Die Behandlung von Depressionen mit Psilocybin oder Escitalopram führt zu unterschiedlichen hierarchischen Umstrukturierungen des Gehirns
28.08.2024 Forscher haben kürzlich eine Studie durchgeführt, in der sie die Auswirkungen von Psilocybin und Escitalopram auf das Gehirn von Personen mit Depressionen untersucht haben, insbesondere auf die hierarchische Organisation des Gehirns. Ihre in der Zeitschrift Nature Mental Health veröffentlichte Studie legt nahe, dass diese beiden Wirkstoffe zu sehr unterschiedlichen hierarchischen Umstrukturierungen des Gehirns führen.
„Wir sind seit langem an der Organisation der Gehirnhierarchie in vielen verschiedenen Gehirnstadien interessiert und konnten in vielen Arbeiten zeigen, dass das menschliche Gehirn hierarchisch organisiert ist und die globale Dynamik orchestriert, um effektiv verteilte Berechnungen durchzuführen.“
„Unsere Hauptidee war es, die Umstrukturierung der hierarchischen Organisation des Gehirns bei Depressionen nach verschiedenen pharmakologischen Behandlungen zu untersuchen“, sagen die Studienautoren Gustavo Deco von der Universitat Pompeu Fabra, Barcelona, und Morten L. Kringelbach von der University of Oxford. „Die experimentellen Daten stammen aus einer zweiarmigen, doppelblinden, randomisierten, kontrollierten Phase-II-Studie, in der die Psilocybin-Therapie (22 Patienten) mit Escitalopram (20 Patienten) von Co-Autor Prof. Carhart-Harris verglichen wurde.“
Alle Studienteilnehmer erhielten im Abstand von drei Wochen zwei Dosen Psilocybin. Über einen Zeitraum von sechs Wochen erhielt eine Gruppe von Teilnehmern außerdem eine tägliche Dosis Escitalopram, während die andere Gruppe ein Placebo (d. h. eine neutrale Substanz ohne psychoaktive Wirkungen) verabreicht bekam.
Die Forscher erfassten die klinischen Ergebnisse der beiden Behandlungspläne, denen die Teilnehmer folgten. Außerdem untersuchten sie die Gehirne der Patienten mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI), sowohl zu Beginn der Studie als auch nach Abschluss der sechswöchigen Behandlung.
Die Gehirnmechanismen wurden durch generative effektive Konnektivität erfasst, die aus der Ganzhirnmodellierung des Ruhezustands für jede Sitzung und jeden Patienten ermittelt wurde. Die Hierarchie wurde für jede dieser Sitzungen anhand von Messungen der Gerichtetheit und der trophischen Ebenen der effektiven Konnektivität bestimmt, die die Zyklusstruktur, die Stabilität und die Perkolation erfassen.
Deutlich unterschiedliche hierarchische Neuordnungen der Gesamtdynamik des Gehirns
„Wir haben einen Rahmen entwickelt, um die hierarchische Rekonfiguration anhand des globalen Grades der Gerichtetheit der generativen effektiven Konnektivitätsmatrix (GEC) zu bewerten, die dem Ganzhirnmodell zugrunde liegt. Die GEC spiegelt die zugrundeliegende anatomische Struktur und die dynamische funktionelle Aktivität in einer asymmetrischen Matrix wider, die die hierarchische Organisation erfasst.“
Mithilfe von Algorithmen des maschinellen Lernens waren Deco, Kringelbach und ihre Kollegen in der Lage, hierarchische Merkmale des Gehirns aus den gesammelten Scans zu extrahieren. Zur Beschreibung ihrer Ergebnisse verwendeten sie ein theoretisches Konstrukt, das als „trophische Kohärenz“ bekannt ist und in der Ökologie die hierarchische Nahrungskette beschreibt (d. h. Fleischfresser fressen Pflanzenfresser, die wiederum Pflanzen fressen).
„Diesem Rahmen zufolge ist eine flache Hierarchie durch gleiche trophische Ebenen und geringe Gerichtetheit gekennzeichnet, was eine geringe Asymmetrie in einem Netzwerk widerspiegelt“, so Deco und Kringelbach. „Im Gegensatz dazu ist eine starke Hierarchie mit einer hohen Gerichtetheit und starken asymmetrischen Verbindungen in einem vielschichtigen Netzwerk verbunden.“
Die Forscher fanden heraus, dass die hierarchische Organisation der Hirndynamik ein äußerst präzises Maß für Veränderungen nach Behandlungen ist. Im Rahmen ihrer Studie nutzten sie den Rahmen der trophischen Kohärenz, um festzustellen, wie die beiden untersuchten Behandlungen die Hirndynamik der Patienten umgestaltet hatten.
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„Dieser Ansatz ermöglichte es uns, Einblicke in die zugrundeliegenden Mechanismen der Depression zu gewinnen, was mit der Zeit zu noch besseren Interventionen führen könnte“, so Deco und Kringelbach. „Unsere Ergebnisse bestätigen auch die Hypothese, dass Probleme mit den wichtigsten Regionen des globalen Arbeitsraums, die die Dynamik des Gehirns steuern, die Hauptursache für neuropsychiatrische Störungen sein könnten. Künftige größere Studien sollten diese Hypothese weiter untersuchen und sich dabei auf verschiedene neuropsychiatrische Erkrankungen konzentrieren.“
Die Ergebnisse zeigten, dass die beiden pharmakologischen Interventionen signifikant unterschiedliche hierarchische Neuordnungen der Gesamtdynamik des Gehirns mit unterschiedlichen, entgegengesetzten statistischen Wirkungen hervorriefen, sagen die Forscher.
Darüber hinaus ergab der Einsatz von maschinellem Lernen eine signifikant unterschiedliche Reorganisation der Gehirnhierarchie vor und nach den beiden Behandlungen.
Das maschinelle Lernen war auch in der Lage, das Ansprechen auf die Behandlung mit einer Genauigkeit von 85% ± 4% vorherzusagen.
Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass Psilocybin und Escitalopram auf unterschiedliche Weise die Dynamik des Gehirns bei Depressionen wieder ins Gleichgewicht bringen. Dies legt die Hypothese nahe, dass neuropsychiatrische Störungen eng mit dem Zusammenbruch von Regionen verbunden sein könnten, die die Hirndynamik von der Spitze der Hierarchie aus steuern, schreiben die Autoren.
© arznei-news.de – Quellenangabe: Nature Mental Health (2024). DOI: 10.1038/s44220-024-00298-y
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