KI sagt Alkoholkonsum junger Mäuse anhand von Zuckerpräferenz und Sozialverhalten voraus

Manche Jugendliche scheinen sich zu Alkohol hingezogen zu fühlen, während andere kaum davon trinken. Der Grund für diesen Unterschied könnte in den Belohnungsschaltkreisen des Gehirns liegen.

Neue Forschung an jugendlichen Mäusen deutet darauf hin, dass eine Vorliebe für Zucker und die Neigung, für sich zu bleiben, späteren höheren Alkoholkonsum vorhersagen können. Ein Modell der künstlichen Intelligenz erkannte diese Hinweise bei jungen Tieren; bei erwachsenen Mäusen verschwanden dieselben Muster jedoch vollständig.

KI erkennt Alkoholkonsum vor dem ersten Tropfen

Für die im Fachjournal „Alkohol: Klinische und experimentelle Forschung“ veröffentlichte Studie nutzte das Team ein Modell des maschinellen Lernens, um anhand mehrerer Verhaltenstests die Alkoholpräferenz vorherzusagen. Untersucht wurden zwar Mäuse, die zentrale Frage betrifft aber auch Menschen: Weshalb entwickeln manche Jugendliche riskante Trinkgewohnheiten und andere nicht?

Die Jugend ist für das Gehirn eine Phase grosser Veränderungen. Nervenverbindungen werden neu verschaltet, die Belohnungskreisläufe sind besonders aktiv und das Sozialverhalten wird komplexer. Zugleich probieren Menschen in diesem Alter häufig Alkohol und andere Substanzen aus – mitunter wird dabei der Grundstein für eine langfristige Abhängigkeit gelegt.

„Die Forschenden stellten fest, dass nur jugendliche, nicht aber erwachsene Mäuse eindeutige Verhaltensmuster zeigten, die ihre spätere Alkoholpräferenz vorhersagten.“

Das Team ging davon aus, dass einzelne Eigenschaften wie Ängstlichkeit oder Risikobereitschaft zu grob sind, um diese Anfälligkeit abzubilden. Deshalb führte es mehrere Verhaltensmessungen zusammen und liess einen KI-Algorithmus darin nach verborgenen Mustern suchen.

So lief der Versuch mit den Mäusen ab

Die Forschenden untersuchten zwei Arten von Mäusen: einen genetisch einheitlichen Stamm (C57BL/6) und eine genetisch stärker durchmischte Gruppe (Swiss). Damit liess sich prüfen, ob mögliche Ergebnisse von einem bestimmten genetischen Hintergrund abhängen.

Die Tiere wurden nach Alter eingeteilt:

• Jugendliche Mäuse: ab dem 40. Tag nach der Geburt (46 Tiere)
• Erwachsene Mäuse: ab dem 120. Tag nach der Geburt (79 Tiere)

An drei Tagen durchlief jede Maus eine Reihe von Tests, aus denen ein individuelles „Verhaltensprofil“ erstellt wurde. Gemessen wurden:

• Suche nach Neuem: Auf einer Lochplatte zeigten Kopfbewegungen in die Löcher im Boden die Neugier der Tiere an.
• Ängstlichkeit: In einem erhöhten Plus-Labyrinth wurde verglichen, wie lange sich die Mäuse in offenen und geschlossenen Armen aufhielten.
• Geselligkeit: In einer Anordnung mit drei Kammern wurde erfasst, wie viel Zeit die Tiere nahe einer unbekannten Maus beziehungsweise einer leeren Kammer verbrachten.
• Umgang mit Stress: Bei einem erzwungenen Schwimmtest wurde aktives Kletterverhalten gezählt.
• Empfindlichkeit für natürliche Belohnungen: Die Mäuse konnten zwischen Wasser und einer Zuckerlösung aus Saccharose wählen. Gemessen wurde, wie stark sie die süsse Flüssigkeit bevorzugten.

Anschliessend rückte Alkohol in den Mittelpunkt. Fünf Tage lang lebte jede Maus allein und hatte Zugang zu zwei Flaschen: eine enthielt Wasser, die andere eine 10%ige Ethanollösung. Die Forschenden berechneten die Alkoholpräferenz als Anteil der Flüssigkeit aus der Ethanolflasche an der gesamten aufgenommenen Flüssigkeitsmenge.

Eine KI-Methode namens Musterregression verknüpfte danach die Verhaltensdaten mit dem späteren Trinkverhalten. Der Datensatz wurde in einen Trainings- und einen Testteil aufgeteilt. So lernte das Modell anhand eines Teils der Tiere und versuchte anschliessend, die Alkoholpräferenz der übrigen vorherzusagen.

Zwei Merkmale waren bei jugendlichen Mäusen besonders wichtig

„Das KI-Modell konnte zuverlässig vorhersagen, wie viel Alkohol jugendliche Mäuse wählen würden – hauptsächlich anhand ihrer Zuckerpräferenz und ihrer Geselligkeit.“

Bei der Auswertung der jugendlichen Tiere traten zwei deutliche Vorhersagefaktoren hervor:

1. Eine ausgeprägte Vorliebe für Süsses deutete auf mehr Alkoholkonsum hin

Mäuse, die bereits vor ihrem ersten Kontakt mit Alkohol mehr Saccharoselösung tranken, bevorzugten bei der späteren Wahl deutlich häufiger Ethanol. Im Modell bestand ein starker positiver Zusammenhang zwischen der Saccharosepräferenz und der Alkoholaufnahme.

Das deutet darauf hin, dass eine verstärkte Reaktion auf natürliche Belohnungen wie Süsse während der Jugend mit einem grösseren Verlangen nach Alkohol einhergeht. Vermutlich spiegeln sich darin Unterschiede in den Belohnungssystemen des Gehirns wider, darunter Dopaminbahnen, die sowohl auf Zucker als auch auf Alkohol ansprechen.

2. Weniger gesellige Mäuse tranken mehr

Als zweites auffälliges Merkmal erwies sich das Sozialverhalten. Jugendliche Mäuse, die weniger Zeit mit einer anderen Maus und mehr Zeit allein in der leeren Kammer verbrachten, nahmen später eher einen grösseren Anteil ihrer Flüssigkeit als Alkohol auf.

Eine geringere Geselligkeit wirkte also als Risikomerkmal. Dafür kommen mehrere Erklärungen infrage: Sozialer Kontakt könnte das Verlangen nach Alkohol abmildern. Es könnte aber auch sein, dass sozial zurückgezogene Jugendliche Alkohol als eine Art Ersatzbelohnung oder Bewältigungsstrategie nutzen.

Anders als manche früheren Theorien vermuten liessen, beeinflussten Ängstlichkeit und die Suche nach Nervenkitzel die KI-Vorhersagen nur wenig. Beide Faktoren waren im Modell enthalten, fielen aber kaum ins Gewicht.

Bei erwachsenen Mäusen galten andere Regeln

Das auffälligste negative Ergebnis betraf die erwachsenen Mäuse. Als das Team dieselben Verhaltensdaten und KI-Methoden auf sie anwandte, konnte das Modell nicht vorhersagen, welche Tiere mehr Alkohol trinken würden. Ihr Trinkverhalten schien nicht mit den zuvor gemessenen Merkmalen zusammenzuhängen.

„Muster, die bei jugendlichen Tieren klar auf ein Risiko hinwiesen, waren bei erwachsenen Tieren bedeutungslos. Das deutet auf einen grundlegenden Wandel während der Hirnreifung hin.“

Das stützt die Annahme, dass die Jugend eine besonders anfällige Phase ist, in der die Ausprägung des Belohnungssystems und sozialer Schaltkreise das Verhalten im Zusammenhang mit Drogen überdurchschnittlich stark beeinflusst. Im Erwachsenenalter könnte der Alkoholkonsum stärker von anderen Faktoren abhängen, etwa früheren Erfahrungen, erlernten Verknüpfungen oder hier nicht erfassten Persönlichkeitsmerkmalen.

Was die Ergebnisse für menschliche Jugendliche bedeuten könnten

Die Untersuchung fand unter streng kontrollierten Laborbedingungen an Mäusen statt. Ihre Ergebnisse lassen sich daher nicht unmittelbar auf menschliche Jugendliche übertragen. Deren soziales Umfeld ist erheblich komplexer und wird unter anderem von Gleichaltrigen, familiären Normen, kulturellen Einstellungen und dem Zugang zu Alkohol geprägt.

Dennoch weist die Arbeit auf einige Zusammenhänge hin, die auch für menschliches Verhalten relevant sein könnten:

• Wer stark auf natürliche Belohnungen wie süsse Speisen reagiert, könnte auch die belohnende Wirkung von Alkohol intensiver empfinden.
• Jugendliche, die sich sozial nicht verbunden fühlen, könnten eher gefährdet sein, Alkohol als Stütze zu verwenden.
• Das Risiko könnte aus dem Zusammenspiel von Belohnungsempfindlichkeit und sozialen Erfahrungen entstehen, statt aus einem einzelnen Merkmal wie Ängstlichkeit.

Auch die zugrunde liegende Biologie liefert Hinweise. Das Dopaminsystem, das für Lustempfinden und Motivation wesentlich ist, reagiert sowohl auf Zucker als auch auf Alkohol. Eine weitere Gruppe von Nervenzellen setzt den Botenstoff Orexin frei, der an Nahrungsaufnahme und Belohnungssuche beteiligt ist und diesen Zusammenhang mit antreiben könnte. Oxytocin, häufig als „Bindungshormon“ bezeichnet, könnte wiederum beeinflussen, wie sozialer Kontakt mit der Anziehungskraft von Alkohol konkurriert oder sie verstärkt.

Grenzen der Studie und nächste Schritte

Die Untersuchung hat mehrere Einschränkungen. Die Gruppe der jugendlichen Mäuse war vergleichsweise klein. Das ist für Verfahren des maschinellen Lernens nicht ideal, da diese gewöhnlich von grossen Datensätzen profitieren. Zwar setzte das Team Kreuzvalidierung ein, um eine Überanpassung zu verringern; wie belastbar die Vorhersagen tatsächlich sind, müssen aber grössere Studien zeigen.

Zudem stammten die Mäuse aus nur zwei Stämmen. Trotz ihrer Unterschiede bilden diese nicht die gesamte genetische Vielfalt ab. Da verschiedene Stämme unterschiedliche Ausgangswerte für Ängstlichkeit und Geselligkeit aufweisen, könnte sich auch die Leistungsfähigkeit des Modells verändern.

Künftige Arbeiten könnten ähnliche Verfahren an anderen Tiermodellen erproben oder untersuchen, ob Eingriffe in Systeme wie Orexin oder Oxytocin die Alkoholpräferenz junger Versuchstiere verändern. Forschende dürften ausserdem prüfen, ob sich die Vorhersage weiter verbessert, wenn Verhaltensmessungen mit Hirnbildgebung oder genetischen Markern kombiniert werden.

Worauf Eltern und Fachleute in der Praxis achten können

Auch wenn sich diese Studie nicht unmittelbar als Früherkennungsinstrument für menschliche Jugendliche einsetzen lässt, passt sie zu Warnzeichen, die in der Forschung zu psychischer Gesundheit und Sucht bereits beschrieben wurden. Im Alltag könnten einige Muster Anlass zur Sorge geben:

• Eine starke Anziehung zu sehr belohnenden Erlebnissen wie Essen, Videospielen oder sozialen Medien, die sich schwer regulieren lässt.
• Anhaltender sozialer Rückzug, Einsamkeit oder das Meiden von Gleichaltrigen, besonders zusammen mit Stimmungsveränderungen.
• Der Einsatz von Substanzen oder bestimmten Verhaltensweisen, um Stress oder Isolation zu bewältigen.

Das bedeutet nicht, dass jeder stille Jugendliche oder jeder junge Mensch mit einer Vorliebe für Süsses viel Alkohol trinken wird. Ein Risiko beschreibt eine Wahrscheinlichkeit und ist kein Schicksal. Die Studie legt aber nahe, dass der Blick darauf, wie junge Menschen auf alltägliche Belohnungen und soziale Kontakte reagieren, eine frühere und gezieltere Unterstützung ermöglichen könnte.

So könnten Massnahmen, die soziale Fähigkeiten fördern, Freundschaften stärken und alternative belohnende Tätigkeiten anbieten – etwa Sport, Musik, ehrenamtliches Engagement oder kreative Hobbys –, der Anziehungskraft von Alkohol in dieser sensiblen Phase der Hirnentwicklung entgegenwirken. Zugleich kann es für Gespräche über das Risiko von Substanzkonsum hilfreich sein, zu beobachten, wie Jugendliche andere Belohnungen wie süsse Getränke, Videospiele oder soziale Medien nutzen.