Kognitive Leistungsfähigkeit im Alter

Wie sind die Zusammenhänge zwischen
kognitiven und psychosozialen Faktoren
zu neurobiologischen Veränderungen?

Leitung

Prof. Dr. med. Emrah Düzel

Mitarbeiter

Kollaborationen

Nationale und internationale Kollaborationen sind ein wichtiger Bestandteil der Alterforschung in Magdeburg. Hier sind drei Beispiele für aktuelle Kollaborationen.

1) dem University College London (Prof. Neil Burgess): Alle Teilnehmer haben einem von Prof. Burgess eintwickelten Verhaltensparadigma zum topographischen Gedaechtnis teilgenommen.

2) Mit dem Max-Planck-Institut für Bildungsforschung in Berlin und dem Karolinska Institut in Stockholm (Prof. Ulman Lindenberger und Prof. Lars Bäckmann): Studie mit einer Berliner Alterspopulation zur Plastizität von präfrontalen Funktionen durch kognitives Training.

3) Mit der University of California Davis (Prof. Yonelinas): Strukturelle und funktionelle Alterserscheinungen im Hirn, die zu einer Abnahme der semantischen und episodischen Enkodierung führen.

Die Magdeburger Altersstudie

Bei älteren Menschen lässt sich im Vergleich zu jungen Menschen oft eine Verschlechterung der kognitiven Leistungsfähigkeit beobachten. Circa 40-60 Prozent der gesunden älteren Menschen haben z.B. Einbußen im episodischen Gedächtnis, der Fähigkeit sich an persönliche Ereignisse zu erinnern. Die Erforschung der Ursachen dieser Einbußen hat im Hinblick auf den demografischen Wandel in der arbeitenden Bevölkerung der Industrienationen eine gesamtgesellschaftliche Bedeutung und wird weltweit mit hoher Priorität vorangetrieben.

Erste Ergebnisse mit modernen strukturellen und funktionellen bildgebenden Verfahren wie z.B. der Kernspintomographie zeigen, dass diese Probleme mit Veränderungen der Hirnstruktur und Funktion einhergehen. Gleichzeitig wird angenommen, dass psychosoziale Einflüsse, wie kognitive Belastungen und Beanspruchungen aus dem Arbeits- und Lebensumfeld; persönliche Erlebens- und Verhaltensmuster, z.B. Stresserleben oder Erholungsfähigkeit sowie persönliche, soziale und organisationale Ressourcen die langfristige kognitive Leistungsfähigkeit im Alter beeinflussen. Aktuelle Befunde insbesondere aus der Stressforschung deuten daraufhin, dass es einen Zusammenhang zwischen psychosozialen, gesundheitsfördernden Faktoren und den neurobiologischen Veränderungen im Alter geben könnte. Bislang existieren jedoch keine umfassenden Untersuchungen, die psychosoziale und neurobiologische Ansätze kombinieren und die genauen Zusammenhänge zwischen diesen Faktoren untersuchen. Diese Fragestellungen sind Gegenstand weltweit intensiver Forschungsbemühungen. Die Altersforschung in Magdeburg wird im Rahmen der klinischen Forschergruppe „Kognitive Kontrolle von Gedächtnis“ (http://www.med.uni-magdeburg.de/kfg/teilprojekte.htm) gebündelt (für Details siehe Teilprojekte 1 und 3).

Die aktuelle Basis für unsere Studie bildet unsere aktuelle Population von derzeit 86 älteren Probanden im Alter von 54-85 Jahren und einer Kontrollgruppe von 25 jungen Erwachsenen. Interessierte wurden nach einem Telefoninterview in die Studie aufgenommen, wenn sie älter als 54 Jahre waren und die Sicherheitsbestimmungen, bezogen auf den Einsatz der Magnetresonanztomografie (MRT), einhielten. Teilnehmer, welche metallische Implantate und Herzschrittmacher tragen oder angaben, unter Klaustrophobie oder Tinnitus zu leiden, wurden durch dieses Interview ausgeschlossen. Die Magdeburger Altersstudie will Veränderungen innerhalb des normalen, gesunden Alterungsprozesses untersuchen. Deshalb sollten die Teilnehmer keine gravierenden internistischen Erkrankungen (z.B. Diabetes Mellitus) aufweisen. Eine behandlungsbedürftige Hypertonie war ein Ausschlusskriterium. Probanden mit Bluthochdruck wurden mit in die Studie aufgenommen, wenn dieser therapeutisch auf normale Werte eingestellt war. Durch die neuropsychologischen Screenings und Tests wurden beginnende dementielle Syndrome ausgeschlossen. Weiterhin sollte das strukturelle MRT der älteren Probanden bei visueller Inspektion keine Hinweise auf eine degenerative Erkrankung oder das Vorliegen einer zerebralen Durchblutungsstörung ergeben. Die Daten dieser Teilnehmer wurden ebenfalls nicht mit in die Studie aufgenommen. Alle Teilnehmer waren rechtshändig, normalsichtig (evtl. mit Kontaktlinsen korrigierter Visus) und gaben an, keine gravierenden Hörprobleme zu haben.

Von jedem Studienteilnehmer liegt ein umfangreicher Datensatz vor. Neben neuropsychologischen Größen wurden relevante psychosoziale und salutogenetische Parameter mit Hilfe standardisierter Fragebögen erfasst. Es wurden die in der Neurologie II neu entwickelten Verfahren für strukturelle und funktionelle MR-Diagnostik und Neuropsychologie angewandt, um strukturelle und funktionelle Daten über kognitive Leistungsfähigkeit und neurobiologische Veränderungen im Alter zu erhalten. Schließlich wurden von allen Teilnehmern Blutproben abgenommen, so dass eine genetische Charakterisierung für bestimmte Polymorphismen möglich ist. Dieser multidisziplinäre Datensatz stellt eine weltweit herausragende Kombination neurobiologischer, psychosozialer, salutogenetischer, kognitiver und genetischer Faktoren des Alterns dar.

Die hohe Anzahl der Teilnehmer ermöglicht eine Gruppierung innerhalb verschiedener struktureller Parameter (Graue Substanz, MTRatio, Anisotopie, Polymorphismen etc.). Die Abbildung 1 gibt eine übersicht über die aktuelle Struktur der Magdeburger Altersstudie.

Abb. 1:

Strukturelles MRT

• Die MRT Untersuchungen wurden an einem 1.5 T GE Signa LX Neurooptimized und an einem 3T Siemens Magnetom Trio mit einer 8-Kanal Kopfspule an der Neurologische Universitätsklinik durchgeführt. Es wurde für jeden Probanden eine anatomische Ganzkopfaufnahme akquiriert. Dies erfolgte unter Verwendung verschiedener Scans, die nachfolgend aufgeführt werden.

• 3D-SPGR-Satz, 256*256 Pixel, 124 sagittale Schichten (0.97*0.97*1.5mm Auflösung), wird auch zum Einrichten der späteren Schichtführungen genutzt. Dauer: ca. 13 min.

• SE-T1-Satz, 256*256 Pixel, 23 transversale Schichten (0,78*0,78*6mm Auflösung), ausgerichtet an anteriorer und posteriorer Kommissur zur späteren individuellen Lokalisation.

• IR-EPI (echoplanar imaging)-Satz, mit 64*64 Pixeln in 23 transversalen Schichten (3.125*3.125*6mm Auflösung) in gleicher Schichtführung wie SE-T1, zum späteren Koregistrieren der funktionellen Aufnahmen.

• PD/T2-Satz, kombinierte abwechselnde Protonendichte-und T2-gewichtete Aufnahmen, 256*256Pixel in 44 transversalen Schichten (0,98*0,98*3mm Auflösung).

• DTI-Sätze, jeweils 256*256Pixel in 39 transversalen Schichten (1,1*1,1*3mm Auflösung), Satzwiederholungen für alle 4 Tensorwerte. Spätere Aufarbeitung zu ADC- Volumen. Dauer: 4 x ca. 6min.

• MT/noMT-Sätze, jeweils 256*256Pixel in 48 transversalen Schichten (0,98*0,98*3mm Auflösung), ein Satz mit magne tization transfer, der andere lediglich PD-gewichtet.

• Hippokampus Spektroskopie (ca. 50 ältere).

Neuropsychologische Testverfahren zur Erfassung kognitiver Teilfunktionen

In mehreren Untertests werden Aufmerksamkeit, Konzentration, Verarbeitungsgeschwindigkeit, figurales Gedächtnis (Musterwiedererkennen) und verbales Gedächtnis, unmittelbare akustische Gedächtnisspanne (Zahlennachsprechen) und visuelle Gedächtnisspanne erfasst. Die Abbildung 2 gibt eine Uebersicht.

• Mini Mental Status Test (MMST),

• GDS,

• Mehrfachwortschatztest (MWT-B),

• California Verbal Learning Test (CVLT),

• DCS,

• NSLT ("digit span",

• Trail Making Test (TMT A und B),

• COWA (Wortassoziation, keine Eigennamen, keine Verben),

• D2-Afmerksamkeits- und Belastungstest.

Abb. 2:

Psychosoziale Erhebungen

Tierstudien und Untersuchungen am Menschen zeigen, dass normale altersbedingte Abbauprozesse durch die Umwelt und individuelle Lebensweise beeinflusst werden. Persönlichkeitsmerkmale, soziale Interaktionen und körperliche Bewegung sind nur einige Faktoren, die einen Einfluss auf Gedächtnisleistungen im Alter haben. Ein körperlich und geistig aktives Leben kann vor altersbedingten kognitiven Abbauprozessen schützen. Altersforscher zeigen in ihren Studien, dass bei Menschen mit der besseren Ausbildung die kognitive Leistungsfähigkeit viel besser erhalten war, als die schlichter strukturierten Personen (löschen). Objektive Lebensbedingungen und Ressourcen, wie eine interessante, abwechslungsreiche Berufsbiografie, Lernreize und geistige Herausforderungen (halten demnach den Geist gesund ) fördern demnach ein erfolgreiches kognitives Altern. Aber auch Persönlichkeitsmerkmale, wie Stressbewältigung, Selbstwirksamkeits- und Kontrollüberzeugungen, stehen im Zusammenhang mit dem Erhalt und der Erhöhung verschiedenster Aspekte psychischer und physischer Funktionen über die Lebensspanne. Die Fähigkeit, Veränderungen und Verluste gut zu bewältigen stellt eine wichtige psychische kognitive Ressource dar. Die Identifizierung der Mechanismen, die die strukturellen und funktionellen altersbedingten Veränderungen verursachen und die Erforschung bestimmender Faktoren, welche kognitive Funktionen aufrecht erhalten oder sogar erhöhen, bildet eine wichtige Forschungsgrundlage in unserer Altersstudie. In dieser Studie wurden folgende psychosoziale Parameter erhoben (die Abbildung 3 gibt eine übersicht Psychosoziale Parameter

• Berufsbiografie (Qualifikation, Lern- und Qualifikationsop tionen innerhalb der Arbeit, Partizipationsmöglichkeiten, soziale Unterstützung)

• LEBI (Leipziger Ereignis- und Belastungsinventar – kritische Lebensereignisse, psychosoziale Belastungen, Lebensziele)

• SOC (Sense of coherence, Antonowsky / Sinn- und Kon trollüberzeugung).

• SV 70 (Stressverarbeitungsfragebogen, Kurzfassung)

• Freiburger Beschwerdeliste

• Fragebogen zur Beurteilung des subjektiven Gesundheits zustandes

• IPS (Inventar zur Persönlichkeitsdiagnostik in Situationen)

• Zusatzfragebogen zu Person, Status, Gesundheitsverhalten

Abb. 3:

Zusätzlich wurde von den Teilnehmern akquiriert: Gewicht / Größe, Blutdruck (beidseitig), Puls, Ultraschall der extra/intrakraniellen Gefäße, Finger tapping test, Genetische Polymorphismen (Blutproben).

Funktionelle Studien

Funktionelle Studien erfassen den Aktivierungswert bestimmt erHirnregionen, z.B. bei Enkodierung und Abruf von Informationen, und sind damit eine wichtige Ergänzung zu den oben genannten strukturellen Parametern. Wir benutzen funktionelle Kernspintomographie und Magnetenzephalographie zur Aktivitätsmessung. Uns interessieren vor allem, wie Hirnregionen Neurotransmitter, wie Dopamin und Acetylcholin freisetzen (Substantia Nigra / Area Tegmentalis Ventralis, basales Vorderhirn) und deren gedächtnisrelevante Zielregionen (Hippokampus, mediale Schläfenlappenregion, präfrontaler Kortex) durch Neuheit aktiviert werden. Da wir diese Messungen bei den selben Probanden durchführen, von denen uns o.g. strukturelle Daten vorliegen, sind wir in der Lage zu verstehen, wie strukturelle Altersveränderungen mit Funktionsveränderungen zusammenhängen. Wir konnten z.B. kürzlich feststellen, dass eine altersabhängige Degeneration der SN / VTA dazu führt, dass diese Region und auch der Hippokampus durch Neuheit weniger aktiviert werden (Bunzeck et al, 2007).

Ausgewählte Publikationen/ References

Szentkuti, A, Guderian, S., Schiltz, K., Kaufmann, J., Münte, T.F., Heinze, H.J., Düzel, E., (2004). Quantitative MR analyses of the hippocampus: Unspecific metabolic changes in aging. J Neurology. 251, 1345-1353.

Schiltz, K., A. Szentkuti, et al. (2006). Relationship between hippocampal structure and memory function in elderly humans. J Cogn Neurosci 18(6): 990-1003.

Bunzeck, N., Schütze, H., Stallforth, S., Kaufmann, J., Duzel, S., Heinze, H.J., Duzel, E.(accepted pending revision). Mesolimbic novelty processing in elderly. Cerebral Cortex.

Bunzeck, N. and E. Duzel (2006). Absolute stimulus-novelty is coded by the human substantia nigra/VTA. Neuron 3: 369-79.

Schott, B.H., Niehaus, L., Wittmann, B.C., Schütze, H., Seidenbecher, C.I., Heinze, H.J., Düzel, E. Aging and early-stage Parkinson’s disease affect separable neural mechanisms of mesolimbic reward processing. Submitted.

Duzel, S., Stallforth, S., Schütze, H., Kaufmann, J., Heinze, H.J., Duzel, E. A relatively specific effect of substantia nigra integrity on verbal memory in healthy aging. In preparation.