Funktionelle Neurobildgebung enthüllt präklinische Änderungen der Hirnfunktion
Alzheimer ist eine der größten gesundheitlichen Herausforderungen unserer Zeit. In Europa sind derzeit mehr als 10 Millionen Menschen von Demenz betroffen und bis 2030 wird die Anzahl neuer Fälle bei mehr als 13 Millionen liegen. Da die Patienten über mehrere Jahre auf kontinuierliche Betreuung angewiesen sind, steht die Nachhaltigkeit der globalen Gesundheitsinfrastruktur auf dem Spiel. Wenn sich Symptome wie z. B. Gedächtnisstörungen und Hirnatrophie zeigen, ist die Erkrankung bereits zu weit fortgeschritten. Die Mehrzahl der zukünftigen Krankheitsfälle sind bereits jetzt von der stummen Phase von Alzheimer betroffen, die bis zu 20 Jahre anhalten kann. Aktuelle Methoden für die Erkennung der Erkrankung wie z. B. Positronenemissionstomographie sind invasiv und daher für ein großflächiges Screening der älteren Bevölkerung ungeeignet. Infolgedessen wurde über NPAD eine Neurofeedback-Technologie für die Prävention von Alzheimer entwickelt. Das Projekt etablierte ein nicht-invasives Paradigma, mit dem der Patient lernen soll, die Hirnaktivitäten selbst zu regulieren. Die Forscher verwendeten funktionelle Magnetresonanzbildgebung (engl. functional magnetic resonance imaging, fMRI) und entwickelten eine Software für Echtzeit-Verarbeitung und virtuelle Realität (engl. Virtual Reality, VR), um die Neurofeedback-Leistung standardisiert zu quantifizieren. Das Ziel war die Ableitung eines Endophänotyps für die Neurofeedback-Leistung (engl. Neurofeedback Performance Endophenotype, NPEP). Messung von Hirnfunktionen bei AD Der NPEP wurde durch Erstellung eines medizinischen Profils über multimodale Neurobildgebung, kognitive, genetische und Biomarker-Daten aus 63 Probanden mit Alzheimerrisiko abgeleitet. Diese wurden über die Anwendung von Methoden der hochentwickelten Graphentheorie und statistischer Modellierung diagnostisch beurteilt. „Wir verwendeten eine 30-minütige Echtzeit-fMRI-Sitzung, in denen Probanden kontinuierliches Neurofeedback in einer VR-Umgebung erhielten. Das Ziel war die Reduzierung von Aktivitäten im Hippocampus, einer wichtigen Hirnregion“, sagt Dr. Stavros Skouras, Projektleiter von NPAD und Marie Skłodowska-Curie-Stipendiat. „Aufgrund des Mangels an leicht erhältlichen Lösungen, die mit der neuesten MRT-Technologie kompatibel sind, mussten wir eine innerbetriebliche Software entwickeln, um die Hirndaten in Echtzeit gewinnen und das Projekt durchführen zu können“, hebt Dr. Skouras hervor. Das gestaltete Paradigma ermöglichte die Gewinnung feiner Kenngrößen, die mit der genetischen Prädisposition für Alzheimer, Neuroentwicklungsprozesse und Krankheitssymptome assoziiert sind (z. B. Genotyp Apolipoprotein e4 bzw. die strukturelle Vernetzung im Hippocampus bzw. Gedächtnisstörungen). Eine ökonomische, nicht-invasive Voruntersuchungsmethode für Alzheimer Die NPAD-Ergebnisse legen spezifische Muster für Änderungen der Hirnfunktion, für die Detektion der präklinischen Phase und für die Überwachung der klinischen Progression und der therapeutischen Wirksamkeit bei Alzheimer nahe. „Diese Kenngrößen können als neue Indikatoren für die Gedächtnisfunktion verwendet werden und sind im Hinblick auf Einschränkungen von Selbstauskünften in psychometrischen Fragebögen nicht verzerrt. Sie können ferner im Hinblick auf Änderungen der Hirnfunktion zur Differenzierung zwischen Alzheimer-Krankheit und gesundem Altern beitragen“, erklärt Dr. Skouras. Die entwickelten Methoden haben Potenzial für skalierbare Prognose-Screenings und für translationale Anwendungen. In klinischen Studien kann das entwickelte Verfahren z. B. zur Voruntersuchung von Teilnehmern verwendet werden, was zu wesentlichen Kostensenkungen führt. Das Verfahren bietet auch eine standardisierte Methode für die Quantifizierung und Überwachung der therapeutischen Wirksamkeit klinischer Interventionen. Das NPAD-Projekt hat neue Möglichkeiten für Anwendungen im Bereich der personalisierten Medizin eröffnet. Diese werden letztlich kommerzielle Anwendungen für das Selbsttraining und für die Stärkung der neuronalen Reserve und Resilienz bei Alzheimer ermöglichen. „Ein wichtiges Verdienst unseres Ansatzes ist, dass er darauf abzielt, eine medizinische Untersuchung in ein nicht-invasives, unterhaltsames Videospiel zu verwandeln, das über den Geist gesteuert wird. In diesem Sinne zielen wir auf die Schaffung zukünftiger klinischer Anwendungen ab, die nicht nur sicher sind, sondern Patienten auch Unterhaltung bieten. Bevor ein solcher Dienst jedoch Wirklichkeit wird, ist weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeit notwendig“, lautet die Schlussfolgerung von Dr. Skouras.
Schlüsselbegriffe
NPAD, Gedächtnis, Alzheimer-Krankheit, Alzheimer, Neurofeedback, Neurobildgebung, Kognition, neurofeedback performance endophenotype (NPEP), functional magnetic resonance imaging (fMRI)
