patienten zu messen. Dabei konnten sie auf belastende Röntgenstrahlen oder die Gabe von Kontrastmitteln komplett verzichten. Die Wissenschaftler verglichen den Blutfluss im Gehirn von 11 Schizophrenie-Patienten mit dem bei 25 gesunden Kontrollpersonen. Schizophrene Patienten zeigten im Vergleich zu Gesunden eine stärkere Durchblutung im Kleinhirn, Hirnstamm und Thalamus und einen geringeren Blutfluss in Teilen des Frontalhirns. Diese Regionen übernehmen eine Vielzahl kognitiver Funktionen, wie Entscheidungsfindung, Planung, Urteilsvermögen und Impulskontrolle.
Veränderungen in der Hirnrinde
Eine aktuelle Analyse basiert auf den Aufnahmen, die an weltweit 22 Zentren bei 6 037 Personen gemacht wurden, von denen 2 509 an einer Schizophrenie litten. Die anderen 3 528 Personen waren psychisch gesund. Das Team um Philipp Homan von der Psychiatrischen Universitätsklinik Zürich beschreibt eine Reihe von Unterschieden zwischen den Gehirnen von Gesunden und Menschen mit Schizophrenie. Diese betreffen die Dicke und Oberfläche der Hirnrinde sowie das Faltungsmuster und das Volumen von tiefer liegenden Hirnregionen. Eine aus Sicht der Forscher wichtige Beobachtung war eine gleichförmigere Faltung der Hirnrinde im mittleren vorderen Bereich des Cortex. Da die Gehirnfaltung zum größten Teil in der frühen Kindheit abgeschlossen ist, ist diese Beobachtung mit dem Konzept vereinbar, nach dem die Schizophrenie eine Entwicklungsstörung des Cortex ist, bei der neuronale Verschaltungen unterbleiben, die für normale Denk- und Gefühlsvorgänge benötigt werden.
Instabile Hirnnetzwerke
Wissenschaftler der Arbeitsgruppe Systemische Neurowissenschaften in der Psychiatrie und der Universität von Philadelphia haben einen möglichen Mechanismus gefunden, der erklären könnte, wie die beeinträchtigte Signalübertragung zwischen einzelnen Nervenzellen die Informationsverarbeitung und Zuverlässigkeit des gesamten Hirns beeinflusst. Mittels funktioneller Magnetresonanztomographie untersuchten sie bei Schizophrenen im Vergleich zu Gesunden, wie die Hirnregionen während einer Arbeitsgedächtnisaufgabe miteinander „sprechen“ und so ein Netzwerk bildeten. Dabei zeigte sich, dass die Gehirne von Schizophrenen weniger stabile Netzwerke ausbildeten. Interessanterweise zeigten die Gehirne von den ebenfalls untersuchten Angehörigen von Schizophrenen, die nicht von der Krankheit betroffen waren, aber im Schnitt die Hälfte der Risikogene für die Erkrankung geerbt hatten, eine mittlere Stabilität zwischen den Gruppen von Gesunden und Erkrankten, was einen wichtigen Hinweis für den Einfluss von Genen auf die Netzwerkstabilität zeigt.
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Neuroimaging: Ein Blick in das Gehirn von Schizophrenie-Patienten
Dank moderner bildgebender Verfahren ist es Hirnforschern heute möglich, den Turbulenzen im Kopf auf die Spur zu kommen. Das Neuroimaging ist ein noch junges Forschungsfeld, bei dem Krankheiten durch die Betrachtung von Hirnstrukturen und Hirnaktivitäten analysiert werden. Die Wissenschaftler sind bei ihrer Suche nach Aktivitätsmustern im Gehirn bislang auf nuklearmedizinische Techniken wie Einzelphotonen-Emissions-Tomograhie (SPECT) und Positronen-Emissions-Tomographie (PET) angewiesen. Der Nachteil: Beide Verfahren arbeiten mit radioaktiven Substanzen, die dem Patienten als Kontrastmittel vor der Aufnahme mit einer speziellen Kamera injiziert werden und von denen radioaktive Strahlung ausgeht. Die Untersuchung ist teuer und kann wegen der Strahlenbelastung nicht beliebig oft wiederholt werden.
Continuous Arterial Spin Labeling (CASL)
Die Bonner Forscher haben in ihrer Studie nun erstmals eine schonendere Technik angewendet, um Blutfluss im Gehirn schizophrener Patienten zu messen. Die Methode nennt sich Continuous Arterial Spin Labeling (CASL) und ist eine spezielle Form der Magnetresonanz-Tomographie. Das Prinzip: Das arterielle Blut wird im Halsbereich des Patienten durch ein Hochfrequenzsignal magnetisch markiert, bevor es einen bestimmten Abschnitt des Gehirns erreicht. Nach einer gewissen Zeit, in der sich das markierte Blut im Gehirn verteilt hat, wird ein Bild aufgenommen. Durch Subtraktion zweier Bilder, davon eines mit markiertem Blut und eines ohne Markierung, lässt sich die Blutversorgung in jeder beliebigen Region des Gehirns berechnen.
Mustererkennung im Gehirn
Ein internationales Forscherteam konnte mithilfe der Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) bereits im Frühstadium der Erkrankung Muster im Gehirn sichtbar machen, die nur bei Schizophrenie-Patienten auftreten. Aus diesen Abweichungen in der Hirnstruktur haben die Wissenschaftler abgeleitet, dass es sich um krankheitsspezifische Muster handeln muss. Für den Vergleich der MRT-Bilder nutzten die Forscher ein Mustererkennungsverfahren, das aus dem Forschungsfeld der Computational Neuroscience stammt. Dabei analysierte ein Computerprogramm die Hirnscans von gesunden und Hochrisiko-Probanden auf Unterscheidungsmerkmale und leitete daraus Gesetzmäßigkeiten ab. So konnten die Forscher mithilfe eines Hirnscans und der anschließenden Computeranalyse einen späteren Ausbruch der Krankheit mit bis zu 90-prozentiger Sicherheit vorhersagen.
Schizophrenie und frontotemporale Demenz: Gemeinsamkeiten und Unterschiede
Forscher verglichen erstmals Schizophrenie und frontotemporale Demenz, Erkrankungen, die beide in den frontalen und Schläfenlappen-Regionen des Gehirns verortet werden. Mit einem international aufgestellten Team trainierten Koutsouleris und Schroeter mithilfe künstlicher Intelligenz neuroanatomische Klassifikatoren beider Erkrankungen, die sie an Hirndaten verschiedener Kohorten anwenden konnten. Das Ergebnis: 41 Prozent der Schizophrenie-Patienten wurden vom bvFTD-Klassifikator als bvFTD-Patienten identifiziert. Als die Forschenden die Zusammenhänge auch bei Hochrisikopatienten überprüften, fanden sie auf neuroanatomischer Ebene bestätigt, was Kraepelin als Erster dezidiert beschrieben hatte: keinerlei Verbesserung des Zustandes einiger Patienten, ganz im Gegenteil. Ähnliche neuronale Strukturen waren betroffen, insbesondere das sogenannte „Default-Mode“-Netzwerk und das Salienznetzwerk des Gehirns, verantwortlich für Aufmerksamkeitssteuerung, Empathie und Sozialverhalten, zeigten Volumenabnahmen im Bereich der grauen Substanz, die die Nervenzellen beherbergt.
Die Rolle von Glutamat bei Schizophrenie
Neuere Studien deuten darauf hin, dass der Botenstoff Glutamat bei Krankheitsentstehung und -verlauf eine zentrale Rolle spielt. Es zeigte sich, dass die Gehirne von Schizophrenen weniger stabile Netzwerke ausbildeten. In einem weiteren Experiment benutzten sie die funktionelle Bildgebung unter Einfluss eines Wirkstoffes. Gesunde Probanden bearbeiteten dieselbe Arbeitsgedächtnisaufgabe und erhielten einen geprüften und wirksamen Hemmstoff der glutamatergen Signalübertragung namens Dextrometorphan. Im Vergleich zu der Placebo Bedingung zeigten auch gesunde Probanden nach der Gabe von Dextrometorphan weniger stabile Netzwerke, was den Hinweis auf einen begründeten Zusammenhang zwischen veränderter Glutamat-Signalübertragung und instabilen Netzwerken liefert.
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Frühzeitige Diagnose und Therapie
Je früher eine Schizophrenie erkannt wird, desto besser kann sie behandelt werden. Nun ist es Forschern erstmals gelungen, bereits Vorstadien einer Schizophrenie zu diagnostizieren und so einen Ausbruch der Krankheit mit bis zu 90-prozentiger Sicherheit vorherzusagen. Durch den Blick in das Gehirn des Patienten können wir bereits im Frühstadium Muster erkennen, die auf eine Schizophrenie hindeuten. Damit wird eine Behandlung bereits möglich, bevor die Erkrankung ausbricht. So kann der Arzt den Krankheitsverlauf positiv beeinflussen. Ein späterer Ausbruch der Schizophrenie, der mit Wahnerleben, Halluzinationen und Denkstörungen einhergeht, könne durch eine frühzeitige Therapie verhindert oder zumindest abgemildert werden.
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