Effekt von Sexualhormonen auf das Gehirn

Hintergrund: Eine Vielzahl an Studien belegt den signifikaten Einfluss von Sexualhormonen auf Funktionen und strukturelle Merkmale des Gehirns. Experimente mit funktioneller Magnetresonanz (fMRT) zeigen beispielsweise einen starken hormonellen Einfluss auf die neuronale Aktivität bei emotionaler und kognitiver Verarbeitung. Desweiteren deuten aktuelle Humanstudien darauf hin, dass Sexualhormone auch auf die strukturelle Verbindung von Hirnregionen (Konnektivität) einen Einfluss haben. Die hier vorgeschlagene Ultra-Hochfeld-MRT Studie bietet die einzigartige Möglichkeit, Veränderungen von Funktionen und strukturellen Merkmalen des Gehirns durch die hochdosierte gegengeschlechtliche Hormongabe über mehrere Monate zu untersuchen. Zielsetzung: 1. Untersuchung des Einflusses von hochdosierter chronischer gegengeschlechtlicher Hormongabe auf die Hirnfunktion (fMRT) bei Transsexuellen (Longitudinaler Teil). 2. Untersuchung des Hormoneinflusses auf die funktionelle Konnektivität und auf strukturelle Eigenschaften des Gehirns. 3. Untersuchung von Unterschieden zwischen Transsexuellen und gesunden Kontrollprobanden in der Hirnfunktion, funktionellen Konnektivität, Hirnstruktur und strukturellen Konnektivität (Querschnittsuntersuchung). Studiendesign: Longitudinale Studie. Transsexuelle und Kontrollprobanden werden dreimal mittels 7 Tesla ultra- hochfeld MRT gescannt: 1. Baseline (vor Behandlung), 2. Nach 4-wöchiger Hormonbehandlung, 3. Nach 4- monatiger Hormonbehandlung. Die Gesamtstudiendauer ist auf 36 Monate angesetzt. Methoden: Funktionelle und strukturelle MRT Messungen werden mittels 7 Tesla Scanner mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung durchgeführt. Jedem Probanden werden sechs verschiedene experimentelle Paradigmen vorgegeben: (I-III) drei Emotionsparadigmen; (IV-V) zwei Kognitionsparadigmen und (VI) ein Motorparadigma. Darüber hinaus soll die funktionelle Konnektivität in Ruhe, sowie mittels Diffusionstensor-Bildgebung (DTI) die strukturelle Konnektivität untersucht werden. Schließlich soll mittels voxel-basierter Morphometrie (VBM) und regionen-basierter Morphometrie die Hirnstruktur untersucht werden. Studienpopulation: 20 gesunde Frau-zu-Mann (FtM), 20 gesunde Mann-zu-Frau (MtF) Transsexuelle (Alter 18-50) ohne Hormontherapie in der Vorgeschichte; 40 gesunde Kontrollprobanden mit vergleichbarem Alter, Geschlecht und sexueller Orientierung. Relevanz und Implikationen: Das hier vorgestellte Projekt wird die erste Bildgebungsstudie sein, die die Effekte von hochdosierter, gegengeschlechtlicher Langzeithormongabe auf die aufgabenspezifische Hirnaktivität in beiden Geschlechtern mittels 7 Tesla Ultra-Hochfeld-MRT untersucht. In dieser Studie wird auch erstmals untersucht, ob sich hinsichtlich funktioneller Konnektivität, struktureller Konnektivität und Hirnmorphologie Unterschiede zwischen gesunden Kontrollprobanden und Transsexuellen finden lassen, sowie ob der Einfluss von gegengeschlechtlichen Hormonen auf diese Variablen eine Wirkung hat. Die Ergebnisse dieser Studie werden wesentlich zum Verständnis von Geschlechtsunterschieden und der Wirkung von Hormonen auf das Gehirn beitragen. Auch wird die Studie wichtige Hinweise zu Gehirnfunktion und Struktur von Transsexuellen liefern, und damit einen Beitrag zum Verständnis dieser Identitätsstörung leisten.

Geschlechtshormone beeinflussen, wie wir denken, fühlen und handeln. In dieser grundlagenwissenschaftlichen Studie konnten wir zeigen, dass die hochdosierte Gabe von Testosteron und Östradiol das erwachsene menschliche Gehirn sowohl auf funktioneller, als auch auf struktureller Ebene beeinflusst. Unter Verwendung modernster technischer Verfahren (u.a. 7 Tesla Ultrahochfeld MRT) und dem experimentellen Zugang, die Wirkung von Hormonen anhand der gegengeschlechtlichen Hormontherapie bei Transsexuellen zu untersuchen, konnten wir einen Hormoneffekt auf die biologische Grundlage der Sprachverarbeitung, auf Funktionen wie Risikoverhalten, räumliche Vorstellung und Impulsivität, sowie die potentielle neuronale Basis der Geschlechtsidentität nachweisen.Volumetrische Analysen ergaben, dass eine Zunahme an Testosteron im Blut nach vierwöchiger Testosterongabe mit einer Abnahme des Volumens zweier für die Sprachverarbeitung zentraler Hirnregionen (dem Wernicke- und Broca-Areal) verbunden ist. Auch die Verbindung zwischen beiden Regionen wurde durch die Testosterontherapie moduliert. Diese Befunde legen den Schluss nahe, dass die Wirkung von Testosteron auf die Sprachverarbeitung über den Struktur-verändernden Einfluss auf die graue und weiße Substanz der dafür zuständigen Hirnregionen läuft.Eine detaillierte Untersuchung der Mikrostruktur der weißen Substanz zeigte ferner, dass Frauen und Männer Unterschiede in der regionalen Verschaltung zwischen Hirnregionen aufweisen, und dass Transsexuelle Personen Werte genau zwischen beiden Kontrollgruppen aufwiesen; ein Ergebnis, dass auf eine strukturelle Basis der Geschlechtsidentität hinweist. Mittels Graphentheorie konnten zudem Strukturverknüpfungen beschrieben werden, deren Netzwerkparameter deutlich zwischen Transsexuellen und Kontrollprobanden differenzierten.Die Analyse funktioneller Netzwerke mittels 7 Tesla fMRT brachte die Erkenntnis, dass starke individuelle Unterschiede in den regionalen Verbindungen zwischen Hirnregionen bestehen; ein funktionelles Korrelat, das die Diversität der Gehirnnetzwerke von Individuen widerspiegelt. Eine Reihe weiterer funktioneller Analysen zeigte Hormoneffekte auf neuronale Korrelate von Impulsivität, Risikoverhalten, Empathie-empfinden und räumlichem Vorstellungsvermögen. Untersuchungen brachten ferner Effekte auf Verhaltensebene, im Besonderen auf Empathie und Schmerzempfinden.Neben dem grundlagenwissenschaftlichen Erkenntnisgewinn über die Bedeutung von Geschlechtshormonen kann dem Projekt auch klinische Relevanz zugesprochen werden, da viele psychiatrische Erkrankungen und Symptome in engem Zusammenhang mit Sexualhormonen stehen. Das Projekt leistet damit auch einen zentralen Beitrag zur Aufdeckung der neuronalen Grundlage dieses Zusammenhangs.