Was beschleunigt die Alterung des Gehirns? Dieser KI-„Gehirn- Uhr“ deutet auf Antworten hin.

Ein neu konzipierter ‚Gehirnwecker‘ kann bestimmen, ob das Gehirn einer Person schneller altert als ihr chronologisches Alter vermuten würde¹. Das Gehirn altert schneller bei Frauen, in Ländern mit mehr Ungleichheit und in lateinamerikanischen Ländern, zeigt der Wecker.

„Die Art und Weise, wie Ihr Gehirn altert, hat nicht nur mit Jahren zu tun. Es hängt davon ab, wo Sie leben, was Sie tun, Ihr sozioökonomisches Niveau, das Niveau der Verschmutzung in Ihrer Umgebung“, sagt Agustín Ibáñez, der Hauptautor der Studie und Neurowissenschaftler an der Adolfo Ibáñez University in Santiago. „Jedes Land, das in die Gehirngesundheit der Menschen investieren möchte, muss strukturelle Ungleichheiten ansprechen.“

Die Arbeit ist „wirklich beeindruckend“, sagt der Neurowissenschaftler Vladimir Hachinski von der Western University in London, Kanada, der nicht an der Studie beteiligt war. Sie wurde am 26. August in Nature Medicine veröffentlicht.

Nur verbinden

Die Forscher untersuchten das Altern des Gehirns, indem sie eine komplexe Form der funktionalen Konnektivität bewerteten, ein Maß dafür, inwieweit verschiedene Gehirnregionen miteinander interagieren. Die funktionale Konnektivität nimmt im Allgemeinen mit dem Alter ab.

Die Autoren griffen auf Daten aus 15 Ländern zurück: 7 (Mexiko, Kuba, Kolumbien, Peru, Brasilien, Chile und Argentinien) in Lateinamerika oder der Karibik und 8 (China, Japan, die Vereinigten Staaten, Italien, Griechenland, Türkei, das Vereinigte Königreich und Irland), die es nicht sind. Von den 5.306 Teilnehmern waren einige gesund, einige hatten Alzheimer-Krankheit oder eine andere Form von Demenz und einige hatten leichte kognitive Beeinträchtigung, ein Vorläufer von Demenz.

Die Forscher maßen die Ruhegehirnaktivität der Teilnehmer – wenn sie nichts Bestimmtes taten – entweder mit funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) oder Elektroenzephalographie (EEG). Die erste Technik misst den Blutfluss im Gehirn, und die zweite misst die Aktivität der Gehirnwellen.

Die Autoren berechneten die funktionale Konnektivität des Gehirns jeder Person und gaben diese Daten in zwei auf funktioneller Konnektivität trainierte Deep-Learning-Modelle ein, um das Gehirnalter vorherzusagen, eines für fMRT-Daten und eines für EEG-Daten. Sie konnten dann die „Gehirnalterlücke“ jeder Person berechnen – der Unterschied zwischen ihrem chronologischen Alter und ihrem geschätzten Gehirnalter aus der funktionalen Konnektivität. Ein Gehirnaltsvorsprung von zehn Jahren würde beispielsweise bedeuten, dass die Gehirnkonnektivität ungefähr der von jemandem entspricht, der zehn Jahre älter ist als Sie.

Ungleiche Lücken

Die Modelle zeigten, dass Menschen mit Alzheimer oder einer anderen Art von Demenz größere Gehirnaltslücken hatten als diejenigen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung und gesunden Kontrollen.

Teilnehmer aus Lateinamerika oder der Karibik hatten im Durchschnitt größere Gehirnaltslücken als diejenigen aus anderen Regionen. Lateinamerika ist eine der ungleichsten Regionen der Welt, sagt Ibáñez, und er denkt, dass deshalb die Gehirne der Menschen aus dieser Region schneller altern. Strukturelle sozioökonomische Ungleichheit, Belastung durch Luftverschmutzung und Gesundheitsunterschiede wurden mit größeren Gehirnaltslücken verbunden, insbesondere bei Menschen aus Lateinamerika.

Zudem hatten Frauen, die in Ländern mit hoher Geschlechterungleichheit lebten – insbesondere in Lateinamerika und der Karibik -, tendenziell größere Gehirnaltslücken als Männer in diesen Ländern.

Andere Uhren, andere Kontinente

Die Gehirnalterung in einer so geografisch diversen Stichprobe zu quantifizieren, ist eine phänomenale Leistung, sagt Hachinski. Er glaubt, dass der Schluss, dass Gehirnaltslücken variieren, solide ist, aber er warnt davor, dass die funktionale Konnektivität nur eine Möglichkeit ist, die Gesundheit des Gehirns zu messen, und dass jemand viel Gehirnkonnektivität haben könnte, während er beispielsweise aufgrund von Erkrankungen wie Depression oder Angstzuständen unter schlechter geistiger Gesundheit leidet. Die Neurowissenschaft sei „nicht gut darin, Gestalten zu messen“, sagt er.

Eine mögliche Quelle für Inkonsistenzen in den Daten ist die Vielfalt der fMRT-Geräte und EEGs – verteilt über 15 Nationen -, die die Gehirnscans geliefert haben. Beispielsweise könnten ärmere Länder über ältere Geräte verfügt haben, die Daten geringerer Qualität erzeugten als solche aus wohlhabenderen Ländern. Ibáñez fand jedoch keinen Zusammenhang zwischen niedriger Datenqualität und größeren Gehirnaltslücken oder höherer struktureller Ungleichheit.

Derzeit untersucht Ibáñez‘ Team, ob Gehirnaltslücken mit dem nationalen Einkommen zusammenhängen, indem es Gehirnaltslücken in Gruppen aus asiatischen Ländern und den Vereinigten Staaten vergleicht und Daten von ‚epigenetischen‘ Uhren hinzufügt, die das biologische Alter durch Untersuchung chemischer Veränderungen an DNA messen. Schließlich hofft Ibáñez, dass die Daten dazu beitragen werden, personalisierte medizinische Ansätze zu entwickeln, die auf der vollen biologischen Vielfalt der Gehirne der Menschen auf der ganzen Welt basieren.

„Wir müssen diese Vielfalt verstehen“, sagt Ibañez. „Wir können keine wirklich globale Wissenschaft über Demenz schaffen, ohne dies anzugehen.“