Pannen beim Gehirn-Umbau

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Sie hören Stimmen oder leiden unter anderen Verzerrungen ihrer Wahrnehmung und ihres Denkens: Menschen, die an Schizophrenie erkranken. Viele Forscher betrachten die psychiatrische Erkrankung mittlerweile als Entwicklungsstörung des Gehirns.

Wissenschaftliche Betreuung: Peter Falkai

Veröffentlicht: 28.01.2013

Das Wichtigste in Kürze
  • Schizophrenie ist eine äußerst vielgestaltige und komplexe psychiatrische Erkrankung. Entsprechend vielfältig sind auch die Hypothesen zu den Ursachen der Störung.
  • In den letzten Jahren diskutieren Forscher verstärkt die Theorie, dass Schizophrenie das Ergebnis einer späten Entwicklungsstörung des Gehirns ist.
  • Nicht nur in der Kindheit, sondern auch im Laufe der Adoleszenz finden im Gehirn zahlreiche Umbauarbeiten statt. So werden etwa nutzlose Verbindungen zwischen Nervenzellen wieder gekappt. Auch das Botenstoffsystem wird generalüberholt. Beides ist für eine präzise Informationsverarbeitung im Gehirn wichtig.
  • Bei Schizophrenie-Patienten geht bei den Umbauarbeiten offenbar so einiges schief.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Vererbte frühe Fehlentwicklung

Schizophrenie hat wenigstens zum Teil erbliche Ursachen. Das zeigt die familiäre Häufung: Je näher eine Person mit einem erkrankten Familienmitglied verwandt ist, desto höher ist ihr Erkrankungsrisiko. Forscher haben eine Reihe von Risikogenen gefunden, die bei der Erkrankung zusammenspielen. Einige von ihnen sind für die (frühe) Hirnentwicklung wichtig, das Gen Neuregulin-1 beispielsweise. Es ist nicht nur für die Wanderung von Neuronen während der embryonalen Reifung der Großhirnrinde entscheidend. Es sorgt auch dafür, dass Nervenfasern mit Myelin umhüllt werden. Hierdurch verbessert sich die Weiterleitung der Nervenimpulse, was für die kognitive Entwicklung unerlässlich zu sein scheint. Mutationen dieses Gens schaden der neuronalen Entwicklung im Embryo, was möglicherweise zum späteren Ausbruch von Schizophrenie beiträgt.

Gen

Gen/-/gene

Informationseinheit auf der DNA. Den Kernbestandteil eines Gens übersetzen darauf spezialisierte Enzyme in so genannte Ribonukleinsäure (RNA). Während manche Ribonukleinsäuren selbst wichtige Funktionen in der Zelle ausführen, geben andere die Reihenfolge vor, in der die Zelle einzelne Aminosäuren zu einem bestimmten Protein zusammenbauen soll. Das Gen liefert also den Code für dieses Protein. Zusätzlich gehören zu einem Gen noch regulatorische Elemente auf der DNA, die sicherstellen, dass das Gen genau dann abgelesen wird, wenn die Zelle oder der Organismus dessen Produkt auch wirklich benötigen.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Myelin

Myelin/-/myelin

Myelin ist eine fetthaltige Substanz, die aus Gliazellen gebildet wird. Sie umhüllt die Axone (lange faserartige Fortsätze) von Nervenzellen und isoliert diese, so dass Nachrichten nicht ungehindert auf benachbarte Nervenzellen übergehen können. Zudem wird so die Signalleitung enorm beschleunigt.

Gen

Gen/-/gene

Informationseinheit auf der DNA. Den Kernbestandteil eines Gens übersetzen darauf spezialisierte Enzyme in so genannte Ribonukleinsäure (RNA). Während manche Ribonukleinsäuren selbst wichtige Funktionen in der Zelle ausführen, geben andere die Reihenfolge vor, in der die Zelle einzelne Aminosäuren zu einem bestimmten Protein zusammenbauen soll. Das Gen liefert also den Code für dieses Protein. Zusätzlich gehören zu einem Gen noch regulatorische Elemente auf der DNA, die sicherstellen, dass das Gen genau dann abgelesen wird, wenn die Zelle oder der Organismus dessen Produkt auch wirklich benötigen.

Angefangen hatte bei Rolf Schmidt alles kurz nach seinem Zivildienst. „An diesem Tag erschien mir alles unglaublich seltsam“, erinnert er sich auf seiner Homepage. Irgendwann hörte der junge Mann eine fremdartige Stimme in seinem Kopf: „Dein Leben ist jetzt zu Ende. Wenn Du in den Himmel kommen willst, dann geh mit einem gelben Physikbuch in die Kirche, oder nimm ein Ei und setz es auf den Altar.“ Rolf Schmidt fühlte sich wie eine Marionette in einem riesigen Spiel. Er musste nur noch den Befehl befolgen, um in den Himmel zu kommen. „Mein gelbes Physikbuch konnte ich nicht finden. Deswegen holte ich ein Ei aus dem Kühlschrank, und fuhr anschließend mit dem Auto zur katholischen Kirche St. Hedwig in der Waldstadt, einem Stadtteil von Karlsruhe, um das Ding auf den Altar zu setzen, wie das Ei des Kolumbus.“ Bei Rolf Schmidt diagnostizierte man später eine paranoide Schizophrenie.

Jedes Jahr erkranken in Deutschland ungefähr 10.000 bis 15.000 Menschen neu an Schizophrenie. Diese Störung der Wahrnehmung und des Denkens äußert sich in mannigfaltigen Formen. Manche Betroffene haben vor allem mit Halluzinationen zu kämpfen, andere mit kognitiven Einschränkungen, etwa beim Arbeitsgedächtnis.

Seit Jahrzehnten suchen Forscher nach der Ursache der komplexen Erkrankung. In den letzten Jahren hat eine mehr als zwei Jahrzehnte alte Theorie neue Aktualität gewonnen: Ihr zufolge ist Schizophrenie das Ergebnis einer Fehlentwicklung des Gehirns. Denn wie bei Rolf Schmidt drängt sich die Erkrankung auch bei anderen Betroffenen gerne im Übergang von der Adoleszenz zum Erwachsenenalter in ihr Leben. Und das ist eine wichtige Phase der Veränderung für die grauen Zellen.

Wahrnehmung

Wahrnehmung/Perceptio/perception

Der Begriff beschreibt den komplexen Prozess der Informationsgewinnung und –verarbeitung von Reizen aus der Umwelt sowie von inneren Zuständen eines Lebewesens. Das Gehirn kombiniert die Informationen, die teils bewusst und teils unbewusst wahrgenommen werden, zu einem subjektiv sinnvollen Gesamteindruck. Wenn die Daten, die es von den Sinnesorganen erhält, hierfür nicht ausreichen, ergänzt es diese mit Erfahrungswerten. Dies kann zu Fehlinterpretationen führen und erklärt, warum wir optischen Täuschungen erliegen oder auf Zaubertricks hereinfallen.

Arbeitsgedächtnis

Arbeitsgedächtnis/-/working memory

Eine Form des Kurzzeitgedächtnisses. Es beinhaltet gerade aufgenommene Informationen und die Gedanken darüber, also Gedächtnisinhalte aus dem Langzeitgedächtnis, die mit den neuen Informationen in Verbindung gebracht werden. Das Konzept beinhaltet nach Alan Baddeley eine zentrale Exekutive, eine phonologische Schleife und ein visuell-​räumliches Notizbuch.

Späte Entwicklungsstörung?

Dass Schizophrenie eine Entwicklungsstörung darstellt, davon ist beispielsweise der Hirnforscher Peter Uhlhaas von der University of Glasgow überzeugt. „Allerdings sind das Timing und die genaue Natur der Störung umstritten. Lange Zeit glaubte man sie in ganz frühen Entwicklungsphasen festmachen zu können.“ Bereits in den 1980ern stellten einige Psychiater wie Daniel Weinberger, heute am Lieber Institute for Brain Development in Baltimore, Maryland, Überlegungen in diese Richtung an. Man betrachtete die Erkrankung als Ergebnis einer anomalen Reifung von cortikalen Bahnen im Gehirn, die möglicherweise schon im Mutterbauch beginnt.

„Doch das ließ unter anderem die Frage offen, warum sich die Krankheit erst so spät äußert“, sagt Uhlhaas. „Meist tritt sie erst in der Adoleszenz auf.“ Außerdem zeigten neuere Studien: Während der normalen Entwicklung in der Adoleszenz werden cortikale Netzwerke neu organisiert. Auch dabei kann es zu Fehlentwicklungen kommen. Es spräche also einiges dafür, Schizophrenie als späte Entwicklungsstörung zu betrachten, so Uhlhaas.

Renovierungsarbeiten im heranwachsenden Gehirn

Nicht nur in der Kindheit verändert sich das Gehirn rasant. Auch im Alter zwischen 10 und 20 Jahren finden in unserem Denkapparat massive Umbauarbeiten statt. Die graue Hirnsubstanz, die unter anderem aus Nervenzellkörpern besteht, nimmt etwa bis zum 12. Lebensjahr zu. Es werden Synapsen – Verbindungen zwischen den Nervenzellen – im Überschuss produziert. Anschließend nimmt die graue Substanz bis zum frühen Erwachsenenalter wieder ab. Dabei kommt es offensichtlich zu einer Feinjustierung: Nutzlose Verbindungen werden gekappt, die leistungsfähigen gestärkt. Bei der Schizophrenie scheint diese normale Entwicklung aus dem Ruder zu laufen. In den 1980ern spekulierte der Psychiater Irwin Feinberg von der University of California in San Francisco: Schizophrenie sei die Folge eines übertriebenen Abbaus von synaptischen Kontakten. Studien bestätigen mittlerweile zumindest eines: Bei Patienten fällt der Verlust an grauer Hirnsubstanz im Laufe der Adoleszenz größer aus als bei gesunden Menschen.

Synapse

Synapse/-/synapse

Eine Synapse ist eine Verbindung zwischen zwei Neuronen und dient deren Kommunikation. Sie besteht aus einem präsynaptischen Bereich – dem Endknöpfchen des Senderneurons – und einem postsynaptischen Bereich – dem Bereich des Empfängerneurons mit seinen Rezeptoren. Dazwischen liegt der sogenannte synaptische Spalt.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Graue Substanz

Graue Substanz/-/gray matter

Als graue Substanz wird eine Ansammlung von Nervenzellkörpern bezeichnet, wie sie in Kerngebieten oder im Cortex (Großhirnrinde) vorkommt.

Ungebremster Substanzverlust

Aufschlussreich ist in diesem Zusammenhang eine 2007 veröffentlichte Langzeituntersuchung des Psychiaters Jay Giedd vom National Institute of Mental Health in Bethesda, Maryland. Er und seine Kollegen nahmen alle zwei Jahre die grauen Zellen von Freiwilligen im Alter von 8 bis 28 Jahren unter die Lupe. Dazu griffen sie auf die Magnetresonanztomografie zurück. Bei den Probanden handelte es sich um die Geschwister von Schizophrenie-​Patienten, die bereits vor dem 13. Geburtstag eine Psychose durchlitten hatten. Ähnlich wie die Erkrankten selbst mussten auch die gesunden Geschwister in frühen Jahren Verluste an grauer Hirnsubstanz hinnehmen, und zwar im Stirn– und im Schläfenlappen. Diese Hirnregionen sind für höhere mentale Fertigkeiten wie das Arbeitsgedächtnis wichtig.

Dabei fiel auf: Der Trend zum Substanzverlust setzte sich nur bei den Schizophrenie-​Patienten im Laufe der Adoleszenz fort. Bei den gesunden Probanden glich sich das Defizit bis zum Alter von rund 20 Jahren wieder aus – und das mit positiven Folgen: Je dichter ihre graue Substanz letztlich ausfiel, desto besser waren ihre geistigen und sozialen Fertigkeiten.

Die Ergebnisse des Teams um Giedd passen zu dem bisherigen Bild, das sich Wissenschaftler von möglichen Ursachen der Schizophrenie gemacht haben: Danach ist bei der Erkrankung ein weit verteiltes Netzwerk von Hirnarealen gestört. Dieses Netzwerk sorgt normalerweise für ein gut funktionierendes Arbeitsgedächtnis und ist auch für andere geistige Fertigkeiten wichtig. Werden zu viele Synapsen in dieser Entwicklungsphase abgebaut, gerät das neuronale Netzwerk im Cortex offenbar aus dem Gleichgewicht, was auch die psychotischen Symptome bei Betroffenen erklären könnte.

Magnetresonanztomographie

Magnetresonanztomographie/-/magnetic resonance imaging

Ein bildgebendes Verfahren, das Mediziner zur Diagnose von Fehlbildungen in unterschiedlichen Geweben oder Organen des Körpers einsetzen. Die Methode wird umgangssprachlich auch Kernspin genannt. Sie beruht darauf, dass die Kerne mancher Atome einen Eigendrehimpuls besitzen, der im Magnetfeld seine Richtung ändern kann. Diese Eigenschaft trifft unter anderem auf Wasserstoff zu. Deshalb können Gewebe, die viel Wasser enthalten, besonders gut dargestellt werden. Abkürzung: MRT.

Temporallappen

Temporallappen/Lobus temporalis/temporal lobe

Der Temporallappen ist einer der vier großen Lappen des Großhirns. Auf Höhe der Ohren gelegen erfüllt er zahlreiche Aufgaben – zum Temporallappen gehören der auditive Cortex genauso wie der Hippocampus und das Wernicke-​Sprachzentrum.

Arbeitsgedächtnis

Arbeitsgedächtnis/-/working memory

Eine Form des Kurzzeitgedächtnisses. Es beinhaltet gerade aufgenommene Informationen und die Gedanken darüber, also Gedächtnisinhalte aus dem Langzeitgedächtnis, die mit den neuen Informationen in Verbindung gebracht werden. Das Konzept beinhaltet nach Alan Baddeley eine zentrale Exekutive, eine phonologische Schleife und ein visuell-​räumliches Notizbuch.

Graue Substanz

Graue Substanz/-/gray matter

Als graue Substanz wird eine Ansammlung von Nervenzellkörpern bezeichnet, wie sie in Kerngebieten oder im Cortex (Großhirnrinde) vorkommt.

Synapse

Synapse/-/synapse

Eine Synapse ist eine Verbindung zwischen zwei Neuronen und dient deren Kommunikation. Sie besteht aus einem präsynaptischen Bereich – dem Endknöpfchen des Senderneurons – und einem postsynaptischen Bereich – dem Bereich des Empfängerneurons mit seinen Rezeptoren. Dazwischen liegt der sogenannte synaptische Spalt.

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.

Gestörtes Botenstoffsystem

Zusätzlich scheinen auch noch andere Umbauprozesse im Gehirn von Heranwachsenden eine Rolle zu spielen. Sie betreffen die Botenstoffsysteme. Bei der normalen Entwicklung werden während der Adoleszenz Untereinheiten von Rezeptoren des hemmenden Botenstoffs GABA ausgetauscht. Erregende neuronale Aktivität im Gehirn lässt sich hierdurch präziser hemmen. Auf diese Weise wird gewissermaßen die Informationsverarbeitung im Gehirn genauer koordiniert. Untersuchungen am Gehirn verstorbener Schizophrenie-​Patienten zeigen allerdings: Bei ihnen ist dieses Botenstoffsystem beeinträchtigt, die neuronale Hemmung funktioniert schlechter.

Und noch etwas ist typisch für die adoleszente Entwicklung: „Das GABA-​System und das System des Botenstoffs Dopamin interagieren verstärkt miteinander“, sagt Peter Uhlhaas. Gemeinsam mit seiner früheren Arbeitsgruppe wies er nach: Bestimmte neuronale Schwingungen, die auf diese Botenstoffsysteme zurückzuführen sind, präzisieren sich noch einmal im Übergang von der Adoleszenz zum Erwachsenenalter. „Das scheint für kognitive Funktionen und das geordnete Zusammenwirken des Netzwerks im Cortex sehr wichtig zu sein.“ Bei Schizophrenie-​Patienten fanden die Forscher um Uhlhaas die Schwingungen deutlich beeinträchtigt. Sein Fazit: „Es könnte einen Zusammenhang geben zwischen der späten Gehirnentwicklung – sie spiegelt sich unter anderem in veränderten Botenstoffsystemen und der Reifung der neuronalen Schwingungen wider – und dem späten Auftreten der Schizophrenie.“

Rezeptor

Rezeptor/-/receptor

Signalempfänger in der Zellmembran. Chemisch gesehen ein Protein, das dafür verantwortlich ist, dass eine Zelle ein externes Signal mit einer bestimmten Reaktion beantwortet. Das externe Signal kann beispielsweise ein chemischer Botenstoff (Transmitter) sein, den eine aktivierte Nervenzelle in den synaptischen Spalt entlässt. Ein Rezeptor in der Membran der nachgeschalteten Zelle erkennt das Signal und sorgt dafür, dass diese Zelle ebenfalls aktiviert wird. Rezeptoren sind sowohl spezifisch für die Signalsubstanzen, auf die sie reagieren, als auch in Bezug auf die Antwortprozesse, die sie auslösen.

GABA

GABA/-/GABA

GABA ist eine Aminosäure und der wichtigste inhibitorische, also hemmende Neurotransmitter, der bei der Informationsübertragung zwischen Neuronen an deren Synapsen als Botenstoff dient.

Hemmung

Hemmung/-/inhibition

Die neuronale Inhibition, oder auch Hemmung umschreibt das Phänomen, dass ein Senderneuron einen Impuls zum Empfängerneuron sendet, der bei diesem dazu führt, dass seine Aktivität herabgesetzt wird. Der wichtigste hemmende Botenstoff ist GABA.

Dopamin

Dopamin/-/dopamine

Dopamin ist ein wichtiger Botenstoff des zentralen Nervensystems, der in die Gruppe der Catecholamine gehört. Es spielt eine Rolle bei Motorik, Motivation, Emotion und kognitiven Prozessen. Störungen in der Funktion dieses Transmitters spielen eine Rolle bei vielen Erkrankungen des Gehirns, wie Schizophrenie, Depression, Parkinsonsche Krankheit, oder Substanzabhängigkeit.

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.

zum Weiterlesen:

  • Kompetenznetz Schizophrenie; URL: http://​www​.kom​pe​ten​znetz​-schiz​o​phre​nie​.de/​r​d​k​n​s​/​i​n​d​e​x.htm [Stand: 2012]; zur Webseite.
  • Rapoport, J.L., Gogtay, N.: Childhood onset schizophrenia: support for a progressive neurodevelopmental disorder. International Journal of Developmental Neuroscience. 2011; 29(3):251 – 258 (zum Artikel).
  • Uhlhaas P.J., Singer W. Abnormal neural oscillations and synchrony in schizophrenia. Nature Reviews Neuroscience. 2010; 11:100 – 113 (zum Abstract).
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2 Kommentare

Wen Interessierts 20.01.2017
Alles nur im Konjunktiv ... und das soll Wissenschaft sein??? Und jetzt bitte mal ein Blick von außen auf die ganzen Vorgänge, damit man vor lauter Synapsen-Gewurschtel die eigentliche Problematik der Adoleszens nicht vergisst. Und zwar Liebe und Beziehungen! Fragen Sie mal die sog. Schizophrenen, was in ihren Beziehungen so alles schiefgelaufen ist. Gerne als Wissenschaft. Mit Statistik.

Linus M 20.01.2017
Wissenschaftliche Erkenntnisse sollten sogar immer im Konjunktiv bleiben. Wenn etwas als unumstößliche Wahrheit hingestellt wird, ist das keine Wissenschaft mehr.

Der Abbau von synaptischen Verbindungen oder die Verrringerung von grauer Substanz im Allgemeinen sind ja zunächst mal Korrelationen mit den Symtomen der Schizophrenie.

Ob es nun gleichzeitig Auslöser der Krankheit sind oder nur eine Folge davon, ist aber eine ganz andere Sache. Das ist sehr schwer herauszufinden, da man die Krankheit dafür warscheinlich bis ins Detail verstanden haben müsste - und auch wenn man diesen Punkt erreicht, wird man sich dessen nicht sicher sein können.

Vielleicht noch schwieriger als die Krankheit über direkte physiologische Vorgänge zu verstehen, ist es allerdings, sie auf soziale, zwischenemnschliche Probleme zurückzuführen. Potentielle Ursachen wie sozialer Stress oder sogar Traumata mögen zwar als Auslöser naheligen, aber das empirisch zu überprüfen ist mindestens ebenso problematisch wie bei der Physiologie.

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