An der Schnittstelle von Gehirn, Stoffwechsel & Psyche

Unsere Forschung

Unsere Forschung gliedert sich in fünf Schwerpunkte: Ernährung & Darm-Hirn-Achse, Peripherer & zentraler Insulinstoffwechsel, Neuroinflammation & Blut-Hirn-Schranke, Autonome Neuromodulation und Metabolische Interventionen. Gemeinsam bilden sie ein integriertes Programm, das mechanistische Humanstudien mit klinischer Translation verbindet.

Unsere Arbeiten konnten erstmals in Menschen zeigen, dass Nahrungsaufnahme zwei zeitlich getrennte dopaminerge Signalwellen auslöst – orosensorisch und postingestiv – die gemeinsam das Verlangen nach Essen regulieren. In einer randomisierten kontrollierten Studie zeigten wir zudem, dass regelmäßiger Konsum zucker- und fettreicher Nahrung die dopaminerge Belohnungsverarbeitung moduliert unabhängig von Gewichtszunahme oder metabolischen Veränderungen. Zwei weitere Arbeiten beleuchten den Mikrobiom-Pfad: erhöhter Softdrinkkonsum ist über Mikrobiomveränderungen mit einem erhöhten Depressionsrisiko assoziiert – mit ausgeprägten geschlechtsspezifischen Effekten – und zirkulierende kurzkettige Fettsäuren, zentrale Metabolite des Darmmikrobioms, korrelieren mit dem Schweregrad depressiver Symptome. In der laufenden  CAREMIND-RODEND Studie untersuchen wir darüber hinaus, wie westliche Ernährung und Adipositas Immunreaktionen und Verhalten nach Infekten verändern.

  1. Habitual daily intake of a sweet and fatty snack modulates reward processing in humans | Zum Paper

  2. Food Intake Recruits Orosensory and Post-ingestive Dopaminergic Circuits to Affect Eating Desire in Humans | Zum Paper

  3. Supra-Additive Effects of Combining Fat and Carbohydrate on Food Reward | Zum Paper

  4. Soft Drink Consumption and Depression Mediated by Gut Microbiome Alterations | Zum Paper

  5. Circulating short chain fatty acids are associated with depression severity and predict remission from major depressive disorder | Zum Paper

Peripherer & zentraler Insulinstoffwechsel

Insulinrezeptoren regulieren im gesamten Gehirn dopaminerge Schaltkreise, die für Motivation, Stimmung und emotionale Verarbeitung zentral sind. In einer placebokontrollierten fMRT-Studie konnten wir zeigen, dass intranasales Insulin die mesokortilimbische Konnektivität moduliert – und dass dieses Ausmaß direkt von der peripheren Insulinsensitivität abhängt. Insulinresistenz wirkt dabei weit über den klassischen Stoffwechsel hinaus: Sie beeinträchtigt die olfaktorische Wahrnehmung als sensorischen Kanal der Nahrungsselektion, und im Alltag führt psychischer Stress bei insulinresistenten Personen zu einem signifikanten Anstieg des Blutzuckerspiegels, ein Beleg für die enge Rückkopplung zwischen psychischem Stress und peripherem Insulinstoffwechsel.

In zwei laufenden Studien untersuchen wir die klinische Relevanz: PRIME REWARD erforscht, wie zentrale Insulinresistenz mit depressiver Symptomatik zusammenhängt. CAREMIND untersucht, inwiefern zentrale Insulinresistenz neuropsychiatrische Symptome bei Long-Covid erklären kann.

  1. Modulation of midbrain neurocircuitry by intranasal insulin | Zum Paper 

  2. The role of insulin sensitivity and intranasally applied insulin on olfactory perception | Zum Paper

  3. Daily life stress is linked to increased glucose levels in individuals with insulin resistance: a real-world assessment | Zum Paper

  4. Connecting the dots: Insulin resistance and mental health | Zum Paper

  5. Impact of insulin and insulin resistance on brain dopamine signalling and reward processing – An underexplored mechanism in the pathophysiology of depression? | Zum Paper 

Neuroinflammation & Bluthirnschranke

Systemische Entzündungsprozesse sind ein zentraler Mechanismus, über den metabolische Störungen die Gehirnfunktion beeinflussen – doch wie sich Neuroinflammation beim Menschen direkt messen und bildgebend darstellen lässt, ist bisher weitgehend ungeklärt.

Im Projekt DEFLAME untersuchen wir mittels quantitativer MRT, ob sich die Mikrostruktur des Gehirns bei Patientinnen und Patienten mit Depression von psychisch gesunden Personen unterscheidet. Ziel ist es, sensitive neurobiologische Marker für Depression zu identifizieren und entzündliche Subtypen zu charakterisieren.

Im Projekt SPACE untersuchen wir komplementär dazu, ob sich geringfügige entzündungsbedingte Veränderungen der Hirnmikrostruktur nach kontrollierten Immunreaktionen bildgebend erfassen lassen und wie diese Reaktionen Verhalten beeinflussen.

Autonome Neuromodulation

Der Vagusnerv ist die wichtigste neuronale Verbindung zwischen Körper und Gehirn – er übermittelt periphere metabolische, immunologische und sensorische Signale ans Gehirn und moduliert Stimmung, Belohnungsverarbeitung und autonome Regulation. Transkutane Vagusnervstimulation (tVNS) bietet die Möglichkeit, diesen Pfad nicht-invasiv zu aktivieren, und in einer fMRT-Studie konnten wir den zentralen Wirkpfad dieser Methode direkt belegen: tVNS aktiviert gezielt Hirnstammregionen, die vagale Afferenzen verarbeiten. Aufbauend darauf untersuchen wir in unserer MODULATE-Studie, wie tVNS auf verschiedenen Ebenen wirkt. Auf affektiver und kognitiver Ebene verbessert tVNS die emotionale Verarbeitung und steigert das Belohnungslernen bei gesunden Personen und depressiven Patienten. Auf der Ebene der autonomen Regulation zeigen wir, dass Herzrate und Herzratenvariabilität auf tVNS in Abhängigkeit vom basalen Vagotonus reagieren. Welcher Patient von tVNS profitieren kann und ob tVNS darüber hinaus anti-inflammatorische Effekte vermittelt bleibt eine offene und wissenschaftlich spannende Frage.

  1. The heart knows best: baseline heart rate variability as guide to transcutaneous auricular vagus nerve stimulation in depression | Zum Paper 

  2. No consistent evidence for the anti-inflammatory effect of vagus nerve stimulation in humans: A systematic review and meta-analysis | Zum Paper 

  3. Activating the Body–Brain Axis: Auricular Vagus Nerve Stimulation Facilitates Learning from Reward in Health and Depression | Zum Paper 

  4. Transcutaneous vagus nerve stimulation enhances reward-effort efficiency in major depressive disorder | Zum Paper 

Metabolische Interventionen

Stoffwechsel- und Energieprozesse des Gehirns gezielt zur Behandlung psychischer Störungen zu nutzen – das ist das übergeordnete Ziel dieses Forschungsschwerpunkts. Ein vielversprechender Ansatz sind GLP-1-Rezeptoragonisten, Pharmaka die ursprünglich zur Behandlung von Diabetes und Adipositas entwickelt wurden und über metabolische Pfade direkt in dopaminerge Belohnungsschaltkreise eingreifen. In Kooperationsstudien konnte gezeigt werden, dass diese Substanzen beeinträchtigtes Lernen und Motivation bei insulinresistenten Personen und depressiven Patienten normalisieren.

Neben pharmakologischen Ansätzen untersuchen wir in zwei laufenden randomisierten kontrollierten Studien ernährungsbasierte Interventionen: In AUTOFAST untersuchen wir, ob eine kurzfristige Ernährungsumstellung depressive Symptome verbessert. In BEYOND untersuchen wir, ob die gezielte Modulation kurzkettiger Fettsäuren durch ein Synbiotikum die Stimmung und Gehirnfunktion bei depressiven Patienten beeinflusst.

  1. Treatment with a GLP−1R agonist over four weeks promotes weight loss-moderated changes in frontal-striatal brain structures in individuals with mood disorders | Zum Paper 

  2. GLP-1 Receptor Agonists for Pharmacologically Induced Weight Gain | Zum Paper 

  3. GLP-1 and hunger modulate incentive motivation depending on insulin sensitivity in humans | Zum Paper 

  4. Liraglutide restores impaired associative learning in individuals with obesity | Zum Paper 

  5. Clinical management of major depressive disorder with comorbid obesity | Zum Paper

Unser Team
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