Bevor die Erinnerung verblasst: mögliches Frühwarnzeichen für Alzheimer entdeckt
Alzheimer kann die Anpassungsfähigkeit des Gehirns beeinträchtigen und damit Anhaltspunkte für frühzeitigere Interventionen liefern
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Wenn die meisten Menschen an die Alzheimer-Krankheit denken, fällt ihnen in der Regel als Erstes der Gedächtnisverlust ein. Das Vergessen des Namens eines geliebten Menschen, das Versäumen von Terminen oder das wiederholte Verlegen von Alltagsgegenständen gelten oft als frühe Warnzeichen.
Doch was, wenn die Krankheit das Gehirn bereits lange bevor Gedächtnisprobleme erkennbar werden, beeinträchtigt? Neue Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern der Texas A&M Health deuten darauf hin, dass eine weitere Veränderung der Gehirnfunktion noch früher auftreten könnte: Schwierigkeiten, sich an veränderte Umstände anzupassen.
In einer aktuellen Studie fanden die Forscher heraus, dass Tiermodelle mit Alzheimer-bedingten Veränderungen im Gehirn bereits Monate vor dem Auftreten von Anzeichen einer Gedächtnisbeeinträchtigung Probleme mit der kognitiven Flexibilität entwickelten. Kognitive Flexibilität bezeichnet die Fähigkeit des Gehirns, das Verhalten anzupassen, neue Regeln zu lernen und sich an veränderte Situationen anzupassen.
„Wir haben festgestellt, dass diese Funktion bereits beeinträchtigt war, bevor wir Defizite im räumlichen Gedächtnis feststellen konnten“, sagte der Neurowissenschaftler Dr. Jun Wang, Professor am Naresh K. Vashisht College of Medicine der Texas A&M University bei Texas A&M Health.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Gedächtnisverlust nicht immer das früheste Anzeichen einer Alzheimer-Erkrankung ist. Vielmehr legen sie nahe, dass zum Zeitpunkt, zu dem Gedächtnisprobleme wahrnehmbar werden, krankheitsbedingte Veränderungen im Gehirn möglicherweise bereits im Gange sind. Die Beobachtung früherer Veränderungen der exekutiven Funktionen – also der mentalen Prozesse, die Menschen beim Planen, Anpassen und Treffen von Entscheidungen helfen – könnte zusätzliche Hinweise auf die frühesten Stadien der Erkrankung liefern.
Die Anpassungsfähigkeit des Gehirns testen
Um diese frühen Veränderungen zu untersuchen, verwendeten die Forscher ein vielfach untersuchtes Tiermodell der Alzheimer-Krankheit, bekannt als 5xFAD. Bei diesen Modellen bilden sich Amyloid-beta-Plaques, eines der Hauptmerkmale, die im Gehirn von Menschen mit Alzheimer-Krankheit zu finden sind.
Das Forschungsteam konzentrierte sich darauf, die kognitive Flexibilität mithilfe einer Methode namens „Reversal Learning“ zu messen. Bei dieser Art von Test lernen die Tiermodelle zunächst, dass eine bestimmte Handlung zu einer Belohnung führt. Sobald diese Assoziation hergestellt ist, ändern die Forscher die Regeln und belohnen stattdessen eine andere Handlung.
Gesunde Tiermodelle passten sich schnell an und lernten die neue Regel. Die 5xFAD-Modelle hatten Schwierigkeiten, sich anzupassen, und hielten auch dann noch an der ursprünglichen Regel fest, als diese bereits keine Belohnung mehr nach sich zog. Was diesen Befund besonders bedeutsam machte, war, dass die Tiermodelle zwar Schwierigkeiten hatten, sich an Veränderungen anzupassen, bei Tests des räumlichen Gedächtnisses jedoch weiterhin normale Leistungen erbrachten. Das räumliche Gedächtnis ist die Fähigkeit, sich zu merken, wo sich Dinge befinden, und hilft uns dabei, uns in unserer Umgebung zurechtzufinden.
Ein hyperaktiver Hirnkreislauf
Die Forscher entdeckten daraufhin eine ungewöhnlich hohe Aktivität im medialen präfrontalen Kortex, der Region, die an der Entscheidungsfindung, der Verhaltensflexibilität und zielgerichteten Handlungen beteiligt ist. Diese Hyperaktivität erstreckte sich über ein Netzwerk, das den präfrontalen Kortex und das Striatum verbindet – zwei Gehirnregionen, die zusammenwirken, um Menschen dabei zu helfen, ihr Verhalten an veränderte Umstände anzupassen.
Das Team stellte zudem eine verminderte Aktivität in einer speziellen Gruppe von Gehirnzellen fest, den sogenannten cholinergen Interneuronen. Diese Zellen spielen eine wichtige Rolle beim Lernen und bei der Verhaltensanpassung, und ihre verminderte Aktivität korrelierte eng mit den bei den Tiermodellen beobachteten Defiziten in der kognitiven Flexibilität.
Zusammengenommen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Alzheimer-Krankheit möglicherweise neuronale Schaltkreise beeinträchtigt, die an der exekutiven Funktion und der Anpassungsfähigkeit beteiligt sind, noch bevor sie spürbare Gedächtnisprobleme verursacht.
Einen schädlichen Kreislauf durchbrechen
Wissenschaftler wissen bereits, dass die Produktion von Amyloid-beta zunimmt, wenn Neuronen hochaktiv sind. Gleichzeitig kann Amyloid-beta Neuronen noch erregbarer machen. Dadurch entsteht ein potenziell schädlicher Kreislauf, in dem erhöhte Gehirnaktivität die Amyloid-Ablagerung fördert, was wiederum zu noch mehr Aktivität führt.
Wang beschreibt diesen Kreislauf als ein „Henne-Ei“-Problem. Um zu testen, ob es helfen könnte, diesen Kreislauf zu durchbrechen, wandten die Forscher einen gezielten Ansatz an, um den überaktiven Hirnpfad zu beruhigen. Die Methode funktionierte wie ein vorübergehender „Dimmer“, der es dem Team ermöglichte, die Aktivität ausgewählter Gehirnzellen im vorderen Teil des Gehirns zu reduzieren, die Signale an das Striatum senden – eine Region, die an flexiblem Verhalten beteiligt ist.
Der Eingriff verbesserte die kognitive Flexibilität, stellte normalere Muster der Gehirnaktivität wieder her und reduzierte die Amyloid-beta-Ablagerung. Die positiven Effekte hielten auch nach Beendigung der Behandlung an, was auf dauerhafte Veränderungen innerhalb der betroffenen neuronalen Schaltkreise hindeutet.
Implikationen für die Alzheimer-Forschung
Obwohl die Studie an Tiermodellen durchgeführt wurde und weitere Forschung erforderlich ist, um festzustellen, ob sich dasselbe Muster auch beim Menschen zeigt, weisen die Ergebnisse auf eine vielversprechende neue Richtung für die Alzheimer-Forschung und mögliche zukünftige Behandlungsansätze hin.
Anstatt sich ausschließlich auf den Gedächtnisverlust zu konzentrieren, müssen Wissenschaftler möglicherweise frühzeitig auf Veränderungen der kognitiven Flexibilität und der exekutiven Funktionen achten, die Hinweise darauf liefern könnten, dass Alzheimer-bedingte Veränderungen bereits im Gange sind. Die Ergebnisse deuten zudem darauf hin, dass abnormale Gehirnaktivität möglicherweise mehr ist als nur eine Folge der Erkrankung. Die Verringerung der Aktivität im überaktiven Gehirnkreislauf verbesserte die kognitive Flexibilität und reduzierte die Amyloid-beta-Ablagerung, was darauf hindeutet, dass eine gezielte Beeinflussung dieser neuronalen Netzwerke dazu beitragen könnte, das Fortschreiten der Erkrankung zu verlangsamen.
Wang ist zuversichtlich, dass Tests zur kognitiven Flexibilität – sofern zukünftige Forschungen diese Ergebnisse bestätigen – möglicherweise bestehende diagnostische Untersuchungen ergänzen könnten. Dies könnte dazu beitragen, Betroffene bereits in früheren Stadien der Erkrankung zu identifizieren, möglicherweise Jahre bevor deutlichere Gedächtnissymptome auftreten.
„In einem Punkt sind sich die meisten Fachleute einig: Eine frühzeitige Diagnose ist äußerst wichtig“, sagte Wang. „Die Alzheimer-Krankheit schreitet fort. Die Nervenzellen degenerieren im Laufe der Zeit weiter. Wenn wir die Krankheit früher erkennen können, hat die Behandlung viel bessere Chancen, zu helfen.“
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