The influence of age and cognitive status on large-scale brain networks in episodic memory

The present synopsis summarizes three scientific articles published or submitted to international scientific journals. All three articles relevant to this dissertation are tied by the question to what extent healthy aging and cognitive impairment influence brain activation in regard to episodic memo...

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Main Author: Oedekoven, Christiane Sophie Helene
Contributors: Leube, Dirk (PD Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2013
Nervenheilkunde
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Table of Contents: Alle drei Artikel dieser Dissertation sind durch die Frage verbunden, inwiefern gesundes Altern und kognitive Beeinträchtigung die Hirnaktivierung bei Lernphase und Abruf episodischer Gedächtnisinhalte beeinflussen. Hier interessierten wir uns insbesondere für die Rolle des Parietalkortex und deren mögliche Veränderungen in zugrunde liegenden Hirnnetzwerken. Für unsere fMRT-Studie passten wir die Gedächtnisaufgaben für die älteren Probanden an, um altersbedingte Veränderungen der Gedächtnisfunktionen zu berücksichtigen. Dies ermöglichte uns, die Aktivierungsunterschiede vor dem Hintergrund einer standardisierten Leistung zu bewerten. Wir untersuchten die Unterschiede und Überschneidungen der aktivierten Regionen während der Enkodierung neuer Gedächtnisinhalte (Artikel #3), dem Abruf von Gesichtern (Artikel #1) und assoziativem Gedächtnisabruf (Artikel #2). Ein weiterer Fokus der beiden Artikel #1 und Artikel #2 lag insbesondere auf der Untersuchung der funktionellen Konnektivität, wobei wir die Interaktionen und Korrelationen zwischen relevanten Hirnregionen untersuchten. Wir interessierten uns insbesondere für die funktionelle Konnektivität des Parietalkortex und des Hippocampus, da diese beiden Hirnregionen eine wichtige Rolle für das episodische Gedächtnis spielen. Ziel der Studie war, die Veränderungen in gesunden Älteren und MCI-Patienten hinsichtlich ihrer Aktivierungen in Hirnnetzwerken, die den Parietalkortex einschließen, zu beschreiben und zu unterscheiden. Zwei Hirnnetzwerke sind beteiligt am episodischen Gedächtnis: Ein frontoparietales Task Positive Network (TPN) und ein Task Negative Network, das Default Mode Network (DMN). Unsere Ergebnisse zeigen, dass DMN-Regionen während der Enkodierung neuer Gedächtnisinhalte deaktiviert und während der Abrufphase aktiviert sind, was einen Encoding/Retrieval Flip, einen Wechsel von Deaktivierung und Aktivierung im DMN darstellt. Einzig der Hippocampus als Teil des DMN zeigte sich aktiviert während beider Aufgaben. Die räumliche Ausbreitung und die Stärke der DMN-Deaktivierung während der Enkodierung werden durch Alter und kognitiven Status beeinflusst. Junge Probanden zeigten eine stärkere Deaktivierung im posteromedialen Kortex und im inferioren Parietalkortex als gesunde Ältere, wohingegen nur die gesunden Älteren zusätzliche Aktivierung im Hippocampus und in posterioren DMN-Regionen zeigten. In den Abrufphasen zeigten gesunde Ältere eine stärkere Aktivierung der DMN-Regionen, während MCI-Patienten beim Wiedererkennen von Namen und Gesichtern weniger hippocampale Aktivierung zeigten. Diese verringerte hippocampale Aktivierung hing mit einer verminderten assoziativen Gedächtnisleistung zusammen. Eine Analyse der funktionellen Konnektivität offenbarte weniger Korrelationen von parietalen DMN-Regionen für gesunde Ältere im Vergleich zu jungen Probanden. Dagegen wiesen gesunde Ältere stärkere Korrelationen zwischen Hippocampus und striatalen Regionen auf als junge Probanden. In allen Aufgaben zum episodischen Gedächtnis - Enkodierung, Abruf und assoziativem Abruf - zeigten gesunde Ältere und MCI-Patienten erhöhte Aktivierung in TPN-Regionen, unabhängig vom kognitiven Status. Insbesondere zeigten sich zusätzliche Aktivierungen in prä- und postzentralen sowie in striatalen Regionen. Abschließend lässt sich sagen, dass wir altersbedingte Veränderungen und Auswirkungen von MCI auf Hirnnetzwerke, die den Parietalkortex einschließen, unterscheiden konnten. Zum ersten Mal beschreiben wir die Auswirkungen von MCI auf die beiden Hirnnetzwerke DMN und TPN. Gesunde Ältere und MCI-Patienten lassen sich anhand ihrer Aktivierungen in DMN-Regionen unterscheiden, wobei die zusätzliche Aktivierung in DMN-Regionen auf kompensatorische Prozesse hindeutet, die in gesunden Älteren stattfinden, allerdings nicht in MCI-Patienten. Da Konnektivitätsanalysen der posterioren DMN-Regionen eine beeinträchtigte funktionelle Konnektivität mit dem Alter zeigen, könnte die zusätzliche Aktivierung der DMN-Regionen eine Kompensation für ein weniger umfangreiches Netzwerk bedeuten. Darüber hinaus lassen sich ältere Gesunde und MCI-Patienten anhand ihrer hippocampalen Aktivierung unterscheiden, wobei MCI-Patienten generell weniger hippocampale Aktivierung zeigten, in Übereinstimmung mit einer beeinträchtigten Gedächtnisleistung. Dagegen zeigten sich zusätzliche Aktivierungen der TPN-Regionen in gesunden Älteren und MCI-Patienten, unabhängig vom kognitiven Status. Daraus lässt sich schließen, dass die zusätzliche TPN-Aktivierung keine kompensatorische Funktion hatte, sondern eher auf Dedifferenzierungsprozesse im Hirn hindeutet. Durch die Unterscheidung gesunder Älterer und MCI anhand ihrer Aktivierung in den Hirnnetzwerken DMN und TPN, erleichtert unsere Studie die Früherkennung von Demenz.