Machen Sie sich immer noch Sorgen wegen der Alzheimer-Krankheit? „China Brain Project“ könnte einen neuen Aufbruch bringen!

Die Forschungsgruppe von Zeng Jianxiong vom Songjiang Hospital der Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, dem Songjiang Research Institute der Shanghai Jiao Tong University School of Medicine und dem Kunming Institute of Zoology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat in Zusammenarbeit mit Professor Ma Xueling vom Fourth Affiliated Hospital der Harbin Medical University eine Forschungsarbeit mit dem Titel „Microbial infection promotes amyloid pathology in a mouse model of Alzheimer's disease via modulating γ-secretase“ im Fachjournal Molecular Psychiatry, einer Tochtergesellschaft von Nature, veröffentlicht. Darin wird der molekulare Mechanismus enthüllt, durch den eine zentrale Infektion mit dem in der menschlichen Bevölkerung weit verbreiteten Herpes-simplex-Virus (HSV-1) den pathologischen Prozess der Alzheimer-Krankheit fördert.

Wenn wir von der Alzheimer-Krankheit sprechen, ist sie nicht nur eine Krankheit, sondern auch ein grausames soziales Problem. Mit der Alterung der Bevölkerung steigt die Zahl der Patienten, die an neurodegenerativen Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit (allgemein bekannt als senile Demenz) und der Parkinson-Krankheit leiden. So gibt es beispielsweise in China derzeit mehr als 9 Millionen Alzheimer-Patienten (weltweit der höchste Wert) , und die Prävalenzrate unter der älteren Bevölkerung über 65 Jahre beträgt 4 bis 7 %. Diese Krankheiten beeinträchtigen die Wahrnehmung, das Verhalten und die Alltagstauglichkeit der Patienten erheblich und stellen eine schwere Belastung für die Familien und die Gesellschaft dar. Derzeit gibt es keine wirksame Heilung. Glücklicherweise wurden im Rahmen des Großprojekts „National Science and Technology Innovation 2030 – Brain Science and Brain-like Research“, dem „China Brain Project“, erhebliche Fortschritte bei der Diagnose, Behandlung und Prävention neurodegenerativer Erkrankungen erzielt.

● Forschungsfortschritte in der Hirnforschung zu neurodegenerativen Erkrankungen

Durch die Untersuchung der Struktur und Funktion des Gehirns bietet uns die Gehirnforschung neue Perspektiven für das Verständnis der Pathogenese neurodegenerativer Erkrankungen. Mithilfe moderner bildgebender Verfahren wie der Magnetresonanztomographie (MRT) und der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) können Wissenschaftler strukturelle Veränderungen und Stoffwechselstörungen im Gehirn von Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen beobachten. Zu diesen Veränderungen zählen der Verlust von Neuronen, die Verringerung synaptischer Verbindungen und der Funktionsverlust bestimmter Gehirnregionen.

Neben der Bildgebungstechnologie umfasst die Forschung im Bereich der Gehirnwissenschaften auch viele andere Bereiche wie Molekularbiologie, Genetik und Pathologie . Durch diese Studien haben Wissenschaftler herausgefunden, dass neurodegenerative Erkrankungen oft mit bestimmten Genmutationen, abnormaler Proteinansammlung und Neuroinflammation einhergehen. So haben Wissenschaftler beispielsweise im Gehirn von Alzheimer-Patienten abnorme Ablagerungen des Beta-Amyloid-Proteins und die Bildung neurofibrillärer Bündel festgestellt, die als Schlüsselfaktoren für den Ausbruch der Krankheit gelten.

● Anwendung gehirnähnlicher Forschung bei neurodegenerativen Erkrankungen

Die Gehirnforschung als Teilgebiet der künstlichen Intelligenz ahmt die Arbeitsprinzipien des Gehirns nach, um intelligente Systeme zu bauen. Die hirnähnliche Forschung spielt bei der Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen eine immer wichtigere Rolle. Durch die Erstellung neuronaler Netzwerkmodelle zur Simulation der kognitiven und Gedächtnisprozesse des Gehirns können Wissenschaftler besser verstehen, wie sich neurodegenerative Erkrankungen auf diese Prozesse auswirken.

Bei der Erforschung der Alzheimer-Krankheit verwendeten Wissenschaftler beispielsweise Deep-Learning-Technologie, um ein neuronales Netzwerkmodell zur Simulation des Gedächtnismechanismus des Gehirns zu erstellen . Sie stellten fest, dass die Gedächtnisleistung des Modells deutlich abnahm, wenn bestimmte Neuronen im Modell „beschädigt“ waren oder „verloren“ gingen. Dies ist den Symptomen des Gedächtnisverlusts bei Alzheimer-Patienten sehr ähnlich. Mithilfe dieser Modelle können Wissenschaftler nicht nur die Krankheitsmechanismen besser verstehen, sondern auch potenzielle Behandlungsmethoden testen.

Darüber hinaus liefert die Forschung zu Gehirnfunktionen auch neue Instrumente für die Frühdiagnose und Krankheitsüberwachung neurodegenerativer Erkrankungen. Durch die Analyse von Bildgebungs- und Verhaltensdaten von Patienten konnten Wissenschaftler maschinelle Lernmodelle trainieren, die Krankheitssignaturen erkennen konnten. Diese Modelle können Ärzten helfen, Krankheiten genauer zu diagnostizieren und ihren Verlauf zu überwachen.

● Umsetzung von Forschungsergebnissen in die klinische Praxis

Die in der Hirnforschung und der gehirnähnlichen Forschung zu neurodegenerativen Erkrankungen erzielten Forschungsergebnisse werden nach und nach in klinische Anwendungen überführt. Im Hinblick auf die Diagnose werden in der klinischen Praxis mittlerweile Diagnosemethoden angewendet, die auf Neuroimaging und Technologien des maschinellen Lernens basieren. Mithilfe dieser Methoden könnten frühe Anzeichen neurodegenerativer Erkrankungen genauer erkannt und den Patienten eine rechtzeitigere Behandlung ermöglicht werden.

Was die Behandlung betrifft, so bietet die durch die Hirnforschung aufgedeckte Krankheitspathogenese Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer Medikamente. Beispielsweise entwickeln Wissenschaftler Medikamente, die pathologische Prozesse wie Beta-Amyloid-Ablagerungen und Neuroinflammation bei der Alzheimer-Krankheit hemmen können. Gleichzeitig liefert die auf neuronalen Netzwerkmodellen basierende gehirnähnliche Forschung auch neue Ideen für die Rehabilitationsbehandlung neurodegenerativer Erkrankungen. Durch Training der kognitiven Fähigkeiten und Verbesserung der Gehirnplastizität kann den Patienten geholfen werden, einige ihrer Funktionen wiederzuerlangen.

Neben der Diagnose und Behandlung spielen auch die Hirnforschung und die gehirnähnliche Forschung eine wichtige Rolle bei der Prävention neurodegenerativer Erkrankungen . Durch ein tieferes Verständnis der Krankheitsmechanismen und Risikofaktoren können Wissenschaftler wirksamere Präventionsstrategien entwickeln. So kann beispielsweise die Häufigkeit neurodegenerativer Erkrankungen durch eine Verbesserung des Lebensstils und eine Verringerung des Risikos für Herz-Kreislauf-Erkrankungen verringert werden.

● Herausforderungen und Perspektiven

Obwohl in der Hirnforschung und der Forschung zu gehirnähnlichen Erkrankungen bedeutende Fortschritte bei der Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen erzielt wurden, gibt es noch immer viele Herausforderungen und unbekannte Bereiche . Erstens ist die Pathogenese neurodegenerativer Erkrankungen sehr komplex und beinhaltet das Zusammenspiel mehrerer Gene, Proteine ​​und Umweltfaktoren. Daher sind noch weitere Forschungsanstrengungen erforderlich, um die Pathogenese dieser Krankheiten vollständig zu verstehen.

Zweitens ist hinsichtlich der klinischen Umsetzung zu beachten, dass einige neue Diagnosemethoden und Behandlungsstrategien zwar Potenzial gezeigt haben, jedoch noch strengen klinischen Tests unterzogen werden müssen, um ihre Wirksamkeit und Sicherheit zu bestätigen. Darüber hinaus sind aufgrund der großen Heterogenität und der individuellen Unterschiede neurodegenerativer Erkrankungen auch personalisierte Behandlungsstrategien für unterschiedliche Patienten eine wichtige Richtung für die zukünftige Forschung.

Und schließlich ist zu erwarten, dass die Hirnforschung und die Forschung zu gehirnbezogenen Themen mit dem kontinuierlichen technologischen Fortschritt und der kontinuierlichen Ansammlung von Daten eine größere Rolle bei der Vorhersage, Frühdiagnose, Präzisionsbehandlung und Rehabilitation neurodegenerativer Erkrankungen spielen werden. Gleichzeitig werden uns diese Studien auch wertvollere Erkenntnisse über die Arbeitsmechanismen des Gehirns liefern und die weitere Entwicklung von Bereichen wie der Neurowissenschaft und der künstlichen Intelligenz fördern.

● Fazit

Die Erforschung und Anwendung der Gehirnforschung und der gehirnähnlichen Forschung bei neurodegenerativen Erkrankungen haben uns neue Hoffnung und Herausforderungen gebracht. Indem wir Einblicke in die Funktionsweise des Gehirns gewinnen und intelligente Systeme entwickeln, die das Gehirn nachahmen, hoffen wir, die Natur dieser Krankheiten besser zu verstehen und den Patienten eine wirksamere Diagnose und Behandlung zu ermöglichen. Allerdings ist dieser Prozess noch immer voller Unbekannter und Herausforderungen und erfordert unermüdliche Anstrengungen und Forschung seitens der Wissenschaftler. Freuen wir uns darauf, dass das „China Brain Project“ Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen in Zukunft weitere Vorteile bringt.

Diese Arbeit wurde ursprünglich vom Gesundheitswissenschaftsteam des Songjiang-Krankenhauses der Shanghai Jiaotong University School of Medicine erstellt.

Autor: Liu Ying, behandelnder Arzt am Songjiang-Krankenhaus der Shanghai Jiao Tong University School of Medicine

Korrespondierender Autor: Shen Hua, stellvertretender Chefarzt für Allgemeinmedizin, Songjiang Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine

Bildquelle: Vom Autor zusammengestellt und dann von KI erstellt

Fondsprojekt: Wissenschaftspopularisierungsprojekt 2023 des Bezirks Songjiang, Shanghai (2023SJKPZ016)