Als es möglich wurde, mit Hilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) das lebende Gehirn zu beobachten, erhofften sich Forscher, bald die Ursache aller neurologischen, psychiatrischen und psychischen Krankheiten zu finden und behandeln zu können. Auch Zusammenhänge zu unserer Persönlichkeit und unserem Verhalten glaubten sie finden zu können. Doch obwohl die MRT-Aufnahmen durch technische Verbesserungen in den letzten Jahrzehnten immer detaillierter und aussagekräftiger geworden sind, haben sich diese Hoffnungen bisher nicht erfüllt. Viele Studien haben zwar signifikante Assoziationen zwischen Hirnstrukturen und Verhaltensweisen ergeben, doch ihre Ergebnisse ließen sich nicht reproduzieren.
Große Stichproben erforderlich
Ein Team um Scott Marek von der Washington University School of Medicine hat nun analysiert, worin das Problem dieser sogenannten gehirnweiten Assoziationsstudien liegt. Anlass dafür war eine eigene Assoziationsstudie von Marek, mit der er eigentlich herausfinden wollte, wie kognitive Fähigkeiten im Gehirn repräsentiert werden. „Wir führten unsere Analyse an einer Stichprobe von 1.000 Kindern durch und fanden eine signifikante Korrelation und dachten: ‚Toll!‘ Aber dann dachten wir: ‚Können wir das bei weiteren tausend Kindern reproduzieren?‘“, erzählt Marek. Es stellte sich heraus, dass die Ergebnisse nicht reproduzierbar waren. „Das hat mich einfach umgehauen, denn eine Stichprobe von tausend Kindern hätte eigentlich ausreichen müssen. Wir haben uns den Kopf zerbrochen und uns gefragt, was hier eigentlich los ist.“
Um herauszufinden, wie groß eine Stichprobe sein muss, damit eine gehirnweite Assoziationsstudie zuverlässige Ergebnisse liefert, analysierten Marek und sein Team daher die drei größten öffentlich verfügbaren Datensätze mit MRT-Daten, die insgesamt fast 50.000 Teilnehmer umfassen: Die UK Biobank (35.375 Teilnehmer), die Adolescent Brain Cognitive Development Study (11.874 Teilnehmer) und das Human Connectome Project (1.200 Teilnehmer). Daraus zogen sie unterschiedlich große Stichproben und untersuchten diese auf Korrelationen zwischen Gehirnmerkmalen und einer Reihe von demografischen, kognitiven, psychischen und verhaltensbezogenen Merkmalen. Mit Hilfe neuer Stichproben versuchten sie dann, die jeweils gefundenen Ergebnisse zu wiederholen.
Kleine Studien: Starke aber falsche Ergebnisse
„Die durchschnittliche Stichprobengröße von klassischen gehirnweiten Assoziationsstudien liegt bei nur 25 Teilnehmern“, berichten die Forscher. Führten sie ihre Analysen mit dieser Stichprobengröße durch, fanden sie zwar – ebenso wie die bereits veröffentlichten Arbeiten zu diesem Thema – oft deutliche Assoziationen, konnten die Ergebnisse jedoch mit neuen Stichproben nicht replizieren. Erst bei Stichproben von mehreren tausend Teilnehmern verbesserte sich die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, wobei gleichzeitig die beobachteten Effekte weniger stark waren als die zufällig zustande gekommenen Korrelationen in den kleineren Studien.
