Gehirn-Scans können psychische Störungen im Kindesalter verfolgen

Ärzte werden ermutigt, Gehirnscandaten auf eine neue Art und Weise zu betrachten. Laut einer Studie an der Medizinischen Fakultät der Washington University in St. Louis sollten Ärzte in der Lage sein, die Entwicklung des Gehirns eines Kindes zu analysieren und mögliche psychische oder Entwicklungsstörungen nach einem typischen fünfminütigen Scan zu verfolgen.

„Kinderärzte zeichnen regelmäßig auf, wo sich ihre Patienten in Bezug auf Größe, Gewicht und andere Maße befinden, und passen diese dann an standardisierte Kurven an, die typische Entwicklungspfade verfolgen“, sagt der leitende Autor Bradley Schlaggar, MD, PhD, ein pädiatrischer Neurologe der Washington University und der A. Ernest und Jane G. Stein Außerordentlicher Professor für Neurologie.

"Wenn der Patient zu stark von den standardisierten Bereichen abweicht oder plötzlich von einem Entwicklungspfad zum anderen wechselt, weiß der Arzt, dass er sich fragen muss, warum."

Schlaggar und seine Kollegen schlagen eine neue Sichtweise auf Gehirnscandaten vor, die über die Beobachtung des Gehirns nur unter strukturellen Gesichtspunkten hinausgeht. Dies wäre besonders hilfreich bei der Überwachung und Behandlung von Patienten mit psychiatrischen und Entwicklungsstörungen.

Schlaggar zufolge hat er Kinder mit offensichtlichen, tiefgreifenden psychiatrischen Erkrankungen für MRT-Untersuchungen geschickt und Ergebnisse erhalten, die als „keine Anomalien festgestellt“ gekennzeichnet sind.

"Dabei werden die Daten normalerweise unter strukturellen Gesichtspunkten betrachtet - was ist anders an den Formen verschiedener Gehirnregionen", fügt er hinzu. "Die MRT bietet aber auch Möglichkeiten zu analysieren, wie verschiedene Teile des Gehirns funktionell zusammenarbeiten."

Durch den Vergleich von Funktionsdaten mit standardisierten Modellen, wie sich die Gehirnfunktion oder -krankheit typischerweise entwickelt, werden laut Schlaggar verschiedene neue klinische Erkenntnisse verfügbar.

Schlaggar und seine Kollegen verwenden einen Ansatz zum Scannen des Gehirns, der als "funktionelle Konnektivität im Ruhezustand" bezeichnet wird. Während ein Patient im Scanner ruht, analysieren Wissenschaftler die Zunahme und Abnahme des Blutflusses zu den verschiedenen Hirnregionen und bestimmen dann, ob und wie diese Regionen zusammenarbeiten Gehirnnetzwerke.

In einer im letzten Jahr veröffentlichten Studie haben Wissenschaftler der Washington University gezeigt, wie sich diese Hirnnetzwerke im Laufe der Reifung des Gehirns verändern. Zusammenfassend stellten sie fest, dass sich das gesamte Gehirnsystem von engmaschigen Netzwerken im Gehirn des Kindes in Netzwerke umwandelt, die entfernte Regionen verbinden können - die typische Organisation in einem erwachsenen Gehirn.

Für die neue Studie hat der leitende Autor Nico Dosenbach, MD, PhD, ein pädiatrischer Neurologe, der im St. Louis Children's Hospital ansässig ist, diese und andere Unterscheidungen getroffen, die den Übergang vom kindlichen zum erwachsenen Gehirn markieren, und sie für die Verwendung in einer Technik zur mathematischen Analyse angepasst eine Support-Vektor-Maschine genannt.

"Es ist eine Methode, die Mathematiker entwickelt haben, um etwas mit hoher Spezifität und Sensitivität vorherzusagen, wenn Sie große Datenmengen anstelle einer wirklich guten Messung haben", erklärt Dosenbach.

"Jede dieser Messungen sagt nicht viel aus, aber wenn Sie sie zusammensetzen und die richtige Mathematik verwenden, um sie zu sichten und umzustrukturieren, können Sie gute Vorhersageergebnisse erzielen."

Dosenbach verwendete Daten aus fünfminütigen MRT-Scans von 238 normalen Probanden im Alter zwischen 7 und 30 Jahren.Die Support-Vektor-Maschine analysierte ungefähr 13.000 funktionelle Gehirnverbindungen und wählte die besten 200 aus, um einen einzelnen Index für die Reife jedes Subjekts zu erstellen. Diese Informationen ermöglichten es den Forschern, vorherzusagen, ob die Probanden Kinder oder Erwachsene waren, und dann eine geschwungene Linie zu bilden, die den Weg der normalen funktionellen Gehirnentwicklung verfolgt.

Der Plan ist, dass Patienten mit Gehirnanomalien nicht mit dieser normalen Entwicklungskurve synchron erscheinen.

"Das Schöne an diesem Ansatz ist, dass Sie sich fragen können, was sich in der Art und Weise unterscheidet, in der beispielsweise Kinder mit Autismus von der normalen Entwicklungskurve abweichen, im Vergleich zu Kindern mit Aufmerksamkeitsdefizitstörung", sagte Schlaggar.

Er schlägt vor, funktionelle Gehirnscans bei Kindern durchzuführen, die einem Risiko ausgesetzt sind, aber noch nicht an einer Entwicklungsstörung leiden.

„Wenn ein Bruchteil von ihnen später diese Störung entwickelt, können Sie eine Analyse wie diese erstellen, mit deren Hilfe die Merkmale des nächsten Kindes mit dem höchsten Risiko für die Entwicklung der Störung vorhergesagt werden können“, sagt er.

"Das ist sowohl klinisch als auch unter dem Gesichtspunkt des Verständnisses der Ursachen dieser Störungen sehr wirksam."

Dieser Ansatz könnte die Behandlung vor Auftreten von Symptomen ermöglichen, sagt Schlaggar, und sollte Ärzten helfen, die Ergebnisse klinischer Studien mit neuen Therapien schneller und genauer zu verfolgen.

„MRT-Scans sind teuer, daher verwenden wir sie derzeit möglicherweise nicht für alle“, sagt Dosenbach. "Aber viele Kinder mit solchen Störungen erhalten bereits regelmäßige strukturelle MRT-Scans, und fünf weitere Minuten im Scanner tragen nicht so viel zu den Kosten bei."

Die Studie wird diese Woche in vorgestellt Wissenschaft.

Washington Universität in St. Louis