Gehirn-«Signatur» könnte bei der Diagnose von Schizophrenie helfen

Forschende der EPFL haben herausgefunden, dass Menschen mit Schizophrenie und ihre gesunden Geschwister andere Muster der Hirnaktivität aufweisen als Personen ohne familiäre Vorgeschichte der Erkrankung. Da die Geschwister keine Schizophrenie-Symptome aufweisen, könnte diese «Signatur» des Gehirns als Marker für die Frühdiagnose der Erkrankung dienen. Die Ergebnisse, die in Nature Communications veröffentlicht wurden, könnten Wege für die Entwicklung neuer Behandlungsmethoden für Schizophrenie eröffnen.

Giorgia Guglielmi 13.07.2020

Schizophrenie tritt in der Adoleszenz oder im Erwachsenenalter auf und geht oft mit falschen Überzeugungen, paranoiden Gedanken und der Neigung einher, Dinge zu sehen oder zu hören, die nicht da sind. Der stärkste Risikofaktor für die Erkrankung ist das Vorhandensein eines betroffenen nahen Verwandten: Bei jedem zehnten Geschwisterkind von Menschen mit Schizophrenie wird die Entwicklung der Erkrankung vorhergesagt, verglichen mit 1 von 100 Personen in der Allgemeinbevölkerung.

Forschende wissen jedoch, dass es nicht eine einzige genetische Variante ist, die Schizophrenie verursacht. Vielmehr geht die Erkrankung auf viele verschiedene DNA-Mutationen, Duplikationen und Deletionen zurück, die das sich entwickelnde Gehirn auf Abwege bringen. Aus diesem Grund ist es nicht einfach, vorherzusagen, wer gefährdet ist, an Schizophrenie zu erkranken.

Da genetische Studien nur langsam Hinweise auf die Dutzende von Genen liefern, die mit Schizophrenie in Verbindung gebracht werden, sollte die Störung in messbare Merkmale zerlegt werden, die sowohl bei Personen mit Schizophrenie als auch bei nicht betroffenen Familienmitgliedern gefunden werden können, sagt Michael Herzog, Leiter des Labors für Psychophysik an der EPFL School of Life Sciences und Co-Haupt-Autor der Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde. Diese quantifizierbaren Merkmale, Endophänotypen genannt, verbinden die Symptome einer Erkrankung mit den zugrunde liegenden genetischen Risikofaktoren.

Auf der Suche nach Endophänotypen der Schizophrenie analysierten die Forschenden die Gehirnmuster von 101 Menschen mit Schizophrenie, 43 ihrer nicht betroffenen Geschwister und 75 gesunden Personen, die keine Familiengeschichte mit Schizophrenie hatten.

Unter der Leitung von Janir Ramos da Cruz, einem Postdoc im Labor von Michael Herzog und im Labor von Patrícia Figueiredo an der Universität Lissabon, scannte das Team die Gehirne der Teilnehmerinnen und Teilnehmer mittels Elektroenzephalogramm (EEG). Diese nicht-invasive Technik misst die elektrische Aktivität des Gehirns über Elektroden, die an der Kopfhaut der Personen angebracht werden, während diese sich entspannen und etwa fünf Minuten lang stillsitzen.

Nach dem Sammeln der EEG-Daten verfolgten die Forschenden spezifische Muster der neuronalen Aktivität, die als Bausteine der Kognition und Emotion beschrieben wurden. Diese Muster, die als «EEG-Mikrozustände» bezeichnet werden, dauern zwischen 60 und 120 Millisekunden und entstehen, wenn bestimmte Hirnareale gemeinsam aktiviert werden.

«Signatur» des Gehirns

Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass Personen mit Schizophrenie anormale EEG-Mikrozustände aufweisen, aber die neue Studie ist die erste, die zeigt, dass nicht betroffene Geschwister die gleichen Anomalien in ihren Gehirnmustern aufweisen.

Die Forschenden fanden heraus, dass ein bestimmter Typ von Mikrozuständen, die so genannte Klasse C, bei Personen mit Schizophrenie und ihren Geschwistern häufiger und für längere Zeit auftrat als bei gesunden Menschen. Andere Hirnaktivitätsmuster, die als Mikrozustandsklasse D bezeichnet werden, traten bei Personen mit Schizophrenie und ihren Geschwistern seltener und für kürzere Zeiträume auf als bei gesunden Personen.

Darüber hinaus zeigten Personen, die gerade ihre erste Psychoseepisode erlebt hatten, die gleichen anomalen Muster der Hirnaktivität wie Personen, die seit Jahren an Schizophrenie litten. «Das deutet darauf hin, dass diese Mikrozustandsanomalien gleich zu Beginn der Krankheit auftreten», sagt Ramos da Cruz.

Das Team fand auch heraus, dass ein dritter Typ von Mikrozuständen, genannt Klasse B, häufiger und länger den Geschwistern auftrat als bei Personen mit Schizophrenie. Dies könnte erklären, warum gesunde Geschwister keine mit Schizophrenie zusammenhängenden Verhaltensweisen zeigen, obwohl sie dieselbe Gehirn-«Signatur» wie Menschen mit dieser Störung aufweisen. «Dies könnte ein Schutzmechanismus sein, der verhindert, dass das Ungleichgewicht in den Mikrostaaten der Klassen C und D zu funktionellen Problemen führt», sagt Ramos da Cruz.

Wie sich die Veränderungen der EEG-Mikrozustände auf die Hirnfunktion auswirken, ist noch unklar, warnt Herzog. «Aber für diagnostische Zwecke müssen Sie das nicht wissen», fügt er hinzu. Herzog sagt, dass die Suche nach abnormalen Mustern in den Gehirnströmen eine Komponente einer Reihe von Screenings für Schizophrenie sein und dabei helfen könnte, festzustellen, wer für die Störung empfänglich ist, bevor sich klinische Symptome entwickeln.

Künftig könnten EEG-Mikrozustände sogar über Behandlungs- und Präventionsstrategien für diese neuropsychiatrische Erkrankung informieren. Das Wissen darüber, wie die Mikrozustände zur Schizophrenie beitragen, könnte zu personalisierten Behandlungen führen, bei denen Techniken zur Modulation der Hirnaktivitätsmuster eingesetzt werden, sagt Herzog. «Wenn wir auch nur die Symptome um einen kleinen Faktor verbessern könnten, wäre das immer noch eine grosse Erleichterung für die Patienten», sagt er.