Schaffung einer strukturellen und funktionellen Erklärung für die altersbedingte Abnahme von Hirnsignalvariabilität

• Antragsteller: Douglas Garrett, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310615419

Seit der Gründung der Emmy Noether-Gruppe Neuronale Dynamik über die Lebensspanne haben wir enorme Fortschritte bei dem Verständnis von Hirnsignalvariabilität im Kontext von Kognition und Altern gemacht. In Bezug auf unsere ursprünglichen Forschungsziele haben wir nachweisen können: (1) dass die Gehirnstruktur ein positives, aber geringes Korrelat des Niveaus der Hirnsignalvariabilität im Verlauf des Alterns darstellt, jedoch eine deutliche räumliche Differenzierung im Vergleich von Querschnitts- und Längsschnittdatenanalyse aufweist; (2) dass die funktionelle Konnektivität eng und positiv mit der Variabilität des Gehirnsignals auf regionaler Ebene gekoppelt ist, was darauf hindeutet, dass die innerhalb der Gehirnregionen beobachtete Signalvariabilität eher auf synaptischen Input als auf lokale Quellen unspezifischen Rauschens zurückzuführen ist. Diese Kombination aus funktioneller Konnektivität und lokaler Signalvariabilität spiegelt auch die Veränderung der Kognition im Verlaufe des Erwachsenenalters wider - Assoziationen, die im Querschnitt sowie im Längsschnitt bestehen; (3) das dopaminerge System stellt weiterhin eine fruchtbare neurochemische Grundlage für das Verständnis der Variabilität von Gehirnsignalen im Zusammenhang mit Altern und Kognition dar. Insbesondere stellen wir fest, dass ältere Erwachsene, deren Hirnsignalvariabilität unter erhöhter Arbeitsgedächtnisbelastung stärker moduliert wird, in der Lage sind, ihre funktionelle Netzwerkintegration zu steigern, schneller reagieren sowie höhere Basalniveaus des Neurotransmitters Dopamin aufweisen. Ohne Frage hat die COVID-19-Pandemie jedoch die Arbeit an einigen der im ursprünglichen Antrag ausgeführten Forschungsziele beeinträchtigt. Insbesondere verzögerte sich die Arbeit an unserem vorrangigen Ziel, die flexible Modulation der Signalvariabilität unter Unsicherheit bei jüngeren und älteren Erwachsenen zu untersuchen. Dies wäre der vornehmliche Schwerpunkt unserer Arbeit bei Verlängerung der Emmy Noether-Gruppe um ein sechstes Jahr. Unter Anwendung von zwei einzigartigen experimentellen Paradigmen, bei denen wir Unsicherheit während der EEG- und fMRT-Untersuchung parametrisch manipulieren können, wollen wir untersuchen, ob ältere Menschen (a) ihren "Zustandsraum" (oder state space) nicht so gut modulieren können, also unter unsicheren Bedingungen nicht so gut von einem rhythmisch zu einem "variableren" neuralen Regime wechseln können; (b) nicht so gut ihre Gehirnzustände auf solche beschränken können, die aufgabenrelevant sind. Diese Aufgabe erfordert einen Forschungsansatz, der umfassend multidisziplinär und multimethodisch sein sollte.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen