Forschungsergebnisse

Ist es möglich, “binge drinking“ vorher zu sagen?

Die IMAGEN-Wissenschaftler fanden ganz unterschiedliche Faktoren, die mit Alkoholkonsum im Adoleszentenalter in Verbindung stehen und untersuchten dann, ob es möglich ist, “binge drinking“ (vom NHS definiert als Trinken großer Mengen innerhalb kürzester Zeit, um betrunken zu werden oder die Effekte von Alkohol zu spüren) vorher zu sagen. Durch die Auswertung der IMAGEN-Daten, fanden die Wissenschaftler nahezu 40 unterschiedliche Variablen (Charaktereigenschaften, Gene, Lebensereignisse, Belohnungsverhalten des Gehirns) die, wenn sie im Alter von 14 Jahren vorliegen, im Alter von 16 Jahren, mit einer 70 prozentigen Wahrscheinlichkeit, zu “binge drinking“ führen. Lebensereignisse wie Liebes- oder Sexualbeziehungen und Charaktereigenschaften (z.B. Neugierde) gehören zu den wichtigsten Prädiktoren für “binge drinking“. Persönliche Lebensereignisse, die Persönlichkeit im Allgemeinen, genauso wie Hirnstruktur und Hirnaktivität stellen ebenfalls entscheidende Faktoren für zukünftiges “binge drinking“ dar.

Durch das entstandene Modell können wir jetzt besser das komplexe Zusammenspiel von Hirnstruktur, Hirnaktivität, Persönlichkeit, Umwelteinflüssen und Genetik bei der Entstehung von Alkoholabhängigkeiten verstehen. Die Forschung in diesem Bereich ist vor allem deshalb so wichtig, weil wir hoffen, dadurch irgendwann von Suchterkrankungen gefährdete Personen frühzeitig erkennen und individuell behandeln zu können, am besten noch bevor die Suchterkrankung überhaupt zum Tragen kommt.

Übersicht der Variablen zur Vorhersagbarkeit zukünftiger “binge drinker“

Reference: Whelan, R., et al., (2014) Neuropsychosocial profiles of current and future adolescent alcohol misusers. Nature. DOI: 10.1038/nature13402

Möchtest du mehr erfahren? Dann folge dem: External Link

Die Auswirkung der Gene auf die Größe unterschiedlicher Gehirnregionen

Die gesammelten Daten wurden dazu genutzt, gemeinsam vorliegende genetische Unterschiede zu finden, die unter normalen Entwicklungsbedingungen die Entwicklung subkortikaler Bereiche des Gehirns beeinflussen. Dieses Großprojekt war eine weltweite Zusammenarbeit von nahezu 300 Wissenschaftlern aus 193 Instituten, die das genetische Material und die MRT-Bilder von über 30000 Probanden im Alter von 9-97 Jahren auswerteten. Das Ganze war Teil von ENIGMA, einem Projekt, das zu einem besseren Verständnis von Gehirnstruktur und Gehirnentwicklung führen soll, bei dem auch IMAGEN eine tragende Rolle einnimmt. Die Wissenschaftler konnten mehrere genetische Variationen identifizieren, die im Zusammenhang mit Größe und Ausprägung der subkortikalen Struktur des Gehirns stehen. Die Identifikation dieser Gene hilft uns dabei, die genetischen Mechanismen zu verstehen, die für die Gehirnentwicklung verantwortlich sind und enträtselt möglicherweise die biologische Ursache psychischer Störungen. Im Speziellen soll dadurch herausgefunden werden, welche psychiatrischen Symptome mit welchen Gehirnregionen in Verbindung stehen, um dadurch neurologische und neuropsychiatrische Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer, Epilepsien und Schizophrenien besser verstehen zu können, die mit der Ausprägung subkortikaler Bereiche assoziiert sind.

Die Analyse der Ausprägung der subkortikalen Struktur von 1541 gesunden Adoleszenten zeigt, wie die genetische Variante rs945270 im Zusammenhang mit dem Volumen des Putamen (Teil der grauen Substanz) steht. Rot weist auf ein größeres Volumen hin.

Reference: Hibar DP, et al., (2015). Common genetic variants influence human subcortical brain structures. Nature. 2015 Apr 9;520(7546):224-9. doi: 10.1038/nature14101. Epub 2015 Jan 21.

Möchtest du mehr erfahren? Dann folge dem: External Link

Alkoholkonsum im Adoleszentenalter kann durch Veränderungen in der DNA hervorgerufen werden

Die aus der IMAGEN-Studie gewonnen Ergebnisse zeigen, dass womöglich Veränderungen in unserer DNA, Auswirkungen auf den Alkoholkonsum im Adoleszentenalter haben können. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Veränderungen eines bestimmten Gens, beispielsweise hervorgerufen durch Umweltfaktoren, im Zusammenhang mit einer Zunahme des Alkoholkonsums über einen Zeitraum von zwei Jahren stehen. Außerdem steht diese epigenetische Veränderung im Zusammenhang mit einer Zunahme von impulsiven Verhaltensweisen, bedingt durch eine veränderte Aktivität des Gehirnbereichs, der für die Verhaltenssteuerung zuständig ist. Sowohl die Zunahme des Alkoholkonsums als auch die Zunahme der Impulsivität erhöhen das Risiko für eine spätere Alkoholerkrankung.

Zusammenhang zwischen der Expression von Gen PPM1G und der Aktivierung des Nucleus subthalamicus während einer impulsivity-based task (Stop Signal Task) bei 393 Adoleszenten. Gelb weist auf eine größere Aktivierung hin.

Reference: Rugerri, B. et al (2015) ‘Association of Protein Phosphatase PPM1G With Alcohol Use Disorder and Brain Activity During Behavioral Control in a Genome-Wide Methylation Analysis’. American Journal of Psychiatry

Möchtest du mehr erfahren? Dann folge dem: External Link

Überprüfung des Zusammenhangs von kognitiven Fähigkeiten und Gehirnstruktur

Die kortikale Dicke, also die Dicke der grauen Substanz unseres Gehirns, wird mit einer Vielzahl von kognitiven Fähigkeiten in Verbindung gesetzt. Davon ausgehend, untersuchten Forscher der IMAGEN-Studie verschiedene Gene, die mit der Entwicklung des Gehirns und der kortikalen Dicke bei Adoleszenten in Verbindung gebracht werden. Sie fanden heraus, dass es einen Zusammenhang zwischen Veränderungen des NPTN-Gens und der kortikalen Dicke in der linken Gehirnhemisphäre und teilweise im Frontallappen und Temporallappen gibt. Der Zusammenhang von kognitiven Fähigkeiten und kortikaler Dicke konnte ebenfalls bestätigt werden. Die genetische Veränderung beeinflusst die Expression des NPTN-Gens, der ein Protein entschlüsselt, das Auswirkungen auf die Kommunikation neuronaler Zellen hat. Diese Befunde helfen uns dabei, die Unterschiede in den kognitiven Fähigkeiten gesunder Personen besser zu verstehen und sie helfen uns dabei besser zu verstehen, welche Faktoren diese Unterschiede auslösen.

Darstellung der kortikalen Dicke mittels eines strukturellen Gehirnscans (MRT). Der Blickwinkel entspricht einer frontalen Ansicht des Gehirns.

Reference: Desrivières, S. et al., (2015) ‘Single nucleotide polymorphism in the neuroplastin locus associates with cortical thickness and intellectual ability in adolescents’ published in Molecular Psychiatry

Möchtest du mehr erfahren? Dann folge dem: External Link

Gibt es ein ‘binge drinking gene’?

IMAGEN Wissenschaftler untersuchten, wie das RASGRF-2 Gen, das in einer vorangegangen Studie bereits mit erhöhtem Alkoholkonsum in Verbindung gebracht werden konnte, an verschiedenen Mustern von Hirnfunktionen bei Adoleszenten beteiligt sein könnte. Die Ergebnisse könnten Hinweise darauf geben, warum manche Teenager mehr trinken als andere.

Bei der Untersuchung fand man heraus, dass bei Jungen mit einer bestimmten Variation des RASGRF-2 Gens eine stärkere Aktivierung des ventralen Striatums im Gehirn stattfand, wenn sie auf eine Belohnung warteten. Dies deutet auf einen Zusammenhang zwischen dem RASGRF-2 Gen und der Empfindlichkeit für Belohnungen hin, sowohl auf Ebene der Hirnaktivität als auch auf der des Verhaltens. Bei einer Nachfolgeuntersuchung stellte sich dann heraus, dass die mittlerweile 16-jährigen mit dieser Variation des RASGRF-2 Gens häufiger Alkohol tranken. Dieser Befund ist deshalb von so großer Bedeutung, da er in der Zukunft ermöglichen könnte, Risikofaktoren für frühen Alkoholmissbrauch zu identifizieren und entsprechende Strategien zur Suchtprävention und Behandlung zu entwickeln.

Die beiden oberen Reihen zeigen die Aktivität des gesamten Gehirns während der Belohnungserwartung und des Belohnungsfeedback. Die untere Reihe zeigt den Zusammenhang zwischen RASGRF-2 Variation und Hirnaktivität im ventralen Striatum. Gelb steht für höhere Aktivität.

Möchtest du mehr erfahren? Dann folge dem: External Link

Reference: Stacey, D., et al. (2012). RASGRF2 regulates alcohol-induced reinforcement by influencing mesolimbic dopamine neuron activity and dopamine release. Proceedings of the National Academy of Sciences,109(51), 21128-21133.

Der Zusammenhang zwischen Genen und Aktivitätsnetzwerken unterschiedlicher Hirnregionen

Dank früherer Forschung wissen wir bereits, dass essentielle Hirnfunktionen wie Sehen, Gedächtnisleistung und Aufmerksamkeit eher von Netzwerken verschiedener Hirnregionen, als von einzelnen für sich arbeitenden Bereichen ausgeführt werden. Über anatomische Verbindungen stehen die einzelnen Regionen im regen Austausch miteinander und sind gemeinsam aktiv („funktionelle Konnektivität“). Die gemeinsame Hirnaktivität ist sogar im Ruhezustand noch erkennbar.

IMAGEN Wissenschaftler bestätigten, dass unsere Gene eine wichtige Rolle beim Versenden von synchronisierten Signalen zwischen verschiedenen Hirnregionen spielen. Bei Untersuchungen identifizierten sie 136 Gene, die für die Stärke der Netzwerke verantwortlich sind. Einige dieser Gene spielen auch eine Rolle bei neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Alzheimer oder Schizophrenien, bei denen dysfunktionale Netzwerkverbindungen charakteristisch sind. Diese Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig Gen-Gehirn-Beziehungen für die Arbeitsweise des Gehirns sind.

Funktionelle Netzwerke der Hirnaktivität und Genexpressionsdaten. Abbildung A zeigt vier große Konnektivitätsnetzwerke während der Ruhephase. Abbildung B zeigt, wie sich die Genexpression in ähnlich funktionelle Netzwerke gruppiert.

Reference: Richiardi et al., (2015) BRAIN NETWORKS. Correlated gene expression supports synchronous activity in brain networks. Science. 2015 Jun 12;348(6240):1241-4. doi: 10.1126/science.1255905. Epub 2015 Jun 11.

Möchtest du mehr erfahren? Dann folge dem: External Link

Gen identifiziert, welches für die Regulation der Trinkmenge verantwortlich sein könnte

Obwohl bekannt ist, dass Alkoholerkrankungen vererbbar sind, weiß man über die genetische Komponente beim Menschen relativ wenig. IMAGEN Forscher stießen bei ihren Untersuchungen auf ein Gen, welches für die Regulation der Trinkmenge verantwortlich sein könnte. Mithilfe genomweiter Assoziationsstudien (GWAS) untersuchten die Wissenschaftler DNA Proben von über 26.000 Personen (inklusive IMAGEN-Probanden) und identifizierten eine natürliche Variation im „autism susceptibility candidate 2“ (AUTS2) Gen. Das AUTS2-Gen wurde bereits mit Autismus und ADHS assoziiert, seine genaue Funktion konnte jedoch noch nicht geklärt werden. Nachdem die Wissenschaftler AUTS2 identifiziert hatten, wiesen sie dessen Expression im Gehirn mit Hilfe von gespendeten menschlichen Gewebeproben nach. Das Gen zeigte sich dabei am aktivsten in Bereichen des Gehirns, die mit Belohnungsmechanismen in Verbindung stehen. Demnach könnte das Gen eine Rolle bei der Regulation der positiven Verstärkung spielen, die Menschen verspüren, wenn sie Alkohol trinken. Diese Befunde helfen uns dabei, die biologische Grundlage des Alkoholkonsums besser zu verstehen. Somit sind sie ein erster Schritt in der Entwicklung gezielter individueller Prävention und Behandlung von Alkoholmissbrauch.

Reference: G Schumann, LJ Coin, A Lourdusamy, P Charoen et al., 2011. Genome-wide association and genetic functional studies identify autism susceptibility candidate 2 gene (AUTS2) in the regulation of alcohol consumption. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011

Möchtest du mehr erfahren? Dann folge dem: External Link

Hirnregionen bei Adoleszenten identifiziert, die im Zusammenhang mit Substanzmissbrauch und ADHS stehen

Obwohl Substanzmissbrauch und ADHS schon lange mit impulsiven Verhaltensweisen in Verbindung gebracht werden, konnten die der Impulsivität zugrunde liegenden Hirnnetzwerke bislang nicht identifiziert werden. Mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) untersuchten IMAGEN Wissenschaftler die Gehirnaktivität von knapp 2000 Jugendlichen, während diese versuchten Bewegungen zu stoppen, als Reaktion auf unvorhersehbare plötzliche Stoppsignale. Generell fiel den impulsiveren Probanden diese Aufgabe schwerer, außerdem benötigten sowohl Drogenkonsumenten als auch Personen mit ADHS mehr Zeit, um auf das Stoppsignal zu reagieren. Die Forscher fanden heraus, dass Jugendliche mit ADHS Symptomen und Jugendliche, die bereits Drogen oder Alkohol konsumiert hatten, die Aufgabe gleich gut bewältigten. Jugendliche die jedoch bereits in ihrer frühen Adoleszenz mit Drogen oder Alkohol in Kontakt gekommen waren, zeigten hingegen mit größerer Wahrscheinlichkeit eine reduzierte Aktivität im Bereich um den orbitofrontalen Kortex, einem wichtigen Hirnareal für Impulskontrolle und Drogenaffinität. Im Gegensatz dazu wurde die Aktivität in einem anderen Bereich, dem rechten inferioren Frontalkortex, vor allem durch den Gebrauch illegaler Drogen (mehr noch als durch Tabak oder Alkohol) angeregt. Die Veränderungen in der Hirnaktivität korrelierten hierbei mit der Häufigkeit der Nutzung illegaler Drogen. Dies deutet demnach auf eine Veränderung durch wiederholten Substanzmissbrauch und nicht auf einen schon vorher bestehenden Unterschied hin. Diese Erkenntnisse veranschaulichen, wie ein bestimmtes, für ADHS und Substanzmissbrauch relevantes Verhalten (z.B. Impulskontrolle), durch die Aktivität bestimmter Hirnnetzwerke bedingt sein könnte.

Graphische Darstellung der Unterschiede in Netzwerkaktivität und Stop Signal Reaction Time (SSRT). Personen mit schnelleren Reaktionszeiten zeigten eine höhere Gehirnaktivität.
Reference: R. Whelan et al. 2012. Adolescent impulsivity phenotypes characterized by distinct brain networks. Nature Neuroscience 15: 920-925. doi:10.1038/nn.3092.

Möchtest du mehr erfahren? Dann folge dem: External Link

Bestimmte Hirnregionen entdeckt, die bei jugendlichen Rauchern in Erwartung einer Belohnung weniger aktiv sind

Mittlerweile geht man davon aus, dass Adoleszenten eine besondere Anfälligkeit für Suchtverhalten haben. Dies bestätigt auch die Tatsache, dass die Mehrheit der Raucher bereits in der Adoleszenz angefangen hat, regelmäßig Zigaretten zu rauchen. IMAGEN-Wissenschaftler erforschten nun die Verbindungen im Gehirn, die verantwortlich für diese erhöhte Gefahr der Nikotinabhängigkeit sein könnten. Hierzu wurden die MRT-Bilder von 43 rauchenden IMAGEN Probanden mit denen von 43 IMAGEN Probanden verglichen, die noch niemals geraucht hatten. Während des MRT-Scans bearbeiteten beide Gruppen eine Aufgabe, bei der möglichst schnell ein Knopf gedrückt werden musste, um Geld zu gewinnen. Im Vergleich zu den Nichtrauchern zeigte sich bei den rauchenden Jugendlichen eine signifikant geringere neuronale Aktivität im ventralen Striatum, einem Bereich im Gehirn, der bei Glücksspielen für die Verarbeitung der Belohnungserwartung zuständig ist. Die Wissenschaftler fanden außerdem einen Zusammenhang zwischen dem Ausmaß an Aktivität in diesem Hirnareal und der Häufigkeit des Rauchens: Je häufiger ein Proband rauchte, desto weniger aktiv war die Region. Selbst bei Personen, die weniger als zehn Zigaretten in ihrem Leben geraucht hatten, fanden sich die gleichen Ergebnisse. Dies könnte darauf hindeuten, dass Personen mit einer geringeren Aktivität im ventralen Striatum eine höhere Vulnerabilität haben, eine frühe Nikotinabhängigkeit zu entwickeln.

Reaktion im ventralen Striatum bei jugendlichen Rauchern und Nichtrauchern in Erwartung einer Belohnung. Abbildung B zeigt die verminderte belohnungsbezogene Aktivität in Putamen und ventralem Striatum bei Rauchern im Vergleich zu Nichtrauchern (Abbildung A). Abbildung C zeigt, dass häufigeres Rauchen mit geringerer Hirnaktivität in Verbindung steht.

Reference: Peters J, Bromberg U, Schneider S, Brassen S, Menz M, Banaschewski T et al (2011). Lower ventral striatal activation during reward anticipation in adolescent smokers. Am J Psychiatry 168: 540–549.

Möchtest du mehr erfahren? Dann folge dem: External Link

Risikobereitschaft und adoleszentes Belohnungssystem: Eine mögliche gemeinsame Verbindung zu Substanzmissbrauch

Während der Adoleszenz steigt die allgemeine Risikobereitschaft, dazugehörig auch das Experimentieren mit Alkohol und Drogen. Frühere Forschung entdeckte bereits einen Zusammenhang zwischen problematischem Substanzgebrauch und Anomalien der Belohnungsverarbeitung im Gehirn. IMAGEN-Wissenschaftler untersuchten nun, ob es eine Verbindung zwischen der erhöhten Risikobereitschaft im Jugendalter und den mit Substanzmissbrauch assoziierten Anomalien bei der Verarbeitung von Belohnungen gibt. Hierzu wurden die Hirnscans von 266 gesunden IMAGEN Probanden und 31 Probanden, die von einem problematischen Substanzgebrauch berichteten, untersucht. Ebenso wurde die Neigung Risiken einzugehen abgeschätzt, indem das Verhalten bei einer Glücksspielaufgabe beobachtet wurde. Bei der Untersuchung zeigte sich, dass risikoreich spielende Probanden weniger Aktivität im ventralen Striatum zeigten, dem entscheidenden Teil des Gehirns für die Verarbeitung einer Belohnungserwartung. Risikobehaftete Verhaltensweisen waren außerdem mit einer geringeren Dichte der grauen Substanz im ventralen Striatum assoziiert. Durchschnittlich verhielten sich die Personen mit problematischem Substanzgebrauch risikoreicher und zeigten weniger Aktivität in den Belohnungszentren des Gehirns. Da die Verbindung zwischen Risikobereitschaft und geringerer Aktivität im ventralen Striatum auch bei Probanden ohne problematischen Substanzgebrauch nachgewiesen werden konnte, scheint es einen Zusammenhang zwischen risikoreichem Verhalten und Belohnungsverarbeitung schon vor der Entwicklung jedweden Substanzmissbrauchs zu geben. Folglich könnten einige Probanden für eine Drogenabhängigkeit prädisponiert sein und die anknüpfende Forschung könnte dabei helfen, diejenigen zu identifizieren, mit dem größten Risiko an einer Drogenabhängigkeit zu erkranken.

Beziehung von risikoreichem Verhalten zu Aktivität im Striatum und dessen Struktur. Abbildung A zeigt den Zusammenhang zwischen höherer Risikobereitschaft und geringerer Hirnaktivität während der Erwartung einer Belohnung. Abbildung B zeigt den Zusammenhang zwischen höherer Risikobereitschaft und geringerer Dichte der grauen Substanz.

Reference: Schneider S, Peters J, Bromberg U, Brassen S, Miedl SF, Banaschewski T, Buchel C. Risk taking and the adolescent reward system: a potential common link to substance abuse. American Journal of Psychiatry. 2012;169(1):39–46.

Möchtest du mehr erfahren? Dann folge dem: External Link

Was sagt frühen Alkoholkonsum bei gesunden Adoleszenten vorher?

Die jüngsten Forschungsergebnisse verstärkten die Annahme, dass individuelle Sensibilitätsunterschiede im Erwarten einer Belohnung eine wichtige Rolle bei der Entstehung von frühem Substanzmissbrauch spielen. Jetzt untersuchten Forscher der IMAGEN-Studie, ob weitere individuelle Unterschiede in Persönlichkeit, Verhalten und Hirnaktivität ebenfalls das Risiko für Suchterkrankungen erhöhen.

Die Wissenschaftler analysierten die Daten von 324 gesunden 14-jährigen IMAGEN-Probanden, um ein Modell zur Vorhersage von Alkoholkonsum zu entwickeln. Sowohl Belohnungsverhalten, Persönlichkeit (Extrovertiertheit, Neugierde und Impulsivität) als auch Hirnaktivität wirkten sich auf einen höheren Alkoholkonsum aus. Interessanterweise hatten Persönlichkeitseigenschaften dabei einen stärkeren Einfluss als Verhalten und Hirnaktivität. Eine Kombination von belohnungsrelevanten Persönlichkeitseigenschaften, Verhalten und Hirnaktivität konnte bei 26% der Fälle frühen Alkoholkonsum vorhersagen. Da diese Faktoren auch das Risiko für schädlichen Alkoholkonsum im Erwachsenenalter erhöhen dürften, bieten sie eine wichtige Einsicht in die Entwicklung von Suchterkrankungen.

Hirnaktivierung der Probanden während der Belohnungserwartung beim Spielen eines Spiels im MRT. Gelb kennzeichnet eine stärkere Hirnaktivität.

Reference: Nees, F., Tzschoppe, J., Patrick, C.J., et al. (2011). Determinants of early alcohol use in healthy adolescents: the differential contribution of neuroimaging and psychological factors. Neuropsychopharmacology, 37,986–995.

Möchtest du mehr erfahren? Dann folge dem: External Link