GABA-Glutamat-Interaktion als neurochemische Grundlage der zerebralen resting-state-Dysfunktion bei Depression und Schizophrenie: Ein 7-Tesla-multimodales Bildgebungs-Projekt

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Gallinat; Professor Dr. Andreas Heinz; Privatdozent Dr. Bernd Ittermann
• Fachliche Zuordnung: Biologische Psychiatrie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280244082

Bei Depression und Schizophrenie werden Störungen des Glutamat- und GABA- (gamma-amino-Buttersäure)-Systems als bedeutende pathobiologische Grundlage vermutet. Durch die Protonen-Magnetresonanzspektroskopie (MRS) eröffnet sich die einmalige Möglichkeit, die lokalen Konzentrationen von Glutamat und GABA nicht-invasiv und in-vivo im menschlichen Gehirn zu bestimmen. Da die Quantifizierung von Glutamat und vor allem GABA eine große methodische Herausforderung darstellt, werden bedeutende Anstrengungen zur Optimierung der MRS- Methodologie unternommen. Um die Nachteile niedrigerer Grundfeldstärken (1,5 und 3 Tesla) zu vermeiden, soll im Rahmen des vorliegenden Projekts der Vorteil der erhöhten Sensitivität des ultra-hohen Grundfeldes von 7 Tesla für die MRS sowie die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) genutzt werden. Bei 30 unmedizierten depressiven Patienten, 30 unmedizierten schizophrenen Patienten sowie bei 60 gesunden Kontrollen wird die MRS durchgeführt. In derselben Sitzung wird durch eine resting-state Messung (fMRT) eine weiteres wichtiges pathobiologisches Charakteristikum der beiden Erkrankungen erhoben, die ventro-medial präfrontale Kortex(vmPFC)-Überaktivierung bei Depression und Minderaktivierung bei Schizophrenie (Kühn & Gallinat 2013; Schizophr Bull). Dysfunktionale Aktivierung im vmPFC wird darüberhinaus durch ein selbst-referentielles Paradigma während einer fMRT-Messung charakterisiert, um das klinische Symptomprofil beider Erkrankungen vorherzusagen. Das Projekt zielt speziell ab auf die angenommene Kopplung zwischen neurochemischen und funktionell-zerebralen Störungen, einem bedeutenden Pathomechanismus zweier wichtiger psychiatrischer Erkrankungen. Auf der Grundlage eigener Vorarbeiten hypothetisieren wir, dass innerhalb der Zielregion, dem vmPFC: (1)depressive Patienten eine erhöhte Glutamat- und verminderte GABA-Konzentration in Verbindung mit einer resting-state-Überaktivierung gegenüber Kontrollen aufweisen, (2)schizophrene Patienten eine verminderte Glutamat- und erhöhte GABA-Konzentration in Verbindung mit einer resting-state-Minderaktivierung gegenüber Kontrollen zeigen, (3)die Konzentration von Glutamat eine positive Korrelation mit der resting-state-Aktivität besitzt, während die GABA-Konzentration einen inversen Zusammenhang aufweist. (4)die Aktivierung während selbst-referentieller Prozesse bei depressiven Patienten positiv mit mit der Stärke des Ruminierens und bei schizophrenen Patienten negativ mit Einsicht korreliert ist. Das Projekt verfolgt folgende Ziele: die pathobiologische Rolle von zwei zentralen Neurotransmittersystemen für psychotische bzw. affektive Störungen und deren zerebral-funktionelle Effekte zu beleuchten, mögliche biologische Untergruppen zu identifizieren, die Grundlagen einer zukünftigen Pharmakotherapie jenseits der Modelle dysfunktionaler Neuromodulatoren (z.B. Serotonin) zu schaffen, und die Entwicklung der 7-Tesla-MRS-Technologie voranzutreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Simone Kühn; Dr. Ralf Mekle; Privatdozent Dr. Florian Schubert