21/06/2011 - Die Complex Network Theory gibt neue Hinweise auf Hirnkrankheiten

Menéame

Ein Team von elf Forschern des Biomedical Technology Centre des Campus de Montegancedo an der Polytechnischen Universität Madrid, bestehend aus Ärzten, Neuropsychologen, Ingenieuren, Physikern und Mathematikern, widmete sich einem Teil des letzten Jahres dem Versuch, aus einer neuen Perspektive zu verstehen, wie die leichte kognitive Verschlechterung (DCL) das komplexe Netzwerk von Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Hirnbereichen beeinflusst.

Diese Krankheit zeigt sich durch schwere Gedächtnisverluste, wie zum Beispiel durch die Tatsache, daß man sich nicht an den Heimweg oder den plötzlichen Verlust des Fadens eines Gesprächs erinnert. Obwohl Personen, die an DCL leiden, die meisten täglichen Aufgaben ausführen können, entwickelt sich Alzheimer bei einem sehr hohen Anteil (zwischen 10 und 15% pro Jahr). Deshalb ist das Verständnis dieser Krankheit und vor allem ihre Entwicklung sehr besorgt.

Die Arbeit ist ursprünglich Teil der Gehirnaktivität einer Gruppe von Patienten mit DCL mittels Magnetoenzephalographie. Diese Technik ermöglicht die Messung des Magnetfeldes, das von Millionen von Neuronen im kortikalen Bereich des Gehirns erzeugt wird, mit einer hohen zeitlichen Auflösung. Insbesondere wurde diese Aktivität während einer Gedächtnisaufgabe untersucht, bei der sich die Patienten an eine Reihe von Buchstaben erinnern sollten, die ihnen zuvor vorgelegt worden waren. Anschließend wurde bei einer Gruppe gesunder Probanden dasselbe Experiment durchgeführt, um die Ergebnisse mit einer Kontrollgruppe zu vergleichen.

Entwicklung einer topologischen Analyse

Die wichtigste Neuheit dieser Arbeit ist die Methode zur Analyse der experimentellen Messungen. Die funktionellen Gehirnnetze wurden von allen Probanden durch Berechnung der Synchronisation zwischen den verschiedenen Hirnbereichen gewonnen. Die Netzknoten entsprachen den verschiedenen Bereichen der Hirnrinde, und die Verbindungen zwischen ihnen waren abhängig von der Art und Intensität, in der die elektromagnetische Aktivität zwischen diesen Gebieten synchronisiert war.

Sobald das komplexe Netzwerk erreicht wurde, zeigte seine topologische (mathematische) Analyse sehr interessante Ergebnisse. Zunächst wurde festgestellt, dass verschiedene Netzwerkparameter (Mittelweg, Clustering, Reichweite usw.) eine Unterscheidung zwischen den Probanden beider Gruppen (Patienten und Kontrollpersonen) ermöglichten. Das heißt, durch die topologische Analyse des funktionellen Netzwerks konnte festgestellt werden, welche Personen die Krankheit entwickelt hatten und welche nicht, mit ausreichender statistischer Güte.

Welche neuen Informationen gibt es über das DCL?

Welche neuen Informationen konnten jedoch über den kognitiven Verfall von Level erhalten werden? Hier hat die Studie die größten Fortschritte gemacht. Einerseits wurde festgestellt, dass das funktionelle Netzwerk der Patienten, die die Krankheit entwickelt hatten, viel aktiver wurde, aber seltsamerweise zufällig. Eine der bedeutendsten Überraschungen war, zu beobachten, wie die Fernverbindungen größer wurden als erwartet, was den modularen Charakter des funktionalen Netzes verringerte.

Das Gehirn basiert auf der Kombination eines Prozesses der Informationstrennung (bestimmte Gebiete erfüllen bestimmte Aufgaben) und eines Integrationsprozesses (die Informationen werden zwischen mehreren Gebieten geteilt). Die Ergebnisse der Studie zeigten, wie das subtile Gleichgewicht zwischen Integration und Segregation gebrochen wurde, wodurch die funktionellen Verbindungen zwischen den Lappen zu stark vergrößert wurden und so der modulare Charakter des Netzes verwässert wurde.

Diese Art von Analysetechniken, die in den letzten Jahren eingesetzt wurden, versprechen neue Ansichten über verschiedene Hirnkrankheiten zu vermitteln. Im Zentrum für Biomedizintechnologie der UPM wird bereits daran gearbeitet, die Ergebnisse mit dem Auftreten der Alzheimer-Krankheit bei DCL-Patienten in Verbindung zu bringen.

Über das Zentrum für Biomedizintechnologie (CTB)

Das Zentrum für Biomedizintechnologie ist ein Technologie- und Forschungszentrum, das sich auf dem Campus de Montegancedo der Polytechnischen Universität Madrid befindet, um die großen wissenschaftlichen Herausforderungen im Bereich Gesundheit und Biomedizin anzugehen. Ziel ist es, die Entwicklung von Produkten der Biotech-Technologie für den Transfer an die Industrie zu erleichtern und ein günstiges Umfeld für die Ausbildung neuer Forscher und Fachleute in diesem Bereich zu schaffen.

Das CTB ist das Ergebnis der Technologie-Wissenschaftsinitiative der UPM-BioTech in den Bereichen Ingenieurwesen und Biowissenschaften. Sie zielt darauf ab, die Forschung und Entwicklung technologischer Lösungen für die Pflege, Prävention und Förderung der Gesundheit, die Erforschung neuer Diagnose- und Therapiewerkzeuge sowie grundlegende Studien über Technologie und Biomedizin, auf die sich diese stützen, zu fördern. Das Zentrum ist in mehreren Bereichen, die heute von großer Bedeutung sind, an der Spitze der biomedizinischen Forschung, die durch die Beteiligung von Forschern aus sehr unterschiedlichen Disziplinen angegangen werden konnten.

Vollständiger Artikel in www.plosone.org

“Reorganization of Functional Networks in Mild Cognitive Impairment”, J.M. Buldú, R. Bajo, F. Maestú, N. Castellanos, I. Leyva, P. Gil, I. Sendiña-Nadal, J. A. Almendral, A. Nevado, F. del Pozo and S. Boccaletti, PLoS ONE 6(5): e19584. doi:10.1371/journal.pone.0019584.

Quelle: UPM

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