Gehirnnetzwerke und Konnektivität bei AD(H)S

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1. Netzwerkkonnektivität bei AD(H)S

Etliche Untersuchungen analysierten die Konnektivität verschiedener Gehirnnetzwerke bei AD(H)S.
Eine Studie verglich 4 dieser Untersuchungen und fand große Inkonsistenzen. Als belastbar erwies sich eine abweichende Konnektivität zwischen Default Mode Network und Exekutivnetzwerk bei AD(H)S. Weiter war die Konsistenz der Ergebnisse beim Mischtyp am größten.(1) Möglicherweise weisen die verschiedenen AD(H)S-Subtypen erhebliche Unterschiede in ihre Konnektivität der Gehirnnetzwerke auf.

Eine Untersuchung erreichte mittels einer durch maschinelles lernen gesteuerten Analyse der funktionalen Konnektivität eine Genauigkeit der AD(H)S-Diagnostik von 73 % (Spezifität 91.6%, Sensitivität 65.5%).(2) Das sind in der Praxis wenig hilfreiche Werte. 

1.1. Frontal-parietales Aufmerksamkeitsnetzwerk bei AD(H)S

Das frontal-parietale Aufmerksamkeitsnetzwerk ist an kognitiven Prozessen beteiligt, insbesondere an der Aufmerksamkeit.

1.1.1. Verringerte Konnektivität innerhalb des dorsalen frontoparietalen Exekutivnetzwerks

Eine Untersuchung berichtet von einer verringerten Konnektivität im  dorsalen frontoparietalen Exekutivnetzwerk, bestehend aus

  • rechtem dlPFC
  • hinterem parietalem Kortex

die mit der Schwere der Aufmerksamkeitsproblemen bei AD(H)S korreliert. Diese Korrelation war unabhängig von Alter oder Geschlecht. 
Eine erhöhte Konnektivität ging zudem mit erhöhter Aufmerksamkeit und besserer Genauigkeit bei NoGo-Aufgaben einher.(3)

Eine Untersuchung fand keine Korrelate der Netzwerkkonnektivität in Bezug auf das Symptom der kognitiven Flexibilität, die Unterschiede zwischen Autismusspektrumsstörungen, AD(H)S oder Nichtbetroffenen offenbart hätten.(4)

1.1.2. Veränderte Struktur des frontal-parietalen Aufmerksamkeitsnetzwerk 

AD(H)S-betroffene Kinder zeigten im frontal-parietalen Aufmerksamkeitsnetzwerk im Vergleich zu Nichtbetroffenen

  • größeren Durchmesser
  • geringere Blattzahl,
  • niedrigere Baumhierarchie
  • niedrigeres Kappa

was zugleich mit dem ADHS-Symptom-Score korrelierte.

  • Clustering-Koeffizient und
  • Pfadlänge

waren unverändert.
Bei Kindern mit AD(H)S ist das frontal-parietale Aufmerksamkeitsnetzwerk stärker dezentral organisiert (linienähnliche Topologie) zentralere Organisation (sternähnliche Topologie) aufweisen. Dies bewirkt bei AD(H)S eine zufälligere Vernetzung mit einer beeinträchtigten globalen Effizienz und Netzwerkdezentralisierung.(5)

1.1.3. Veränderte Konnektivität des frontal-parietalen Aufmerksamkeitsnetzwerk zu anderen Gehirnnetzwerken

Eine Metaanalyse fand bei ADHS(6)

  • erhöhte Konnektivität zwischen
    • Fronto-parietalem Netzwerk und
      • Default Mode Network
      • Affektivem Netzwerk
  • verringerte Konnektivität zwischen
    • Fronto-parietalem Netzwerk
      • Ventralem Aufmerksamkeitsnetzwerk
      • Somatosensorischem Netzwerk

Eine Untersuchung fand bei AD(H)S eine verringerte Struktur-Funktions-Kopplung in Verbindungsbündeln zwischen Hubs (Rich-Clubs ?) und peripheren Regionen. Dies betraf insbesondere Verbindungen zwischen dem frontal-parietalen Netzwerk und  sensorischen Netzwerken. Eine verringerte Struktur-Funktions-Kopplung korrelierte mit erhöhten AD(H)S-Symptomen und einer erhöhten Heterogenität in der neuronalen Rauschvariabilität in den Hirnregionen.(7)

1.1.4. Verringerte Konnektivität mPFC-dlPFC prognostizierte spätere Unaufmerksamkeit

Eine Studie an AD(H)S-Kindern mit AD(H)S fand, dass eine erhöhte Konnektivität zwischen mPFC und dlPFC mit 7 Jahren mit einer verringerten Aufmerksamkeit bis zum Alter von 11 Jahren korrelierte.(8)

1.1.5. Verringerte Konnektivität sgACC-dlPFC prognostizierte spätere Angst/Depressionssymptome

Eine Studie an AD(H)S-Kindern mit AD(H)S fand, dass eine verringerte Konnektivität zwischen dem für Stimmungen relevanten subgenialen anterioren cingulären Kortex (sgACC) und dem dlPFC mit 7 Jahren mit erhöhten internalisierenden Symptomen (Angst, Depression) bis zum Alter von 11 Jahren korrelierte.(8)

1.2. Salienz-Netzwerk

Eine Untersuchung fand bei AD(H)S Abweichungen in der Konnektivität des Salienz-Netzwerks, bestehend aus(3)

  • rechter vorderer Insula
  • rechtem dorsalem vorderen cingulären Kortex (rdACC)
  • rechtem ventrolateralem PFC (rvlPFC)

Eine andere Studie fand bei nicht AD(H)S-betroffenen Geschwistern, abweichend zu ihren AD(H)S-betroffenen Geschwistern wie zu gesunden Kontrollprobanden, eine erhöhte Konnektivität innerhalb des Salience-Netzwerks und eine verringerte Konnektivität zwischen DMN und Salience-Netzwerk. ADHS-Betroffenen zeigten im Vergleich zu ihren nichtbetroffenen Geschwistern und gesunden Kontrollprobanden eine erhöhte Konnektivität zwischen dem DMN und taskpositiven Netzwerken. AD(H)S-Betroffene und ihre nichtbetroffenen Geschwister zeigten keine übereinstimmenden Veränderungen der funktionellen Konnektivität zu gesunden Kontrollprobanden. Diese Ergebnisse wurden durch komplementäre paarweise Connectomic-Vergleiche weitgehend bestätigt, die wichtigsten Konnektivitätsunterschiede zwischen den Geschwistergruppen konnte jedoch in einer eng mit Alter und Geschlecht übereinstimmenden Teilstichprobe (20 Probanden-Geschwister-Paare und 60 TD) nicht repliziert werden.(9)

1.3. Rich-Club Konnektivität verringert

Als Rich-Club werden Vernetzungscluster von Gehirnregionen bezeichnet, die untereinander stärker verbunden sind als der Durchschnitt der Hirnregionen und die deshalb das funktionelle Rückgrat des Gehirns bilden

Eine Untersuchung fand bei Erwachsenen mit AD(H)S eine verringerte Dichte von Rich-Clubs unter den strukturellen Knotenpunkten, einschließlich(10)

  • bilateraler Präkuneus
  • Insula
  • Nucleus caudatus
  • linkes Putamen
  • rechter Sulcus calcarinus

Weiter wurde bei Erwachsenen mit AD(H)S eine verringerte globale Effizienz gegenüber Nichtbetroffenen festgestellt, was möglicherweise aus einer geringeren Dichte an Rich-Club-Verbindungen bei AD(H)S resultieren könnte.(10)

Eine andere Studie fand bei ADHS-Betroffenen abweichende Asymmetriemuster bei Konnektivitätsmessungen von Rich-Club-Konnektivitätt, z.B. mehr Feeder-Verbindungen. Weiter fand sich eine verringerte Rechtsasymmetrie bei Konnektivitätsmessungen lokaler Verbindungen zu mehreren peripheren Gehirnregionen. Darüber korrelierten abnorme regionale Asymmetrie-Scores mit ADHS-Symptomen.(11)

1.4. Verringerte Konnektivität im Ruhezustand

Bei AD(H)S wurde im Ruhezustand eine verringerte globale Konnektivität zwischen verschiedenen Gehirnnetzwerken festgestellt. Dies wurde als Hinweis auf AD(H)S als Entwicklungsverzögerung interpretiert.(12)

1.5. Verringerte Synchronisation von Aufmerksamkeitsnetzwerken und sensorischen Kortexbereichen

Bei AD(H)S-Betroffenen, die einer Unterhaltung mehrerer Personen folgten, wurde eine Desynchronisation von Aufmerksamkeitsnetzwerken und sensorischen Cortexbereichen beobachtet.(13)

1.6. DMN (Default Mode Network)

Da das Gehirn auch dann aktiv ist, wenn es keine Aufgaben bewältigt, ist für das Management der Ruhe ein eigenes Netzwerk zuständig: das Default Mode Network (DMN). Es ist aktiv, wenn der Verstand nicht an einer anderen Aufgabe beteiligt ist oder „ruht“.(14) Das DMN steuert Dinge wie Gedankenwandern, Tagträumen, Entspannen und Nachdenken über sich selbst und sein Leben. Daraus folgt, dass das DMN deaktiviert wird, wenn das Gehirn eine Aufgabe ausführt.(15) Das DMN ist keine einzelne anatomische Struktur, sondern umfasst Verbindungen zwischen verschiedenen Bereichen, einschließlich(15)

  • anteriorer medialer PFC
  • posteriorer cingulärer Cortex
  • dorsomediales PFC-Subsystem
  • mediales Temporallappen-Subsystems.

1.6.1. Verringerte Deaktivierbarkeit des Default Mode Network (DMN)

FMRI-Untersuchungen des DMN zeigen eine Dysfunktion des DMN bei Kindern wie bei Erwachsenen mit AD(H)S. AD(H)S beeinträchtigt die Fähigkeit, schnell das DMN abzuschalten und die taskpositiven Netzwerke „einzuschalten“. In der Folge verharren AD(H)S-Betroffene länger in einem bestimmten Geisteszustand. Um das Verharren zu beenden, bedarf es eines stärkeren sensorischen Reizes.(16)(17) Diese Unfähigkeit, das DMN zu deaktivieren oder abzuschalten, wird durch kognitiv anspruchsvollere Aufgaben noch verschlimmert.(18)

1.6.2. Erhöhte Konnektivität des Default Mode Network (DMN)

Eine Studie fand bei Jugendlichen mit AD(H)S höhere Gesamt- und Subskalenwerte bei SNAP-IV und SRS. Höhere SNAP-IV- und SRS-Scores korrelierten mit

  • höherer funktioneller Konnektivität zwischen
    • DMN  (ventromedialer präfrontaler Kortex) und cingulooperculärem Netzwerk (anteriore Insula)
    • FPN (dorsolateraler und präfrontaler Kortex) und cingulooperculärem Netzwerk
  • geringerer funktioneller Konnektivität zwischen
    • DMN (posteriorer cingulärer Kortex) und frontoparietalem Netzwerk (inferiore parietale Lappen)
    • DMN (Prekuneus) und cingulooperculärem Netzwerk (temporoparietale Verbindung).

Die Autoren schließen daraus, dass soziale Kognitions- und Kommunikationsbeeinträchtigungen und ADHS eine abnormale funktionelle Konnektivität im DMN, im frontoparietalen Netzwerk und im cinguloopercularen Netzwerk gemeinsam haben können.(19)

Auch andere Studien fanden bei AD(H)S eine veränderte Konnektivität des DMN.(20) Es wurden verringerte Antikorrelationen des DMN im Ruhezustand zwischen dem hinteren cingulären Cortex / Precuneus und dem rechten mittleren frontalen Gyrus gefunden. Diese bestanden bei erwachsenen ADHS-Betroffenen und ihren Verwandten ersten Grades gleichermaßen, nicht aber bei nicht betroffenen Kontrollpersonen. Die beobachteten Konnektivitätsänderungen korrelierten mit höheren ADHS-Symptomen in Form von Daueraufmerksamkeitsproblemen. Darüber hinaus erklärte dieses gehirnbasierte neurokognitive Merkmal dimensional die ADHS-Symptomvariabilität.(21)

Eine andere Studie fand bei ADHS-Betroffenen im Vergleich zu ihren nichtbetroffenen Geschwistern und gesunden Kontrollprobanden eine erhöhte Konnektivität zwischen dem DMN und taskpositiven Netzwerken. Nicht AD(H)S-betroffene Geschwister zeigten, abweichend zu ihren AD(H)S-betroffenen Geschwistern wie zu gesunden Kontrollprobanden, eine erhöhte Konnektivität innerhalb des Salience-Netzwerks und eine verringerte Konnektivität zwischen DMN und Salience-Netzwerk. AD(H)S-Betroffene und ihre nichtbetroffenen Geschwister zeigten keine übereinstimmenden Veränderungen der funktionellen Konnektivität zu gesunden Kontrollprobanden. Diese Ergebnisse wurden durch komplementäre paarweise Connectomic-Vergleiche weitgehend bestätigt, die wichtigsten Konnektivitätsunterschiede zwischen den Geschwistergruppen konnte jedoch in einer eng mit Alter und Geschlecht übereinstimmenden Teilstichprobe (20 Probanden-Geschwister-Paare und 60 TD) nicht repliziert werden.(9)

Eine Studie fand bei Kindern mit AD(H)S eine starke Kohärenz des linken dorsalen anterioren cingularen Kortex (dACC) mit den DMN-Komponenten. Weiter fand eine Seed-to-Voxel-Konnektivitäts-Analyse unter Verwendung des linken dorsalen anterioren Cingulums als Seed-Region Hinweise eine höhere zeitliche Kohärenz mit anderen neuronalen Netzen im Vergleich zu nicht betroffenen Kindern. Kinder mit ADHS scheinen im DMN und in anderen Netzwerken ein stärker verteiltes Ruhezustands-Konnektivitätsmuster aufzuweisen.(22)

1.6.3. Normalisierung des DMN durch Stimulanzien

Darüber hinaus zeigen funktionelle Bildgebungsstudien an ADHS-Betroffenen nicht nur Unterschiede in DMN-Regionen im Vergleich zu gesunden Kontrollen, sondern auch eine Rückkehr zu normalen Funktionen bei der Behandlung mit Stimulanzien (hier: Methylphenidat).(23)(24)(25)(26) Die stärker intrinsisch motivierte Aufmerksamkeitssteuerung bei AD(H)S bewirkt, dass die Aufmerksamkeit und ihre Steuerbarkeit bei entsprechend hohem (intrinsischen) Interesse genau so hoch ist wie bei Nichtbetroffenen und nur bei niedrigerem (intrinsischen) Interesse von der Aufmerksamkeit von Nichtbetroffenen abweicht. Dies wird durch das DMN gesteuert. Stimulanzien sind in der Lage, die Aufmerksamkeitssteuerung von AD(H)S-Betroffenen bei fehlendem (intrinsischen) Interesse der von Nichtbetroffenen anzugleichen.(27) Dies erklärt, warum Stimulanzien bei ADHS- und Mischtyp ebenso hilfreich sind wie bei ADS.

1.7. Thalamus-PFC-Konnektivität bei AD(H)S unidirektional

Eine Studie fand bei AD(H)S -Betroffenen eine einseitig sendende Verbindung von Cortex zum Thalamus im Alpha-, Beta- und Gamma-Band, während Nichtbetroffene eine bidirektionele Konnektivität zwischen Thalamus und Cortex aufwiesen.(28)

1.8.  Konnektivität rechtem Nucleus caudates und occipitalem Nucleus accumbens erhöht

Die funktionelle Konnektivität zwischen dem rechten Caudates-paretialen Kortex und dem Nucleus-accumbens Hauptkortex korreliert mit ADHS.(29)

2. Gehirnnetzwerke

Die Fachliteratur verwendet keine einheitlichen Begriffe für die verschiedenen Gehirnnetzwerke. 
Die nachfolgende Darstellung versucht eine Darstellung der Gehirnnetzwerke.2.1. Default mode network (DMN)

  • Aktiv, wenn Individuum im wachen Ruhezustand ist
  • Bevorzugt aktiv bei Fokus auf intern-orientierten Tasks wie Tagträumen, Zukunft ausmalen, Erinnerungen rekapitulieren, Theory of Mind (ToM).
  • Nicht aktiv, wenn andere Gehirnnetzwerke auf externe visuelle Reize fokussieren
  • Das DMN ist keine einzelne anatomische Struktur, sondern umfasst Verbindungen zwischen verschiedenen Bereichen, einschließlich(15)
    • anteriorer medialer PFC
    • posteriorer cingulärer Cortex
    • dorsomediales PFC-Subsystem
    • mediales Temporallappen-Subsystems.
  • Verbunden mit(30)
    • ventromedialem PFC
    • dorsomedialer PFC
    • posteriores Cingulum 
    • retrosplenialer Cortex
    • Inferiorer Parietallappen
    • lateraler temporaler Cortex
    • Hippocampus

Daneben wurde ein posteriores Default mode network genannt.

2.2. Aufmerksamkeitsnetzwerke

2.2.1. Fronto-parietales (Aufmerksamkeits-/Exekutiv-)Netzwerk / anteriores Aufmerksamkeitsnetzwerk

  • Wahrscheinliche Synonyme:
    • Exekutivnetzwerk
      • links
        • linkes Exekutivnetzwerk
        • linkes fronto-parietales Netzwerk
      • rechts
        • rechtes Exekutivnetzwerk
    • Task-Control-Netzwerk
  • Initiiert und moduliert kognitive Kontrolle(31)
    • Inhibition
    • Aufgabenwechsel
    • Konfliktlösung
    • Ressourcenzuteilung
    • Planung
    • Selektive Entdeckung sensorischer und semantischer Ereignisse.(32)
  • Bestandteile:(3)
      • rechter dlPFC
      • hinterer parietaler Kortex

2.2.2. Räumliches Aufmerksamkeitsnetzwerk / posteriores Aufmerksamkeitsnetzwerk / dorsales Aufmerksamkeitsnetzwerk

Kontrolle der räumliche Ausrichtung der Aufmerksamkeit auf sensorische Reize.

  • freiwilliger Einsatz von Aufmerksamkeit und Neuorientierung auf unerwartete Ereignisse
  • dopaminerg

Die Aufmerksamkeitsverschiebung besteht aus drei Teilprozessen:(33)

  • Loslösung des Aufmerksamkeitsfokus („Disengagement“)
  • Verschiebung des Aufmerksamkeitsfokus („Shifting“)
  • Fokussierung auf das neue Objekt der Aufmerksamkeit („Engagement“)

Am räumlichen Aufmerksamkeitsnetzwerk sind offenbar drei Gehirnbereiche beteiligt:(34)

  • posteriorer Parietalkortex
    • Loslösung des Aufmerksamkeitsfokus („Disengagement“)
  • superiorer Colliculus
    • Verschiebung des Aufmerksamkeitsfokus („Shifting“)
  • laterales Pulvinar des Thalamus
    • Fokussierung auf das neue Objekt der Aufmerksamkeit („Engagement“)

2.2.3. Ventrales Aufmerksamkeitsnetzwerk / Vigilanznetzwerk

Generierung und Aufrechterhaltung eines Grundaktivierungsniveaus bzw. einer Grundreaktionsbereitschaft.(32)

  • reagiert, wenn verhaltensrelevante Reize unerwartet auftreten
  • überwiegend subkortikal(33)
    • mesencephale Strukturen
    • rechtshemisphärische kortikale Areale
      • rechter PFC 
  • noradrenerg(31)

2.3. Salienz-Netzwerk

  • überwacht die Bedeutung externer Eingaben und interner Gehirnereignisse
  • Bestandteile:(3)
    • rechte vordere Insula
    • rechter dorsaler vorderer cingulärer Kortex (rdACC)
    • rechter ventrolateraler PFC (rvlPFC)

2.4. Visuelles Netzwerk

    • Laterales visuelles Netzwerk
      • involviert bei komplexen emotionalen Reizen

2.5. Auditorisches Netzwerk

2.6. Affektives Netzwerk

2.7. Motorische Netzwerke

  • Sensorimotorisches Netzwerk
  • Somatomotorisches Netzwerk
  • SM-Mund-Netzwerk
  • SM-Hand-Netzwerk

2.8. Cerebellares Netzwerk

2.9. Sprachnetzwerk

2.10. Temporales Netzwerk

2.11. Limbisches Netzwerk

2.12. Kortikales Netzwerk

Das Kortikale Netzwerk wird beschrieben als Netzwerk aus(35)

  • dlPFC
  • dorsomedialer PFC
  • anteriorer cingularer Cortex
  • ínferiorer frontaler Gyrus
  • Insula
  • Paretialen Regionen

2.13. Cingulo-Operculares Netzwerk

2.14. Memory-Netzwerk

2.15. Subkortikales Netzwerk

3. Neurotransmitter und funktionelle Konnektivität

3.1. Dopamin 

Dopamin scheint die funktionelle Konnektivität bestimmter Gehirnregionen spezifisch zu beeinflussen. Amisulprid (ein D2-/D3-Anzagonist) erhöhte laut einer Studie die funktionelle Konnektivität vom Putamen zum Präkuneus und vom ventralen Striatum zum präzentralen Gyrus. L-DOPA (Ein Dopamin-Vorstoff) erhöhte die funktionelle Konnektivität vom ventralen Tegmentum zum Insulaoperculum sowie zwischen ventralem Striatum und vlPFC und verringerte die funktionelle Konnektivität zwischen ventralen Striatum und dorsalem Caudatus mit dem medialen PFC.(36)

Zuletzt aktualisiert am 02.03.2020 um 04:44 Uhr