Menschen mit Schizophrenie nehmen die Welt oft anders wahr, sprechen zerfahren und haben Mühe, Bewegungen sauber abzuschließen. Diese Symptome gelten meist als getrennte Probleme. Eine Studie aus Montreal zeigt nun, dass ein und dasselbe geschwächte Hirnsignal mit allen drei Bereichen zusammenhängt. Es handelt sich um eine kleine Pilotstudie mit 25 Patienten, deren Befunde noch an größeren Gruppen bestätigt werden müssen.
Ein Patient erzählt, die Schauspieler in einer Netflix-Serie würden nur „falsch“ sprechen, ihre echten Stimmen kämen aus dem Heizungsschacht seines Zimmers. Während er das schildert, springt er von der „TV-Serie“ zu den „Cerealien“ zum Frühstück und weiter zur trockenen Luft im Raum. So beschreiben Forscher um die Neurowissenschaftlerin Hsi Wei und den Psychiater Lena Palaniyappan von der McGill University in Montreal das Rätsel, das sie lösen wollten. Wie hängen eine gestörte Wahrnehmung und eine zerfahrene Sprache zusammen, wenn das eine die Aufnahme von Reizen betrifft und das andere den Ausdruck von Gedanken? Ihre Antwort lautet: Beide könnten auf dieselbe Schwäche im Gehirn zurückgehen, nämlich auf ein zu träges Aktualisieren der inneren Vorhersagen über die Welt.
Die Arbeit entstand in Zusammenarbeit der McGill University mit dem McConnell Brain Imaging Centre am Montreal Neurological Institute, der Universität Montreal und dem Douglas Research Centre. Die Forscher maßen dazu die sogenannten Beta-Wellen im Gehirn, rhythmische elektrische Schwingungen mit 15 bis 30 Schwingungen pro Sekunde. Sie gelten als Signal, mit dem das Gehirn seine Erwartungen festhält und bei Bedarf an neue Informationen anpasst.
An der Studie nahmen 25 Menschen mit diagnostizierter Schizophrenie oder schizoaffektiver Störung teil, im Mittel 33 Jahre alt, sowie 25 gesunde Vergleichspersonen gleichen Alters und Geschlechts. Alle absolvierten im Magnetoenzephalographen eine Aufgabe zum Timing von Bild und Ton. Ein solches Gerät misst die winzigen Magnetfelder, die bei der Aktivität von Nervenzellen entstehen, und kann damit schnelle Hirnrhythmen sehr genau zeitlich und räumlich zuordnen. Auf einem Bildschirm erschien kurz ein weißes Quadrat, über Kopfhörer ertönte ein Piepton. Mal kamen beide gleichzeitig, mal lag ein Abstand von 100 Millisekunden bis zu einer ganzen Sekunde dazwischen. Die Teilnehmer sollten per Knopfdruck angeben, ob sie Bild und Ton als gleichzeitig empfanden.
Zusätzlich führten die Forscher mit allen Teilnehmern ein rund 20-minütiges Gespräch, in dem sie unter anderem eine persönliche Geschichte erzählen, ein Bild beschreiben und einen Traum schildern sollten. Die Aufnahmen wurden transkribiert und mit Methoden der Sprachverarbeitung ausgewertet. Dabei interessierte das Team vor allem, wie vielfältig die Wortwahl ist und wie komplex die Sätze gebaut sind. Zwei geschulte Gutachter, die nicht wussten, wer zu welcher Gruppe gehörte, bewerteten die Sprache außerdem nach einer etablierten Skala für Denk- und Sprachstörungen.
Schon im Verhalten zeigte sich ein deutlicher Unterschied. Patienten stuften Bild und Ton häufiger als gleichzeitig ein, obwohl sie offensichtlich weit auseinanderlagen, also 750 Millisekunden oder eine ganze Sekunde. Einige Patienten hielten solche klar getrennten Reize sogar ebenso oft oder öfter für gleichzeitig als Paare mit nur 100 bis 200 Millisekunden Abstand. Fachleute sprechen von einem verbreiterten Zeitfenster der Verknüpfung. Das Gehirn geht vorschnell davon aus, dass Bild und Ton von einem gemeinsamen Ereignis stammen, und korrigiert diese Annahme nicht, wenn die Sinnesdaten widersprechen.
Im Magnetoenzephalographen fiel bei den Patienten ein typisches Muster auf. Nach einer Bewegung, etwa dem Knopfdruck, steigt die Beta-Aktivität in der motorischen Hirnrinde normalerweise kurz an. Dieser sogenannte Beta-Rückprall signalisiert, dass eine Handlung abgeschlossen ist und das Gehirn sein inneres Modell aktualisiert hat. Bei den Patienten fiel dieser Rückprall schwächer aus und setzte später ein. Auch in einem Bereich des Stirnhirns, dem unteren Stirnwindungsbereich, der unter anderem für Sprache und Handlungskontrolle wichtig ist, war die Beta-Aktivität nach Bewegungen verringert. In Seh- und Hörrinde zeigten sich ähnliche, wenn auch schwächere Abweichungen.
Der eigentliche Kern der Studie liegt in den Zusammenhängen. Je schwächer die Beta-Modulation in Seh-, Hör- und Bewegungszentren ausfiel, desto häufiger verschmolzen bei den Teilnehmern zeitlich getrennte Reize zu einem einzigen Moment. Und dasselbe Muster ging mit einer ärmeren, gleichförmigeren Wortwahl und einfacher gebauten Sätzen einher. In der Sprachanalyse zeigten die Patienten deutlich weniger Vielfalt in Bedeutung und Satzbau als die gesunden Teilnehmer. Die automatisch gemessene Wortarmut passte gut zu dem, was die menschlichen Gutachter als Sprachverarmung einstuften.
„Was uns auffiel, war, dass dasselbe geschwächte Hirnsignal überall auftauchte, wo wir hinschauten, ob die Patienten einen Ton, ein Bild verarbeiteten oder eine Bewegung abschlossen“, sagt Erstautorin Hsi Wei in einer Mitteilung der McGill University. Die Ergebnisse sind im Fachjournal Science Advances erschienen. Bei den Patienten allein zeigte sich zudem ein Hinweis darauf, dass ein schwächeres Signal mit einer insgesamt schwereren Erkrankung einhergeht. Die Einnahme von Antipsychotika erklärte die Unterschiede nach den Analysen der Forscher nicht.
Das Team deutet die Befunde im Rahmen der sogenannten prädiktiven Verarbeitung. Nach dieser Vorstellung sagt das Gehirn ständig voraus, was als Nächstes passiert, vergleicht diese Erwartung mit den eintreffenden Sinnesdaten und passt sein inneres Modell an. Beta-Wellen spielen dabei offenbar eine Rolle beim Festhalten und Umschalten solcher Modelle. Wird dieses Umschalten träge, bleibt das Gehirn an seiner ersten Annahme hängen. In der Wahrnehmung kann das bedeuten, dass Bild und Ton zusammengefasst werden, obwohl sie nicht zusammengehören. In der Sprache könnte es dazu führen, dass Gedanken nicht flexibel weiterentwickelt werden und Sätze einfacher und gleichförmiger bleiben.
Bisher wurden Wahrnehmungsstörungen, Bewegungsauffälligkeiten und Sprachprobleme bei Schizophrenie meist von verschiedenen Forschergruppen getrennt untersucht. Die neue Arbeit untersucht diese Bereiche in derselben Personengruppe und verbindet sie über ein gemeinsames, messbares Signal. Frühere Arbeiten hatten bereits gezeigt, dass sich Schizophrenie an Auffälligkeiten der Sprache erkennen lässt. Die Montrealer Studie liefert nun eine mögliche Erklärung, warum Sprache und Wahrnehmung oft gemeinsam aus dem Takt geraten.
Für die Praxis sehen die Forscher vor allem zwei Möglichkeiten. „Die ersten Anzeichen einer Schizophrenie beginnen in der Jugend, werden aber oft lange übersehen“, sagt Lena Palaniyappan, der auch das Zentrum für psychische Gesundheit von Jugendlichen am Douglas-Krankenhaus leitet. Bestätigt sich der Befund in größeren Gruppen, könnte die Messung helfen herauszufinden, welche Jugendlichen mit psychischen Problemen besondere Unterstützung brauchen, um einer Psychose vorzubeugen. Die Früherkennung von Schizophrenie gilt als einer der wichtigsten Hebel, weil eine frühe Behandlung den Verlauf deutlich verbessern kann. Zudem könnte das Beta-Signal selbst ein Ansatzpunkt für Therapien werden, etwa für Verfahren, die Hirnrhythmen gezielt von außen beeinflussen.
Die Forscher betonen selbst, dass es sich um eine erste, kleine Studie handelt. Mit 25 Patienten und 25 Vergleichspersonen ist die Stichprobe gering, eine unabhängige Wiederholung fehlt bislang. Die Untersuchung erfasste alle Werte zu einem einzigen Zeitpunkt und zeigt daher Zusammenhänge, aber keine Ursache. Die Sprache wurde außerhalb des Messgeräts aufgezeichnet, sodass die Studie nicht belegt, dass das Beta-Signal direkt beim Sprechen gestört ist. Der Zusammenhang zwischen Hirnsignal und Sprache verschwand zudem weitgehend, wenn die Forscher den Unterschied zwischen Patienten und Gesunden herausrechneten. Er spiegelt also vor allem die Erkrankung insgesamt wider und nicht unbedingt feine Unterschiede zwischen einzelnen Menschen.
Auch der Verhaltenseffekt beim Timing von Bild und Ton wurde schwächer, wenn zwei Patienten mit besonders auffälligen Antworten aus der Analyse genommen wurden. Patienten hatten im Schnitt zudem deutlich weniger Bildungsjahre als die Vergleichsgruppe, und eine Wirkung der Medikamente lässt sich trotz der Kontrollanalysen nicht völlig ausschließen. „Dies ist eine erste Studie von bescheidenem Umfang, und die Zusammenhänge mit Sprache und Schweregrad müssen in größeren, unabhängigen Stichproben überprüft werden, bevor wir uns ihrer sicher sein können“, sagt Wei. Als nächsten Schritt wollen die Forscher die Hirnrhythmen direkt während des Sprechens messen und Menschen am Beginn einer Psychose untersuchen, die noch keine Medikamente nehmen.
Science Advances, Neurophysiological dynamics related to perception, action, and language in schizophrenia; doi:10.1126/sciadv.aeh5819
McGill University, Several schizophrenia symptoms linked to a single brain signal
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