BOLD Signal vereinfacht Analyse von psychiatrischen Erkrankungen

Viele neuropsychiatrische Erkrankungen wie Depressionen, Schizophrenie und Sucht sind schwer zu behandeln. Ein Grund dafür ist, dass die meisten psychiatrischen Medikamente auf generelle Mechanismen im Gehirn wirken und daher hohe Nebenwirkungen aufweisen. Um neue und besonders gezielte Therapien zu entwickeln ist es wichtig, die Mechanismen der Krankheiten besser zu verstehen.

Mit diesem Ziel nutzen einige Studien weltweit das in der Magnetresonanztomographie (MRT) gemessene BOLD (blood oxygenation level dependent) Signal. Mit Hilfe des BOLD Signals kann die neuronale Aktivität im Gehirn durch einen Magnetresonanztomographen bildlich dargestellt werden, da die magnetischen Eigenschaften des Hämoglobins sich mit ihrem Sauerstoffgehalt ändern. Erhöhte neuronale Aktivität führt zu einem erhöhten Sauerstoffverbrauch. Der genaue zelluläre Hintergrund des BOLD Signals ist jedoch nicht bekannt.

Die e:Med Nachwuchsgruppe von Privatdozent Dr. Dr. Hamid Noori (Max-Planck-Institut für ­biologische Kybernetik, Tübingen) untersuchten, wie das BOLD-Signal im direkten Zusammenhang mit zellulären Prozesse im Gehirn steht, um es später als diagnostischen Indikator für neuropsychiatrische Erkrankungen einzusetzen. Die Menge an umgesetzter Energie im Gehirn hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Dynamik der Konzentration von Botenstoffen oder den sensorischen Reaktionen die vom Gehirn verarbeitet werden. Die Entwicklung neuartiger Technologien ermöglicht den Wissenschaftlern aufzuzeigen, wie diese Prozesse auf räumlichen und zeitlichen Skalen miteinander einhergehen und in welcher Form sie zum Energieverbrauch beitragen. Ein Beispiel für diese neuen Technologien ist die Entwicklung einer ultrafeinen Mikroelektrode, welche zeitgleich neuronale Aktivität, neurochemische Konzentrationen und das BOLD Signal im Gehirn misst. Ein anderes Beispiel ist die Entwicklung sogenannter „Smart Cages“, die es ermöglichen das Verhalten von Versuchstieren in ihrer sozialen Umgebung und gleichzeitig die neuronale Aktivität im Gehirn zu messen. Kombiniert mit mathematischen Ansätzen kann so herausgefunden werden, wie das Verhalten im Gehirn kodiert ist und wie diese Codes durch verschiedene messbare Signale, wie das BOLD Signal, entschlüsselt werden können. Dadurch erhoffen sich die Wissenschaftler das bessere Verständnis von psychiatrischen Erkrankungen, das notwendig ist, um neue und wirksamere ­Therapien zu entwickeln.

Spotlight aus der e:Med Nachwuchsgruppem NeuroCon - Quantitative Konvergenz der neurochemischen und funktionellen Reaktionsnetzwerke psychiatrischer Medikamente, aus der Broschüre "Systemmedizin - Von Big Data zur personalisierten Medizin".