Das autistische Gehirn

Autismus-Spektrum-Störung (ASD) ist kompliziert. Sie bezieht sich auf eine Vielzahl komplexer Störungen der Neuroentwicklung, die alle durch sich wiederholende Verhaltensmuster und Schwierigkeiten bei der sozialen Bindung und Interaktion gekennzeichnet sind. Diese Symptome, wie z. B. die Unfähigkeit, Blickkontakt herzustellen oder über Gefühle zu sprechen, die sich wiederholenden Phrasen oder die übermäßige Konzentration auf bestimmte Objekte oder Themen, beginnen bereits in der frühen Kindheit und beeinträchtigen das tägliche Funktionieren während des gesamten Lebens der Betroffenen.

„Autismus hat mehrere Ursachen – wie genetische Faktoren und Umweltfaktoren, komorbide neurologische und psychische Erkrankungen – wie Epilepsie, geistige Behinderung, Zwangsstörungen und ADHS – und eine breite Palette von Symptomen“, sagt Lorenza Culotta, PhD, Post-Doc an der Feinberg School of Medicine der Northwestern University, Center for Autism and Neurodevelopment.

Wenn wir im Gehirn nach Antworten oder Diagnosen suchen, werden wir nicht unbedingt fündig – zumindest nicht so leicht. Bildgebende Verfahren ermöglichen es uns, Unterschiede zu sehen, die wir messen können, aber es ist schwierig, ein autistisches Gehirn von einem Gehirn ohne ASD mit ausreichender Empfindlichkeit und Spezifität zu unterscheiden, um eine Prognose oder sogar eine Diagnose zu stellen.

„Die Veränderungen im Gehirn sind subtil und wir sehen sie meist im Durchschnitt vieler Individuen, weil bei einzelnen Individuen die normalen Unterschiede von Person zu Person viel dramatischer sind als die subtilen systematischen Veränderungen, die mit Autismus in Verbindung gebracht werden“, sagt Jeffrey S. Anderson, MD, PhD, Professor für Radiologie an der Universität von Utah.

Dennoch hat die Wissenschaft viele Vergleichsstudien zwischen ASD-Gehirnen und nicht betroffenen Gehirnen durchgeführt. Hier ist, was ihre Ergebnisse uns über die Struktur und das Zusammenspiel des autistischen Gehirns sagen können.

Wie unterscheidet sich die Struktur des Gehirns?

„Die Neuroanatomie des Autismus ist schwer zu beschreiben“, sagt Dr. Culotta. Deshalb ist es vielleicht einfacher, über die Architektur des Gehirns zu sprechen und darüber, wie sich das autistische Gehirn unterscheidet.

Was ist also anders an der Struktur dieses drei Pfund schweren Organs? Beginnen wir mit einer kurzen Auffrischung der Anatomie: Zunächst einmal ist das Gehirn in zwei Hälften oder Hemisphären unterteilt. Diesen beiden Hemisphären verdanken wir die Vorstellung von einer linken und einer rechten Gehirnhälfte. In Wirklichkeit pendeln unser Denken und unsere kognitiven Prozesse zwischen den beiden Hälften hin und her. „Bei Autismus ist es etwas schwierig, zwischen der linken und der rechten Gehirnhälfte zu kommunizieren. Es gibt nicht so viele starke Verbindungen zwischen den beiden Hemisphären“, sagt Dr. Anderson.

In den letzten Jahren hat die Wissenschaft herausgefunden, dass die Hemisphären von ASD-Gehirnen etwas mehr Symmetrie aufweisen als die eines normalen Gehirns. Dieser kleine Unterschied in der Asymmetrie reicht jedoch nicht aus, um ASD zu diagnostizieren, heißt es in einem Bericht in Nature Communications. Und wie genau die Symmetrie bei den Merkmalen des Autismus eine Rolle spielt, wird noch erforscht.

Hier ist, was die Forscher bereits wissen. Die Links-Rechts-Asymmetrie ist ein wichtiger Aspekt der Gehirnorganisation. Einige Funktionen des Gehirns werden tendenziell von einer Seite des Gehirns dominiert, oder, um den Fachbegriff zu verwenden, lateralisiert. Ein Beispiel ist das Sprechen und Verstehen. Bei den meisten Menschen (95 Prozent der Rechtshänder und etwa 70 Prozent der Linkshänder) wird es in der linken Gehirnhälfte verarbeitet. Menschen mit ASD neigen zu einer verminderten Lateralisierung der Sprache nach links, was der Grund dafür sein könnte, dass sie im Vergleich zur Allgemeinbevölkerung auch häufiger Linkshänder sind.

Die Unterschiede im Gehirn hören damit nicht auf. Noch eine kurze Wiederholung von Biologie 101: In jeder Gehirnhälfte gibt es Lappen: Frontal-, Parietal-, Okzipital- und Temporallappen. In diesen Lappen befinden sich Strukturen, die für alles zuständig sind, von der Bewegung bis zum Denken. Über den Lappen liegt die Großhirnrinde, auch graue Substanz genannt. Hier findet die Informationsverarbeitung statt. Durch die Falten im Gehirn wird die Oberfläche der Großhirnrinde vergrößert. Je mehr Oberfläche oder graue Substanz vorhanden ist, desto mehr Informationen können verarbeitet werden.

Jetzt werden wir ein wenig technisch. Die graue Substanz gliedert sich in Erhebungen und Vertiefungen, die Gyri bzw. Sulci genannt werden. Nach Angaben von Forschern der San Diego State University können sich diese tiefen Falten und Runzeln bei ASD anders entwickeln. Insbesondere sind bei autistischen Gehirnen die Falten im linken Parietal- und Temporallappen sowie im rechten Frontal- und Temporalbereich deutlich ausgeprägter.

„Diese Veränderungen korrelieren oft mit Modifikationen der neuronalen Netzwerkkonnektivität“, sagt Dr. Culotta. „Es wurde sogar vorgeschlagen, dass stark verbundene kortikale Regionen während der Entwicklung zusammengezogen werden, wobei sich dazwischen Gyri bilden. Im autistischen Gehirn ist die Konnektivität des Gehirns reduziert, was als Hypokonnektivität bezeichnet wird, so dass schwach verbundene Regionen auseinanderdriften und sich zwischen ihnen Sulci bilden.“ Die Forschung hat gezeigt, dass die Sprachproduktion umso stärker beeinträchtigt ist, je tiefer diese Sulcusgruben sind.

Trotz all dieser Informationen darüber, wie ein autistisches Gehirn aufgebaut sein könnte, ist seine Neurobiologie immer noch ein Rätsel. „Eine neuere Beobachtung ist, dass es nicht nur um die Struktur des Gehirns geht, also weniger um die Hardware als um die Software“, sagt Dr. Anderson.

„Möglicherweise ist das Timing der Hirnaktivität abnormal, die Signale von einer Hirnregion zur anderen verschwimmen in der Zeit“, sagt Dr. Anderson. „Die Folge davon ist, dass das Gehirn bei Autismus stabiler ist und nicht so schnell und effizient zwischen verschiedenen Gedanken oder Aktivitäten wechseln kann wie bei Menschen ohne Autismus.“

Wie funktioniert es anders?

Die Verbindungen innerhalb des Gehirns bringen es zum Leben. Und es sind die Gehirnzellen oder Neuronen, die als Botenstoffe fungieren. „Wenn eine Gehirnzelle aktiv ist, erzeugt sie einen elektrischen Impuls, der an andere Zellen im Gehirn weitergeleitet wird. Wir glauben, dass die elektrische Aktivität die Grundlage des Denkens und Verhaltens und der Funktionsweise des Gehirns ist“, sagt Dr. Anderson.

Forscher messen diese elektrischen Impulse indirekt, indem sie untersuchen, wie synchronisiert Regionen des Gehirns sind. Wenn Regionen zusammenarbeiten, neigen sie dazu, zur gleichen Zeit Gehirnaktivität zu zeigen. Die funktionelle Konnektivität ist das Maß dafür, wie stark zwei Hirnregionen synchronisiert sind oder miteinander sprechen.

Das Konnektivitätsproblem

Beim Vergleich der funktionellen Konnektivität von ASD-Gehirnen und nicht betroffenen Gehirnen stellen die Forscher fest, dass es einige Netzwerke mit geringerer Konnektivität gibt, insbesondere in Mustern, bei denen der Abstand zwischen den Hirnregionen größer ist.

„Bei Autismus gibt es eine Überkonnektivität über kurze Distanzen und eine Unterkonnektivität über lange Distanzen“, sagt Dr. Anderson. „Bei Aufgaben, die erfordern, dass wir Informationen in verschiedenen Teilen des Gehirns kombinieren oder assimilieren, wie soziale Funktionen und komplexe motorische Aufgaben, haben Menschen mit Autismus mehr Schwierigkeiten. Und wenn es um eine sehr spezifische Aufgabe geht, die sich auf eine einzige Hirnregion konzentriert, die in erster Linie beteiligt ist – Aktivitäten wie die Aufmerksamkeit auf bestimmte Merkmale in der Welt um uns herum – sind Menschen mit Autismus in der Regel recht gut oder sogar besser als normale Menschen.“

Mögliche Gründe

Aber diese Verbindungen sind nur so gut wie die Neuronen, die die Nachricht durch ihre Zellkörper zu anderen Neuronen tragen. Neurotransmitter sind diese chemischen Botenstoffe. „In den letzten Jahren wurde dem Zusammenhang zwischen neurotoxischen Verbindungen, Neurotransmittern und ASD besondere Aufmerksamkeit geschenkt“, sagt Dr. Culotta. Neurotoxine sind natürliche oder künstliche Substanzen, die die Funktion des Nervensystems beeinflussen. Man denke nur an Pestizide, Insektizide und Phthalatester (die als Weichmacher bei der Herstellung von Elektronik, Verpackungen und Kinderspielzeug verwendet werden).

„Es wird angenommen, dass die pränatale oder perinatale Exposition gegenüber diesen Chemikalien die Entwicklung des Gehirns beeinträchtigt und daher als ätiologischer Mechanismus für Autismus vorgeschlagen wurde“, sagt sie. „Die Mechanismen, durch die die neurotoxischen Verbindungen Autismus verursachen können, sind noch unklar. Einer der vorgeschlagenen Mechanismen ist, dass neurotoxische Verbindungen die Neurotransmitter beeinflussen.“

Wirken sich diese Unterschiede auf die Symptome aus?

Wahrscheinlich manifestieren sich diese Verbindungen in den Anzeichen und Symptomen, die wir sehen. Dr. Anderson gibt jedoch zu bedenken, dass es schwierig ist, genau zu wissen, welche Gehirnverbindung mit welchem Zeichen korreliert. „Letztendlich müssen wir noch eine ganze Menge wissen“, sagt er. „Wenn wir uns nur die Bildgebung des Gehirns ansehen, können wir nicht wirklich alle Verhaltensweisen erklären, die wir sehen.“

Was passiert, wenn das autistische Gehirn altert?

ASD beginnt in der frühen Kindheit und setzt sich bis ins Erwachsenenalter fort. Viele der Symptome und Gehirnmuster normalisieren sich mit dem Alter, aber auf dem Weg dorthin findet eine Menge komplexer Entwicklungen statt.

Zum Beispiel entwickeln 20 bis 30 Prozent der Menschen mit Autismus Anfallsleiden. Aber der Grund dafür ist nicht wirklich verstanden. „Es kann sein, dass es sich um ein Henne-Ei-Problem handelt, oder dass manchmal die Anfallserkrankung für Autismus prädisponiert, und manchmal ist es umgekehrt, und wir verstehen diesen Zusammenhang noch nicht wirklich“, sagt Dr. Anderson.

Dann kommen andere psychische Erkrankungen ins Spiel. Menschen mit ASD leiden häufig auch an Angstzuständen, Depressionen und Zwangsstörungen – häufiger als die Allgemeinbevölkerung.

Eines ist sicher: Die Gesellschaft kann vom autistischen Gehirn profitieren. „Viele Menschen mit Autismus sehen es nicht als eine Störung an. Sie sehen es vielleicht als ein Geschenk“, sagt Dr. Anderson. „Die Gesellschaft zieht enormen Nutzen aus Menschen mit Autismus. Sie sind so gut in Aufgaben, die für die Gesellschaft wirklich wichtig sind. Und ich denke, es ist wichtig, immer wieder zu betonen, dass es im Interesse der Gesellschaft liegt, ein Umfeld zu schaffen, in dem sich Menschen mit unterschiedlichen Gehirnstrukturen und Verhaltensweisen entfalten können.“