Lifespan brain structural variation reveals shared organization across mental health conditions
Durch die Analyse von über 22.000 Individuen über sechs Kontinente hinweg zeigt diese Studie, dass strukturelle Gehirnabweichungen bei verschiedenen psychischen Erkrankungen einer systematischen Organisation folgen, die durch die intrinsische Architektur des Gehirns begrenzt ist, wodurch gemeinsame transdiagnostische Vulnerabilitäten aufgedeckt werden, die die individuelle Variabilität mit gemeinsamen neurobiologischen Mechanismen in Einklang bringen.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Das menschliche Gehirn ist kein statisches Organ; es verändert sich kontinuierlich von der Kindheit bis ins hohe Alter, indem es seine Struktur auf eine Weise wachsen lässt und verfeinert, die für jeden Menschen einzigartig ist. Wenn Wissenschaftler sich mit psychischen Erkrankungen wie Schizophrenie, Autismus oder Depression beschäftigen, finden sie oft ein verwirrendes Bild: Menschen mit derselben Diagnose können sehr unterschiedliche Gehirnstrukturen aufweisen, während Menschen mit unterschiedlichen Diagnosen ähnliche Hirnmerkmale teilen können. Dies erschwert das Verständnis dessen, was sich tatsächlich im Inneren des Geistes abspielt. Jahrelang haben Forscher versucht, einen gemeinsamen Nenner zu finden, indem sie fragten, ob diese vielfältigen Zustände tatsächlich einem gemeinsamen, zugrunde liegenden Muster folgen könnten, das unter den individuellen Unterschieden verborgen liegt. Um dies zu beantworten, haben Wissenschaftler eine Methode entwickelt, um das normale Wachstum des Gehirns abzubilden – eine Art Standarddiagramm, das zeigt, wie sich Gehirnmerkmale typischerweise mit Alter und Geschlecht verändern. Durch den Vergleich eines individuellen Gehirns mit diesem Standard können sie genau messen, wie stark das Gehirn einer Person vom erwarteten Pfad abgewichen ist.
Ein massives internationales Forscherteam, das im Rahmen einer globalen Kooperation namens ENIGMA-Konsortium arbeitet, beschloss, diesen Ansatz zu nutzen, um die Gehirne von mehr als 22.000 Menschen zu untersuchen. Sie sammelten Daten von 172 verschiedenen Scan-Standorten auf sechs Kontinenten, darunter über 10.000 Personen, bei denen eine der sechs großen psychischen Erkrankungen diagnostiziert wurde, sowie fast 12.000 Menschen ohne eine solche Diagnose. Die untersuchten Bedingungen waren Schizophrenie, Autismus, bipolare Störung, Zwangsstörung, generalisierte Angststörung und schwere Depression. Die Forscher konzentrierten sich auf drei spezifische Messungen der Gehirnstruktur: die Dicke der äußeren Schicht des Gehirns (Kortex), die Oberfläche dieser Schicht und das Volumen tieferer Hirnstrukturen. Anstatt nur die Durchschnittswerte zwischen Gruppen zu vergleichen, berechneten sie, wie sehr das Gehirn jeder einzelnen Person von der typischen Lebensspanne für ihr Alter und Geschlecht abwich. Dies ermöglichte es ihnen, den einzigartigen „Fingerabdruck“ der Abweichung für jede einzelne Person der Studie zu erfassen.
Was das Team entdeckte, war, dass diese Abweichungen nicht zufällig waren. Obwohl die spezifisch betroffenen Hirnregionen von Person zu Person variierten, neigten die Unterschiede dazu, sich entlang zweier großer, vorhersehbarer Pfade zu gruppieren, die durch die Architektur des Gehirns verlaufen. Einer dieser Pfade erstreckte sich von den emotionalen und Gedächtniszentren des Gehirns hin zu den höherwertigen Denkbereichen oben und hinten. Der andere Pfad verlief von den Bereichen, die grundlegende Sinne und Bewegungen steuern, hin zu den komplexen Assoziationsarealen, die Informationen integrieren. Diese Pfade spiegeln die natürliche Organisation des Gehirns wider und zeigen, wie die verschiedenen Regionen miteinander verbunden sind und wie sie sich im Laufe der Zeit entwickeln. Die Forscher fanden heraus, dass die intrinsische Verdrahtung des Gehirns wie ein Gerüst wirkt, das vorgibt, wo und wie strukturelle Veränderungen stattfinden, unabhängig von der spezifischen Diagnose, die eine Person trägt.
Die Studie zeigte auch, dass die Veränderungen des Gehirns im Durchschnitt zwar subtil waren, einige Individuen jedoch extreme Abweichungen in bestimmten Regionen aufwiesen. Diese extremen Veränderungen waren selten und hochgradig individuell, was bedeutet, dass zwei Menschen mit derselben Diagnose extrem unterschiedliche Veränderungen in völlig verschiedenen Teilen des Gehirns aufweisen könnten. Dennoch waren selbst diese seltenen, extremen Veränderungen nicht wahllos verstreut. Sie neigten dazu, in Regionen aufzutreten, die dicht mit vielen anderen Teilen des Gehirns vernetzt sind, und bildeten ein Netzwerk koexistierender Veränderungen. Dies deutet darauf darun, dass, wenn das Gehirn an seine Grenzen gebracht wird, die Veränderungen dennoch die natürliche Konnektivität des Gehirns respektieren und sich in den Hubs konzentrieren, die verschiedene Systeme miteinander verbinden.
Der vielleicht beeindruckendste Befund war das Ausmaß der Überschneidung zwischen den verschiedenen Diagnosen. Als die Forscher die Gehirnstrukturen von Menschen mit unterschiedlichen Erkrankungen verglichen, stellten sie fest, dass die Verteilungen ihrer Gehirnabweichungen bemerkenswert ähnlich waren und sich in vielen Hirnregionen oft um mehr als 90 Prozent überschnitten. Die Unterschiede zwischen den Diagnosen lagen nicht in völlig separaten Teilen des Gehirns, sondern im Grad und in der Richtung der Veränderungen entlang derselben gemeinsamen Pfade. Die Bedingungen unterschieden sich am deutlichsten in den Assoziationsarealen des Gehirns, die an komplexem Denken und sozialer Verarbeitung beteiligt sind, waren aber in den Regionen, die grundlegende Sinne und Bewegungen steuern, nahezu ununterscheidbar. Dies deutet darauf hin, dass psychische Erkrankungen keine distinkten, separaten Kategorien mit einzigartigen biologischen Signaturen sind, sondern vielmehr verschiedene Punkte auf einem gemeinsamen Spektrum der Gehirnvariation darstellen.
Die Forscher untersuchten auch, ob diese Gehirnmuster mit dem Schweregrad der Erkrankung einer Person zusammenhingen. Sie fanden heraus, dass bei mehreren Erkrankungen die stärkeren Symptome einer Person mit stärkeren Gehirnabweichungen entlang dieser gemeinsamen Pfade einhergingen. Dieser Zusammenhang galt über verschiedene Diagnosen hinweg und deutet darauf hin, dass die Schwere der Erkrankung mit dem Ausmaß der strukturellen Veränderung entlang dieser gemeinsamen Achsen verknüpft ist. Die Studie fand keinen Beleg dafür, dass die Gehirnveränderungen durch die spezifische Bezeichnung einer Diagnose verursacht wurden, sondern vielmehr, dass die Diagnose eine bestimmte Ausprägung einer breiteren, systematischen Variation der Gehirnstruktur widerspiegelt.
Diese Arbeit stellt die traditionelle Sichtweise in Frage, wonach psychische Erkrankungen distinkte Krankheiten mit einzigartigen biologischen Ursachen seien. Stattdessen legt sie nahe, dass die Architektur des Gehirns selbst begrenzt, wie psychische Erkrankungen sich manifestieren können. Die natürliche Organisation des Gehirns, einschließlich der Art und Weise, wie seine Regionen miteinander verbunden sind und wie sie sich im Laufe eines Lebens entwickeln, schafft eine begrenzte Anzahl von Wegen, auf denen es verändert werden kann. Wenn eine Person eine psychische Erkrankung entwickelt, verändert sich ihr Gehirn entlang dieser bereits bestehenden Linien der Vulnerabilität. Dies bedeutet nicht, dass alle Erkrankungen dieselben sind, aber sie teilen eine gemeinsame neurobiologische Grundlage. Die Ergebnisse bieten einen neuen Rahmen für das Verständnis psychischer Erkrankungen, weg von starren Kategorien und hin zu einer integrierten Sichtweise, die die gemeinsamen biologischen Wurzeln vielfältiger Symptome anerkennt. Durch das Verständnis dieser gemeinsamen Muster hoffen Wissenschaftler, letztlich bessere Wege zu finden, um Risiken vorherzusagen und Behandlungen individuell auf die spezifische Position einer Person innerhalb dieser gemeinsamen Landschaft der Gehirnvariation zuzuschneiden.
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