Navigationsprobleme können Alzheimer vorhersagen

Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass Schwierigkeiten bei der Aushandlung eines computergestützten Labyrinths ein Frühindikator für die Alzheimer-Krankheit sein könnten.

Die Forscher haben festgestellt, dass eine erhöhte Schwierigkeit in der räumlichen Navigation Alzheimer vorhersagt, lange bevor klinische Anzeichen erkennbar sind.

"Diese Ergebnisse legen nahe, dass Navigationsaufgaben zur Bewertung einer kognitiven Kartierungsstrategie ein leistungsstarkes neues Instrument zur Erkennung der frühesten Veränderungen der Kognition im Zusammenhang mit Alzheimer darstellen könnten", sagte die leitende Autorin Denise Head von der Washington University in St. Louis.

"Die räumliche Navigationsaufgabe, die in dieser Studie zur Bewertung der kognitiven Kartenfähigkeiten verwendet wurde, war bei der Erkennung der präklinischen Alzheimer-Krankheit empfindlicher als die standardmäßige psychometrische Aufgabe des episodischen Gedächtnisses", sagte sie.

Der präklinische Nachweis der Krankheit ist definiert als der Nachweis von Alzheimer-bedingten Veränderungen im Gehirn, die vor der Entwicklung von Symptomen auftreten, die zur Diagnose führen.

Studienergebnisse erscheinen in derJournal of Alzheimer's Disease. Die Ergebnisse stimmen mit den gegenwärtigen Überzeugungen überein, wo im Gehirn die negativen Auswirkungen der Alzheimer-Krankheit zuerst auftreten, sowie mit dem Fortschreiten der Krankheit auf andere Hirnregionen.

Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Navigationsprobleme bei Menschen mit Alzheimer-Krankheit früh auftreten. Diese Defizite können mit der Bildung von Amyloid-Plaques und Tau-Verwicklungen sowie anderen Anzeichen einer Verschlechterung und Schrumpfung des präfrontalen Kortex, des Hippocampus und des Caudats des Gehirns verbunden sein.

Der Hippocampus ist als frühes Ziel für Alzheimer-Schäden etabliert. Diese Gehirnregion ist mit der Speicherung des Langzeitgedächtnisses, der Erkennung neuer Umgebungen und der Erstellung kognitiver Karten verbunden. Darüber hinaus ist das Caudat ein Gehirnbereich, der sowohl mit Lernen als auch mit freiwilliger Bewegung verbunden ist.

"Unsere Beobachtungen deuten auf ein derartiges Fortschreiten hin, dass die präklinische Alzheimer-Krankheit insbesondere während der Lernphase durch Hippocampusatrophie und damit verbundene kognitive Kartierungsschwierigkeiten gekennzeichnet ist", sagte die Erstautorin Samantha Allison.

"Mit fortschreitender Krankheit verschlechtern sich die kognitiven Kartierungsdefizite (Gedächtnis), das Caudat wird involviert (Lernen und Bewegung) und es treten Lerndefizite auf."

Während diese Defizite bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit im Frühstadium gut dokumentiert sind, wurden sie bei scheinbar normalen Patienten, die möglicherweise in Richtung identifizierbarer Frühstadien der Krankheit, einem Status, der als präklinische Alzheimer-Krankheit bekannt ist, voranschreiten, nicht gut untersucht.

In dieser Studie untersuchten die Forscher mithilfe eines virtuellen Labyrinthnavigationsexperiments, ob bei präklinischer Alzheimer-Krankheit spezifische Probleme beim Routenlernen und beim Erstellen kognitiver Karten, an denen das Caudat bzw. der Hippocampus beteiligt sind, festgestellt werden konnten.

Das Design des Experiments spielt mit der Tatsache, dass Menschen im Allgemeinen ihren Weg im Leben finden, indem sie zwei unterschiedliche Formen der räumlichen Repräsentation und Navigation verwenden.

Bei der egozentrischen Navigation verlassen sich die Menschen auf das Wissen der Vergangenheit, um abgenutzten Routen zu folgen und sich nacheinander von einem Orientierungspunkt zum anderen zu bewegen, bis sie ihr Ziel erreichen.

Bei der allozentrischen Navigation werden die Menschen mit ihrer Gesamtumgebung vertraut und erstellen eine mentale Karte der vorhandenen Sehenswürdigkeiten, sodass sie die besten verfügbaren Routen zeichnen und Verknüpfungen zu neuen Zielen finden können.

Die Teilnehmer dieser Studie wurden anhand eines Tests von Gehirn- und Wirbelsäulenflüssigkeiten in drei Gruppen eingeteilt, mit denen Biomarker nachgewiesen werden können, die die zukünftige Entwicklung von Alzheimer-bedingten Plaques und Verwicklungen im Gehirn vorhersagen.

Wenn eine Person klinisch normal ist und dennoch Biomarker für Alzheimer-bedingte Plaques und Verwicklungen im Gehirn hat, wird davon ausgegangen, dass sie an einer präklinischen Alzheimer-Krankheit leidet.

Diese Studie umfasste 42 klinisch normale Personen, denen die cerebrospinalen Flüssigkeitsmarker für Alzheimer fehlten, 13 klinisch normale Personen, die für diese Marker positiv waren und somit präklinische Alzheimer hatten, und 16 Personen mit dokumentierten Verhaltenssymptomen von Alzheimer im Frühstadium.

Alle 71 Studienteilnehmer verbrachten etwa zwei Stunden auf einem Desktop-Computer, um zu testen, ob sie in einem virtuellen Labyrinth navigieren können, das aus einer Reihe miteinander verbundener Flure mit vier Hintergrundmustern und 20 Orientierungspunkten besteht.

Die Teilnehmer wurden auf zwei Navigationsfähigkeiten getestet: wie gut sie eine voreingestellte Route lernen und folgen konnten und wie gut sie eine kognitive Karte der Umgebung erstellen und verwenden konnten. Die Teilnehmer hatten 20 Minuten Zeit, um entweder eine bestimmte Route zu lernen oder das Labyrinth mit einem Navigations-Joystick zu studieren und zu erkunden. Anschließend wurden sie auf ihre Fähigkeit getestet, die Route neu zu erstellen oder den Weg zu bestimmten Sehenswürdigkeiten in der Umgebung zu finden.

"Menschen mit cerebrospinalen Markern für die präklinische Alzheimer-Krankheit zeigten nur dann erhebliche Schwierigkeiten, wenn sie eine kognitive Karte der Umwelt erstellen mussten - ein allozentrischer, ortslernender Navigationsprozess, der mit der Hippocampusfunktion verbunden ist", sagte Head.

"Dieselbe präklinische Alzheimer-Gruppe zeigte eine geringe oder keine Beeinträchtigung der Routenlernaufgaben - ein egozentrischer Navigationsprozess, der enger mit der Caudatfunktion verbunden ist."

Im Vergleich zu kognitiv normalen Studienteilnehmern, denen die cerebrospinalen Flüssigkeitsmarker von Alzheimer fehlten, erzielten diejenigen mit präklinischer Alzheimer-Krankheit in der ersten Studienphase eine geringere Bewertung ihrer Fähigkeit, die Positionen von Objekten in der Umgebung im Verhältnis zueinander zu lernen.

Während diese Ergebnisse auf Defizite bei der Fähigkeit zur Erstellung einer kognitiven Karte hindeuten, gelang es den Teilnehmern der präklinischen Alzheimer-Krankheit schließlich, diese Defizite beim Kartenlernen zu überwinden, und sie leisteten bei einer anschließenden Navigationsaufgabe fast genauso gute wie kognitiv normale Teilnehmer.

"Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Navigationsschwierigkeiten von Menschen mit präklinischer Alzheimer-Krankheit teilweise mit Schwierigkeiten bei der Beschaffung von Umweltinformationen zusammenhängen", sagte Head. "Während sie möglicherweise zusätzliche Schulungen benötigen, um neue Umgebungen zu erlernen, ist die gute Nachricht hier, dass sie anscheinend genügend Informationen behalten, um eine kognitive Karte fast genauso gut zu verwenden wie ihre kognitiv normalen Kollegen."

Head warnt davor, dass die aktuelle Studie mehrere Einschränkungen aufweist, darunter eine relativ kleine Stichprobengröße und ein Mangel an direkten Informationen über Gehirnregionen und Netzwerke, die eine Rolle bei der räumlichen Navigation und Wegfindung spielen.

Allison bemerkt jedoch: "Wir untersuchen derzeit, wie Gehirnregionen, die früh im Verlauf der Krankheit betroffen sind, mit kognitiven Kartierungsdefiziten bei einer größeren Stichprobe von Personen mit präklinischer Alzheimer-Krankheit zusammenhängen."

Im Zusammenhang mit diesen Einschränkungen zeigt die aktuelle Untersuchung signifikante präklinische Defizite im Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit in Bezug auf Aspekte der kognitiven Kartierung mit relativer Erhaltung beim Routenlernen.

Im Gegensatz dazu hatten Menschen mit Gedächtnisstörungen und anderen Verhaltensproblemen im Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit im Frühstadium klare Schwierigkeiten, sowohl einen festgelegten Weg zu lernen als auch ihren eigenen Weg zu neuen Sehenswürdigkeiten zu finden.

"Dieses Muster steht im Einklang mit einer Abnahme der Integrität des Hippocampus vor Veränderungen im Caudat", sagte Head.

"Diese Ergebnisse legen nahe, dass Navigationsaufgaben zur Bewertung einer kognitiven Kartierungsstrategie ein leistungsfähiges Instrument zur Erkennung der frühesten Veränderungen der Kognition im Zusammenhang mit Alzheimer darstellen könnten."

Das Forscherteam stellt fest, dass das Vorhandensein von Markern für Liquor cerebrospinalis bei präklinischer Alzheimer-Krankheit nicht garantiert, dass eine Person eine ausgewachsene Alzheimer-Krankheit entwickelt.

"Zukünftige Forschungen sollten untersuchen, ob kognitive Kartierungsdefizite bei Personen mit präklinischer Alzheimer-Krankheit mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung einer symptomatischen Alzheimer-Krankheit verbunden sind", sagten sie.

Quelle: Washington University, St. Louis