Einsicht in die Neuroplastizität des Hippocampus bei Schizophrenie durch die Zielbestimmung molekularer Pathways bei körperlichem Ausdauertraining (PsychTrain)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Heike Bickeböller; Professor Dr. Peter Falkai
• Fachliche Zuordnung: Biologische Psychiatrie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515976200

Aerobes Ausdauertraining zeigte bislang bei Patienten mit Schizophrenie positive Effekte auf Kognition, Gehirnstruktur des Hippocampus, und Alltagsfunktion. Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass neuroplastische, regenerative Veränderungen, die durch genetische Faktoren beeinflusst werden, den Trainingseffekten zugrunde liegen. Jedoch wurden bislang keine spezifischen neuroplastischen Mechanismen wie molekulare und genetische Pathways, die den Effekten von Ausdauertraining zugrunde liegen, identifiziert. Diese Forschungslücke wollen wir schließen, indem wir eine Studie durchführen um genetische und epigenetische Effekte als Einflussfaktoren auf neuroplastische Veränderungen nach 3-monatigem Ausdauertraining verglichen mit der Kontrollgruppe „Gleichgewichts- und Muskeltonustraining“ zu untersuchen. Das primäre Ziel ist die Korrelation des Schizophrenie-assoziierten polygenetischen Risiko-Scores (PRS), der mittels genomweiter Assoziationsstudien gemessen wird, mit der Vergrößerung des Volumens der Cornu Ammonis 4 (CA4)/Gyrus Dentatus (DG) Subregion des Hippocampus. In dieser Subregion haben wir bislang Effekte von PRS auf das Volumen nach aerobem Ausdauertraining gefunden. Weitere sekundäre Zielparameter sind synaptische Pathways, hirnstrukturelle und funktionelle Veränderungen im Ruhezustand, Symptome sowie Kognition in einer großen Stichprobe von 142 Patienten mit Schizophrenie. Insgesamt 65 Patienten mit Schizophrenie haben bereits an einer BMBF-geförderten Studie zu aerobem Ausdauertraining im ESPRIT Konsortium teilgenommen, haben Blutproben zur Bestimmung von Biomarkern Verfügung gestellt und werden in die Stichprobe mit aufgenommen. Von diesen Patienten erhielten 34 zusätzlich multimodale Magnetresonanztomographie (MRT) Untersuchungen des Gehirns. Aufgrund unserer Berechnungen der Power Analyse sollen zusätzlich weitere 156 Patienten in diese Studie eingeschlossen werden. Wir wollen PRS einschließlich synaptischer Pathways verglichen mit nicht Synapsen-assoziierten Pathways ermitteln, die Einflussfaktoren unserer bisherigen Ausdauertrainings-Studie waren und die Kategorien „Synapse Part“ (GO: 0045202) und „Chemical Synaptic Transmission“ (GO: 0007268) umfassen. Diese Ergebnisse werden auch verwendet um mittels maschineller Lernverfahren Patienten nach dem Ergebnis der Volumenänderung in der CA4/DG Subregion zu stratifizieren und ein komplexes Konstrukt von Neuroplastizität bei Schizophrenie zu erhalten. Als weitere Zielvariablen wollen wir das Volumen von weiteren Gehirnregionen nach aerobem Ausdauertraining messen. Weiterhin wollen wir Effekte von PRS auf MRT-basierte hirnstrukturelle, funktionelle im Ruhezustand und Diffusions-Tensor Imaging sowie Elektroenzephalographie Parameter ermitteln. Die longitudinalen genetischen, epigenetischen, MRT- und klinischen Daten sollen mittels maschinellen Lernverfahren einschliesslich Independent Component Analysen ausgewertet werden um prädiktive Signaturen zu erstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. André Fischer; Professor Dr. Nikolaos Koutsouleris