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Computational Modell des Gehirns zeigt, was Tourette "Tics" auslöst
Tourette-Syndrom ist eine neurologische Erkrankung, bei der Patienten eine Reihe von sich wiederholenden, unwillkürlichen Bewegungen und Geräuschen machen, die allgemein als "Tics" bezeichnet werden. Eine neue Studie verwendet ein computergestütztes Modell, um die neurologische Basis für die Krankheit zu simulieren, was den Forschern helfen könnte, in der Zukunft neue Therapien zu entwickeln.Das neue Modell zeigt, dass Tourette 'Tics' durch das Zusammenspiel der wichtigsten Hirnareale ausgelöst werden.
Bildnachweis: Beste Ozcan
Die Zentren für Krankheitskontrolle und Prävention (CDC) berichten, dass in den Vereinigten Staaten 1 von 360 Kindern im Alter zwischen 6 und 17 Jahren eine Tourette-Syndrom-Diagnose erhält. Die CDC legt jedoch auch nahe, dass die Zahlen höher sein könnten, da die Krankheit oft nicht diagnostiziert wird.
Die Tics, die die Krankheit begleiten, variieren in ihrer Komplexität. Einige von ihnen können ziemlich einfach sein - wie zum Beispiel Blinzeln -, während andere Objekte berühren, dieselben Wörter wiederholen oder obszöne Gesten machen können.
Einige der motorischen Tics, die bei der Krankheit auftreten - wie Schnüffeln, Blinzeln, Grimassen oder Achselzucken - wurden bisher in einem einzigen Bereich des Gehirns, den Basalganglien, vermutet.
Die Basalganglien sind eine Gruppe miteinander verbundener subkortikaler Kerne, die an der Basis des Vorderhirns tief in die Hirnhemisphäre eingebettet sind und an der motorischen Kontrolle und anderen exekutiven Funktionen und Verhaltensweisen beteiligt sind.
Die neue Forschung legt jedoch nahe, dass das Syndrom nicht auf eine einzelne Region beschränkt ist, sondern dass es mit mehreren Bereichen des Gehirns assoziiert sein kann, die interagieren, um die Tics zu verursachen.
Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht PLOS Computerbiologie, Das Forscherteam wurde von Daniele Caligiore vom Nationalen Forschungsrat in Italien geleitet.
Studieren Tourette-bezogene neuronale Bahnen mit Hilfe einer Computersimulation
Caligiore und Team entwickelten eine Computersimulation der neuralen Aktivität, die den Tourette-bezogenen motorischen Tics zugrunde liegt.
Das neue Modell baut auf früheren Forschungsergebnissen auf, die die Gehirntätigkeit, die motorische Tics in Gehirnen von Affen und Ratten begleitet, offenbarten. Diese früheren Studien deuteten darauf hin, dass die Signalübertragung zwischen Kortex, Kleinhirn und Basalganglien für die Tics verantwortlich sein könnte.
In der neuen Studie modifizierten Caligiore und Kollegen das Modell, um die wichtigsten funktionellen und anatomischen Elemente des neuronalen Systems, die in Tierversuchen untersucht wurden, zu replizieren: die Basalganglien, den Thalamus, den primären motorischen Kortex und das Kleinhirn.
Das neue Modell konnte nicht nur die Ergebnisse der Affenstudie reproduzieren, sondern auch die Schlüsselrolle der Interaktion zwischen verschiedenen Hirnregionen bei der Auslösung der Tourette-bedingten motorischen Tics hervorheben.
Insbesondere zeigte das Modell, dass der neurale Weg, der den Subthalamus mit den Pons und dem Kleinhirn verbindet - zusammen mit dem neuralen Schaltkreis, der vom Kleinhirn zum Thalamus und zum Kortex geht - für die Tics verantwortlich sein könnte. Darüber hinaus legt die Studie nahe, dass Tics durch eine Kombination von abnormer Dopamin-Signalisierung in den Basalganglien und Aktivität in der Kleinhirn-Thalamo- Kortex-Schaltung verursacht werden können.
Wie die Autoren erklären:
"Das Modell sagt voraus, dass das Wechselspiel zwischen dopaminergen Signalen und kortikaler Aktivität der Entstehung von Tic - Ereignissen zugrunde liegen kann und dass die anatomische Verbindung zwischen Nucleus subthalamicus und Kleinhirn die Beteiligung des Kleinhirns bei der Tic - Produktion unterstützen kann. Auf diese Weise unterstützt das Modell die beanspruchen [...] eine mögliche Beteiligung des Subthalamus-Pons-Kleinhirnkreislaufs bei der Tic-Generierung. "
Studie eröffnet neue Behandlungsmöglichkeiten
Nach Kenntnis der Autoren ist dies das erste Mal, dass ein Computermodell zur Untersuchung dieser Wege verwendet wurde. "Dieses Modell stellt den ersten computergestützten Versuch dar, die Rolle der kürzlich entdeckten anatomischen Verbindungen zwischen Basalganglien und Kleinhirn zu untersuchen", sagt der Hauptautor der Studie.
Die Ergebnisse haben nicht nur die Grundlage für zukünftige Experimente geschaffen, sondern auch den Weg für neuartige Therapien geebnet. Wie Caligiore und Kollegen erklären:
"Das Modell sagt voraus, dass die Tic-Produktion reduziert werden könnte, indem der primäre motorische Kortex extern stimuliert oder gehemmt wird. Diese Vorhersagen könnten wichtig sein, um neue Zielbereiche zu identifizieren, abgesehen von den traditionellen, um innovative therapeutische Maßnahmen auf Systemebene zu entwickeln."
Darüber hinaus geht der Hauptautor der Studie davon aus, dass die Ergebnisse dazu beitragen könnten, sogenannte virtuelle Patienten zu schaffen, die dazu dienen könnten, Therapien mit Hilfe von Computermodellen kosteneffizient und ethisch zu testen.
"Diese Simulationen können mit geringen Kosten und ohne ethische Implikationen durchgeführt werden und könnten vielversprechende therapeutische Interventionen vorschlagen, die in gezielten Untersuchungen mit echten Patienten getestet werden", sagt Caligiore.
Erfahren Sie, wie Gehirnchemie helfen kann, Tics bei Menschen mit Tourette-Syndrom zu behandeln.
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