Alarmierende neurowissenschaftliche Forschung bringt High-School-Football mit erheblichen Veränderungen in der Gehirnkonnektivität in Verbindung

By | February 11, 2024

Forscher fanden signifikante Veränderungen in der Gehirnfunktion von High-School-Footballspielern während einer einzigen Saison, obwohl keine Gehirnerschütterungen diagnostiziert wurden. Ihre Studie, veröffentlicht in Wissenschaftliche Berichtefanden heraus, dass die Gehirnkonnektivität so stark verändert war, dass einzelne „Fingerabdrücke“ weniger unterscheidbar waren.

Eine wachsende Zahl von Forschungsarbeiten hat Licht auf die potenziellen Gesundheitsrisiken im Zusammenhang mit American Football geworfen, insbesondere auf die Auswirkungen wiederholter Kopfkollisionen. Während die Gefahren von Gehirnerschütterungen seit langem bekannt sind, wurde den kumulativen Auswirkungen kleinerer, suberschütternder Schläge, die Spieler häufig erleiden, weniger Aufmerksamkeit geschenkt.

Frühere Studien haben gezeigt, dass diese geringfügigen Auswirkungen, die oft ignoriert werden, weil sie keine unmittelbaren Symptome verursachen, im Laufe der Zeit dennoch zu erheblichen neurologischen Veränderungen führen können. Besonders groß ist diese Sorge bei High-School-Spielern, die aufgrund ihres sich entwickelnden Gehirns als anfälliger gelten.

„Unsere Gruppe ist seit langem daran interessiert, die Gehirngesundheit von Kontaktsportlern zu erforschen und zu schützen“, erklärte Studienautor Bradley Fitzgerald, Doktorand in Elektro- und Computertechnik an der Purdue University und Mitglied der Purdue Neurotrauma Group. „Eines unserer ‚großen‘ Ziele ist es, die negativen Folgen einer wiederholten Belastung durch sportbedingte Kopfbeschleunigungen besser zu verstehen, insbesondere in Fällen, in denen bei Sportlern möglicherweise keine äußerlich beobachtbaren Symptome einer Hirnverletzung auftreten. Mit diesem Ziel vor Augen sind wir daran interessiert, möglichst viele Dimensionen der Gehirngesundheit und -funktion bei Kontaktsportlern zu erforschen.“

Um die Studie durchzuführen, rekrutierten die Forscher 72 männliche High-School-Sportler und teilten sie basierend auf ihrer Sportbeteiligung in zwei Gruppen ein. 58 dieser Athleten waren aktive Teilnehmer im American Football, entweder auf College- oder Junior-High-Niveau, und wurden aufgrund ihrer Belastung durch wiederholte Kopfstöße als Hauptschwerpunkt der Studie ausgewiesen. Als Kontrollgruppe dienten die übrigen 14 Sportler, die normalerweise belastungsfreie Sportarten ausübten.

Die Forscher nutzten die funktionelle Magnetresonanztomographie im Ruhezustand (rs-fMRT), eine Technik, die die Beobachtung der Gehirnaktivität ermöglicht, wenn eine Person nicht mit einer bestimmten Aufgabe beschäftigt ist, um die funktionelle Konnektivität des Gehirns zu messen. Besonderes Augenmerk legten sie auf zeitliche Veränderungen in der Anzahl und Schwere von Kopfstößen, die mit am Kopf montierten Sensoren überwacht wurden, die die maximale lineare Beschleunigung von Stößen über 20 g aufzeichneten, ein Maß, das auf eine erhebliche Kraft hinweist.

Fußballspieler wurden während der gesamten Fußballsaison vier MRT-Untersuchungen unterzogen. Dazu gehörten ein Scan vor der Saison vor Beginn der Kontaktübungen, zwei Scans zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Saison und ein Scan nach der Saison nach Ende der Kontaktaktivitäten. Die Athleten der Kontrollgruppe wurden während der Sportsaison zwei MRT-Untersuchungen unterzogen, was einen Vergleich ohne die Variable wiederholter Stöße auf den Kopf ermöglichte.

Die Forscher fanden heraus, dass sich die funktionelle Konnektivität bei Fußballspielern im Laufe der Saison erheblich veränderte, wobei die stärksten Veränderungen zwischen der Vorsaison und der zweiten Saisonhälfte beobachtet wurden. Insbesondere ähnelten die Konnektivitätsmuster der Gehirne der Spieler immer weniger denen ihrer eigenen Vorsaison-Grundlinie, was darauf hindeutet, dass die wiederholten Kopfstöße beim Fußballspielen die normalen Kommunikationswege im Gehirn stören könnten.

Diese Veränderungen waren in bestimmten Bereichen des Gehirns am ausgeprägtesten, die mit Bewegung und Aufmerksamkeit verbunden sind. Darüber hinaus ergab eine detailliertere Analyse der Daten einen Zusammenhang zwischen dem Ausmaß dieser Konnektivitätsänderungen und der Anzahl und Schwere der aufgezeichneten Kopfstöße, was den möglichen Zusammenhang zwischen wiederholten Kopfstößen und Veränderungen der Gehirnfunktion verdeutlicht.

Die Studie fand jedoch auch Hinweise auf eine teilweise Wiederherstellung dieser Konnektivitätsmuster nach dem Ende der Saison und nachdem keine fußballbezogenen Aktivitäten durchgeführt worden waren. Dies deutet darauf hin, dass wiederholte Stöße auf den Kopf zwar die funktionelle Organisation des Gehirns verändern können, das Gehirn jedoch bei ausreichender Ruhe nach der Einwirkung solcher Stöße seine ursprünglichen Verbindungsmuster wiederherstellen kann.

„Das wichtigste Ergebnis unserer Studie war, dass sich die funktionellen Konnektivitätsmuster im Gehirn junger Fußballsportler im Laufe der Spielsaison veränderten“, sagte Fitzgerald gegenüber PsyPost. „Am deutlichsten waren diese Veränderungen gegen Ende der Spielsaison (nach mehreren Monaten Kontaktaktivitäten). Zu diesem Zeitpunkt, spät in der Saison, hatten sich die funktionellen Konnektivitätsmuster einiger Personen zweifellos so stark verändert, dass die Konnektivitätsprofile die einer anderen Person zu sein schienen. Funktionelle Konnektivitätsprofile schienen zu den ursprünglichen Vorsaisonmustern zurückzukehren, als die Spieler Zeit (etwa einen Monat oder länger) hatten, sich ohne Kontaktaktivitäten auszuruhen.“

„Zumindest stellt dieser Befund einen Beweis dafür dar, dass sich das Gehirn verändert und anpasst, wenn Spieler Kontaktsportarten betreiben. Im schlimmsten Fall könnten diese Veränderungen auf Hirnverletzungen zurückzuführen sein und Anlass zur Sorge um die langfristige Gesundheit der Sportler geben. Es ist wichtig anzumerken, dass unsere Studie allein nicht beweist, dass diese Veränderungen notwendigerweise negativ für die Gehirngesundheit sind, aber wir glauben, dass die Studie einige Warnsignale auslöst, die auf die Notwendigkeit weiterer Forschung darüber hinweisen, wie die Gesundheit des Gehirns junger Sportler am besten geschützt werden kann. ”

Die Forscher fanden in ihrer Studie zwei wesentliche Überraschungen. Die erste Überraschung ergab sich aus der Entdeckung, dass Selbstähnlichkeitsänderungen in der funktionellen Konnektivität des Gehirns mit kumulativen Kopfbeschleunigungsmetriken korrelierten, insbesondere wenn Beschleunigungsereignisse geringer Intensität in die Analyse einbezogen wurden. Dieser Befund war unerwartet, da die Genauigkeit der Kopfbeschleunigungsmessungen Anlass zur Sorge gab.

Die Forscher gingen davon aus, dass die Ungenauigkeit dieser Geräte mögliche Korrelationen zwischen der Anzahl der Kopfstöße und Veränderungen in der Gehirnkonnektivität verschleiern könnte. Aber allein die Zählung dieser Ereignisse lieferte wertvolle Informationen darüber, wie sich wiederholte Kopfstöße, unabhängig von ihrer individuellen Schwere, insgesamt auf die Gehirnfunktion auswirken könnten.

„Es war ermutigend festzustellen, dass die erfassten Ereigniszählungen einen hohen Wert haben, selbst ohne außergewöhnliche Genauigkeit bei den Messungen der Kopfbeschleunigung“, sagte Fitzgerald.

Die zweite Überraschung ergab sich aus der Beobachtung, dass Veränderungen in der Gehirnkonnektivität während der zweiten Hälfte der Fußballsaison nicht so eng mit der akkumulierten Anzahl von Kopfbeschleunigungsereignissen verknüpft waren wie zu Beginn der Saison.

„Dies ist jedoch wahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Messungen zu Beginn der Saison stark von der Spielzeit beeinflusst werden (d. h. es gibt prozentual gesehen einen größeren Unterschied zwischen den gesammelten Kopfstößen bei Startern als bei Ersatzspielern). – bei einigen davon gab es fast keine.“ Auswirkungen – als später). Punkte in der Saison)“, erklärte Fitzgerald.

Für die Zukunft betonen Forscher die Notwendigkeit weiterer Studien, um die langfristigen Auswirkungen dieser Veränderungen in der Gehirnkonnektivität zu untersuchen. Es bleibt die Frage offen, wie sich diese Veränderungen im Laufe der Zeit auf die kognitive und neurologische Gesundheit auswirken können und ob längere Zeiträume ohne Belastung durch Kopfstöße zu einer vollständigen Wiederherstellung der Gehirnfunktion führen können. Zukünftige Forschungen könnten auch die Wirksamkeit verschiedener Strategien zur Minimierung von Kopfstößen während des Spiels untersuchen, möglicherweise mit Änderungen der Sportpraktiken oder der Schutzausrüstung.

„Unser langfristiges Ziel besteht darin, zu verstehen, wie die Anhäufung sich wiederholender Kopfbeschleunigungsereignisse zu Veränderungen bei den Messungen der Gehirngesundheit beiträgt“, sagte Fitzgerald. „Die Kenntnis der wichtigsten Quantifizierungen solcher Ereignisse (z. B. Gesamtzahlen; individuelle oder aggregierte Einwirkungsintensitäten) liefert uns technische Entwurfskriterien, die es uns ermöglichen, Empfehlungen hinsichtlich der Häufigkeit und Art solcher Expositionen abzugeben (d. h. reduzierter Kontakt in der Praxis gemäß …). (die Bemühungen des verstorbenen Buddy Teevens in Dartmouth) oder um Eigenschaften zu quantifizieren, die in Schutzausrüstung integriert werden sollten (z. B. wie viel Energieabsorption erforderlich ist, damit ein Helm wirksam ist).

Die Studie „Longitudinal changes in resting-state fMRI brain self-similarity of asymptomatic high school football Athletes“ wurde von Bradley Fitzgerald, Sumra Bari, Nicole Vike, Taylor A. Lee, Roy J. Lycke, Joshua D. Auger verfasst. Larry J. Leverenz, Eric Nauman, Joaquín Goñi und Thomas M. Talavage.

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