Nicotine effects on self-organized and task-related neural activation patterns
Final Report Abstract
Im Rahmen meines Forschungsaufenthaltes in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Edward Bullmore (University of Cambridge, Vereinigtes Königreich) untersuchte ich den Zusammenhang zwischen der Topologie bzw. der Organisation von funktionellen Hirnnetzwerken und dem Verhalten von Testpersonen während der Bearbeitung von visuellen Aufmerksamkeitsaufgaben. Dabei analysierte ich die funktionellen, komplexen Hirnnetzwerke mit Hilfe von Ansätzen aus der Graphentheorie. Im Rahmen des Projekts analysierte ich zwei Datensätze. Der erste Datensatz bestand aus fMRT-Messungen von Rauchern, die in einer Placebo-Bedingung und nach der Gabe von Nikotin in einem fMRT-Scanner gemessen wurden. Jede dieser beiden fMRT-Messungen bestand aus verschiedenen Ruhephasen („Resting State“) und zeitlichen Abschnitten, in denen die Probanden eine Daueraufmerksamkeitsaufgabe bearbeiteten. Für den zweiten Datensatz wurden Testpersonen in Ruhephasen und bei der Bearbeitung einer visuellen Vigilanzaufgabe im fMRT gescannt. Die graphenanalytischen Auswertungen der fMRT-Daten zeigten, dass Nikotin die Integration der funktionellen Hirnnetzwerke förderte und kognitive Ermüdungsprozesse diese Integration hemmten. Zudem wiesen unsere Befunde darauf hin, dass die funktionelle Netzwerktopologie der Probanden nach der Bearbeitung einer visuellen Aufmerksamkeitsaufgabe für mehrere Minuten verändert war und eine geringere Netzwerkintegration aufwies. Dabei erholte sich die funktionelle Netzwerktopologie von kognitiv belastbaren Probanden nach der Bearbeitung einer kognitiven Aufgabe schneller als die Netzwerktopologie von Testpersonen, die eine geringere kognitive Belastbarkeit zeigten. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Integration von funktionellen Hirnnetzwerken ein potentieller Biomarker für die Entwicklung pharmakologischer pro-kognitiver Substanzen ist, die darauf abzielen, die kognitive Leistungsfähigkeit zu verbessern.
Publications
- (2011). Effects of nicotine and fatigue on brain network topology in smoking subjects. Abstract Book of the 17th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping in Québec City. Minneapolis, MN: OHBM 2011
Gießing C, Thiel CM, Bullmore ET
- (2011). Effects of prolonged attentional performance on resting state topology. Abstract Book of the 17th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping in Québec City. Minneapolis, MN: OHBM 2011
Breckel TPK, Thiel CM, Bullmore ET, Giessing C
