Entschlüsselung des neuronalen Codes des ängstlichen Gehirns
Zum ersten Mal haben Wissenschaftler über mehrere Tage hinweg schwankende tiefe Gehirnmuster gemessen. Sie erhaschten einen Blick auf die neuronale Signatur der schlechten Laune bei ängstlichen Menschen.
Obwohl unser Verständnis von neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Angstzuständen und Depressionen im Laufe der Jahre sprunghaft fortgeschritten ist, gibt es immer noch große Wissenslücken.
Der Versuch, das Innenleben der kompliziertesten Struktur im Universum zu entschlüsseln, ist mit Schwierigkeiten verbunden.
In einem Prozess, der der Magie immer noch nahe zu sein scheint, werden unsere Wahrnehmungen, unser Selbstbewusstsein und unsere Emotionen zu einer Erfahrung verwoben - dem Bewusstsein. Dies ist das Ergebnis von Billionen von Verbindungen zwischen Neuronen.
Jahrelange Studien haben die Rolle verschiedener Hirnregionen aufgezeigt. Zum Beispiel wissen wir, dass der Hippocampus für das Gedächtnis wichtig ist und dass die Amygdala an der Verarbeitung von Emotionen beteiligt ist.
Die bloße Identifizierung, welche Regionen sich auf bestimmte Aktivitäten beziehen, gibt uns jedoch kein tiefes Verständnis dafür, wie das Gehirn ein so lebendiges Spektrum an Erfahrungen und Emotionen erzeugt.
Eintauchen in die Komplexität der Stimmung
Jeder erlebt emotionale Höhen und Tiefen. Bei manchen Menschen können die Schwankungen so stark sein, dass ihr Leben erheblich gestört wird. Dies macht Stimmung zu einem wichtigen Thema des Studiums.
Angststörungen betreffen schätzungsweise 40 Millionen Erwachsene in den USA, und 2016 erlebten beispielsweise mehr als 16 Millionen Erwachsene in den USA mindestens eine schwere depressive Episode.
Die Verwendung von MRT-Scans und anderen bildgebenden Verfahren hat es Wissenschaftlern ermöglicht, das Gehirn in neuen Details zu beobachten.
Wenn ein Teilnehmer bewegungslos im kleinen Tunnel eines Geräts liegt, können Forscher ihm emotional aufgeladene Reize präsentieren und dann beobachten, wie das Gehirn reagiert, wenn sich die Emotionen von positiv zu negativ ändern.
Obwohl diese Studien Informationen über das Innenleben unseres Gehirns freigeschaltet haben, ist das Liegen in einem MRT-Scanner so weit vom wirklichen Leben entfernt, wie es nur geht.
Kürzlich und zum ersten Mal haben Forscher ein Experiment entwickelt, das die neuronalen Korrelate der Stimmung in realen Situationen misst.
Dr. Edward Chang, ein Neurowissenschaftler, und Dr. Vikaas Sohal, Ph.D., ein Psychiater und Neurowissenschaftler, leiteten das Team. Beide sind Mitglieder der Universität von Kalifornien, San Francisco Weill Institute for Neurosciences.
Messung der Gehirnaktivität in Echtzeit
Die Beobachtung der minutengenauen Funktionsweise des menschlichen Gehirns erforderte eine einzigartige Gruppe von Teilnehmern.
Die Forscher rekrutierten 21 Menschen mit Epilepsie, denen bereits 40 bis 70 Elektroden auf der Gehirnoberfläche und in einigen tieferen Strukturen implantiert waren.
Die Teilnehmer hatten die Elektroden zur Vorbereitung der Operation erhalten, um Teile des Gehirns zu entfernen, die für Anfälle verantwortlich waren.
Mit diesen Implantaten konnten die Wissenschaftler die Gehirnaktivität für 7 bis 10 Tage aufzeichnen. Während dieser Zeit zeichneten die Teilnehmer Stimmungsänderungen mithilfe eines Tablet-basierten Fragebogens auf.
Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler Stimmungsänderungen mit der Gehirnaktivität mithilfe von Algorithmen korrelieren, die der Hauptautor der Studie, Lowry Kirkby, Ph.D., entworfen hatte. Die Ergebnisse der Gruppe wurden heute in der Zeitschrift veröffentlicht Zelle.
Intrinsische Kohärenznetzwerke
Vor dem Studium der Stimmungstagebücher durchsuchten die Wissenschaftler die Gehirndaten nach intrinsischen Kohärenznetzwerken.
Diese Netzwerke sind Gruppen von Gehirnregionen, die dazu neigen, gleichzeitig aktiv zu sein. Wissenschaftler verstehen unter dieser koordinierten Aktivität, dass die Regionen zusammenarbeiten und kommunizieren.
Als die Wissenschaftler die Daten aller 21 Teilnehmer verglichen, fanden sie verschiedene „Cliquen“ von Gehirnregionen, die regelmäßig mit derselben Häufigkeit zusammen feuerten.
Bei 13 der Teilnehmer war eine Clique besonders aktiv. Eine frühere Bewertung dieser Gruppe hatte ergeben, dass sie alle ein relativ hohes Maß an Angst hatten.
Die Daten zeigten, dass diese Clique, wenn sie aktiv war, mit Gefühlen schlechter Stimmung korrelierte.
Insbesondere beobachteten die Forscher eine kombinierte Aktivität im Hippocampus und in der Amygdala. Die Aktivität bestand aus Betawellen, die einen Rhythmus bildeten, den Wissenschaftler zuvor mit ängstlichem Denken verbunden hatten.
Das Finden eines so klaren Musters in der Gehirnaktivität der Gruppen überraschte die Forscher.
"Wir waren ziemlich überrascht, ein einziges Signal zu identifizieren, das fast vollständig für Anfälle von depressiver Stimmung bei einer so großen Gruppe von Menschen verantwortlich war."
Dr. Vikaas Sohal, Ph.D.
Nur der Anfang
Die Studie markierte den Beginn dieser Untersuchungslinie, weshalb es zu begrüßen war, frühzeitig auf ein scheinbar eindeutiges Muster zu stoßen. Wie Dr. Sohal sagt: "Die Suche nach einem so aussagekräftigen Biomarker war mehr als erwartet in dieser Phase des Projekts."
Die Entdeckung der charakteristischen Gehirnaktivität bei 13 Teilnehmern war ebenso überraschend wie die Abwesenheit bei den anderen Teilnehmern, die keine so ausgeprägte Angst hatten.
Diese Ergebnisse können Hinweise darauf geben, wie Menschen, die zu Angstzuständen neigen, emotionale Informationen verarbeiten.
„Basierend auf dem, was wir über diese Gehirnstrukturen wissen, deutet dies darauf hin, dass Interaktionen zwischen Amygdala und Hippocampus mit dem Abrufen emotionaler Erinnerungen verbunden sein könnten und dass dieser Weg besonders stark bei Menschen mit hohem Angstniveau ist, deren Stimmung dann stark beeinflusst werden könnte indem wir uns an emotionsgeladene Erinnerungen erinnern “, sagt Dr. Sohal.
Es wird noch viel Arbeit geben, aber Dr. Sohal ist bereits von den Ergebnissen begeistert. Er erklärt: "Als Psychiater ist es zutiefst befriedigend, Patienten einen konzeptionellen Rahmen bieten zu können, der ihnen hilft, zu verstehen, was sie durchmachen, wenn sie sich schlecht fühlen."
Diese Arbeit kann auch zur erweiterten Diagnose beitragen. Dr. Chang erklärt: „Die Ergebnisse haben wissenschaftliche Auswirkungen auf unser Verständnis, wie bestimmte Gehirnregionen zu Stimmungsstörungen beitragen, aber auch praktische Auswirkungen auf die Identifizierung von Biomarkern, die für neue Technologien zur Behandlung dieser Störungen verwendet werden könnten.“
