| License: Publishing license for publications including print on demand (6MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-188219
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.18821
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 4 January 2011 |
| Referee: | Prof. Dr. Mark W. Greenlee and Prof. Dr. Gesine Dreisbach |
| Date of exam: | 14 December 2010 |
| Institutions: | Human Sciences > Institut für Psychologie > Lehrstuhl für Psychologie I (Allgemeine Psychologie I und Methodenlehre) - Prof. Dr. Mark W. Greenlee |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | Mild Cognitive Impairment, Morbus Alzheimer, Arbeitsgedächtnis, sakkadische Inhibition, Alterungsprozesse, funktionelle MRT |
| Dewey Decimal Classification: | 100 Philosophy & psychology > 150 Psychology |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 18821 |
Abstract (German)
Einführung Der Alterungsprozess beim Menschen äußert sich in einer Vielzahl von kognitiven Beeinträchtigungen, die mit neurostrukturellen sowie neurofunktionellen Veränderungen im Gehirn einhergehen. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Unterscheidung zwischen altersgerechten und pathologischen Alterungsprozessen. Dafür werden hauptsächlich Vorgänge des normalen Alterns und neurodegenerativen ...
Abstract (German)
Einführung
Der Alterungsprozess beim Menschen äußert sich in einer Vielzahl von kognitiven Beeinträchtigungen, die mit neurostrukturellen sowie neurofunktionellen Veränderungen im Gehirn einhergehen. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Unterscheidung zwischen altersgerechten und pathologischen Alterungsprozessen. Dafür werden hauptsächlich Vorgänge des normalen Alterns und neurodegenerativen Erkrankungen, wie Morbus Alzheimer, erforscht. Allerdings bleibt ungeklärt, ob es sich beim Altern um zwei parallel verlaufende Prozesse handelt oder ein fließender Übergang zwischen altersgerechten und pathologischen Alterungseffekten besteht. Eine übergehende Phase zwischen normalem kognitiven Altern und der Entwicklung einer Demenz spiegelt das Konzept vom Mild Cognitive Impairment (MCI) wider. Die Schwierigkeiten in der Definition von normalen Alterungsprozessen manifestieren sich in der Heterogenität der kognitiven Einbußen, die das Störungsbild von MCI prägen. Dabei liefert die Literatur uneinheitliche Befunde zum Einfluss der Risikofaktoren, wie beispielsweise der Genotyp, auf das Ausmaß der Beeinträchtigungen, die mit MCI assoziiert werden. Zudem weisen zahlreiche longitudinale Studien darauf hin, dass Einschränkungen in bestimmten kognitiven Fähigkeiten, insbesondere in exekutiven Funktionen, bei MCI-Patienten als ein Prädiktor für die Konversion zur Alzheimer-Demenz dienen können. Es gibt jedoch nur wenige und zum Teil widersprüchliche Befunde zur exekutiven Funktionen in MCI. Zudem wurden die Veränderungen der neuronalen Korrelate bei MCI-Patienten in diesem Zusammenhang nur selten erforscht. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von behavioralen und neuronalen Korrelaten in visuell-räumlichen Informationsverarbeitungsprozessen bei Patienten mit dem amnestischen Typ von MCI.
Methoden:
Zuerst erfolgte mittels CANTAB und WMS-R eine allgemeine Erfassung der visuell-räumlichen kognitiven Leistungsfähigkeiten der Probanden. Da Beeinträchtigungen im Arbeitsgedächtnis und in der Inhibition vielfältige kognitive Defizite mit sich bringen können, erfolgten im Rahmen der vorliegenden Studie zusätzliche Untersuchungen zum visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis und zur Inhibition (N-Back- und Augenbewegungsparadigma). Weiterhin wurden für exekutive Funktionen zuständige neuronale Korrelate ermittelt. Dies erfolgte mittels einer fMRI-Messung, während dessen die Probanden Aufgaben zum visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis und Inhibition gelöst haben.
Zur Erfassung der normalen Alterungseffekte wurden Leistungsvergleiche zwischen gesunden älteren Erwachsenen und jungen Probanden durchgeführt. Für die Untersuchung der pathologischen Alterungsprozesse wurden die Leistungen von a-MCI-Probanden mit denen von altersgleicher Kontrollgruppe verglichen. Da sich bei der a-MCI-Gruppe eine Heterogenität in den Leistungsfähigkeiten des Arbeitsgedächtnisses manifestierte, wurde die neuronale Aktivierung im Bezug auf die Leistung zwischen den älteren gesunden Probanden und a-MCI-low-performers untersucht. Darüber hinaus wurden bei den Gruppen der älteren gesunden Erwachsenen und der a-MCI-Patienten Einflüsse des genetischen Risikofaktors auf visuell-räumliche Leistungsfähigkeiten geprüft.
Um Einflüsse eines körperlichen Trainings auf die kognitiven Fahigkeiten zu untersuchen, wurde mit einer Untergruppe der a-MCI Patienten ein 3-monatiges Sportprogramm durchgeführt. Daraufhin wurden alle a-MCI Probanden erneut auf Änderungen in kognitiven Fähigkeiten getestet.
Ergebnisse
Die älteren gesunden Erwachsenen erbrachten im Vergleich zu den jungen Probanden signifikant schlechtere Leistungen in den Aufgaben zum visuell-räumlichen Wiedererkennungsgedächtnis, zur visuellen Daueraufmerksamkeit, zum räumlichen Planungsvermögen sowie zur präpotenten Inhibition. Zudem wurde bei älteren gesunden Erwachsenen im Vergleich zu den jungen Probanden eine höhere kortikale Aktivierung während Bearbeitung einer visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisaufgabe in okzipitalen Regionen festgestellt. Die Analyse der kortikalen Aktivierung bei Inhibitionsprozessen ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen diesen Gruppen. Weiterhin konnten bei der älteren gesunden Erwachsenen verglichen mit jüngeren Probanden verminderte Hirnvolumina in fronto-parietalen Bereichen festgestellt werden.
MCI-Patienten schnitten im Vergleich zu den älteren Kontrollpersonen in Aufgaben zum visuellen Wiedererkennungsgedächtnis, räumlichen Planungsvermögen, visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis und zur präpotenten Inhibition signifikant schlechter ab. Funktionen des visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisses führten bei MCI-Patienten im Vergleich zu gesunden älteren Erwachsenen zu einer verminderten kortikalen Aktivierung im Bereich des rechten Gyrus frontalis medius und Gyrus frontalis superior. Des Weiteren liess sich in der Gruppe der MCI-low-performers eine Verminderung der neuronalen Aktivierung im fronto-parietalen Netzwerk nachweisen. Zudem trat bei MCI-Patienten im Vergleich zu den gesunden älteren Personen in der Inhibitionsaufgabe eine erhöhte neuronale Antwort im Gyrus angularis auf. Eine Untersuchung der strukturellen Veränderungen des Gehirns zwischen den a-MCI-Patienten und der älteren Kontrollgruppe rief keine signifikanten Unterschiede hervor.
Bei den a-MCI-Patienten, die am Training teilgenommen hatten, ließen sich keine Änderungen in der körperlichen Fitness feststellen. Jedoch haben sich Trainingsteilnehmer signifikant in der Leistung im Test SWM: strategy der CANTAB-Testbatterie verbessert. Es konnte keine Verbesserung der Leistung in der N-Back-Aufgabe beobachtet werden. Auf der neuronelen Ebene manifestierte sich jedoch bei der Trainingsgruppe eine verminderte Aktivität in fronto-parietalem Netzwerk.
Schlußfolgerung:
Die vorliegende Studie konnte im Allgemeinen die bisherigen Befunde zu Beeinträchtigungen der kognitiven Leistungsfähigkeiten sowie volumetrischen Hirnveränderungen bei normalen Alterungsprozessen replizieren. Auf der neuronalen Ebene traten in der Gruppe der älteren gesunden Erwachsenen die mit dem normalen Altern assozierten Prozesse auf: die kompensatorischen Mechanismen bei der Aufgabe zum visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis sowie die Erschöpfung der neuronalen Ressourcen bei einer anspruchsvolleren kognitiven Aufgabe zur präpotenten Inhibition. Weiterhin konnten bei den MCI-Patienten pathologische Alterungsprozesse im Bezug auf visuell-räumliches Arbeitsgedächtnis gezeigt werden. Es manifestierte sich eine Heterogenität der MCI-Patienten, die in den neuropsychologischen longitudinalen Studien mit Konversion zur AD in Zusammenhang gebracht wird. Diese trat in behavioralen als auch in neuronalen Befunden zum visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis auf. Zudem zeigten die MCI-Patienten auf der Verhaltens- sowie neuronalen Ebene Einbußen in der inhibitorischen Kontrolle. Es konnte ein signifikanter Einfluss des ApoE-Genotyps auf die kognitive Leistungsfähigkeit in Blockspanne: rückwärts (Arbeitsgedächtnis) und Reaktionszeiten in der Gruppe gesunder älterer Kontrollpersonen und in Reaktionszeiten bei a-MCI-Patienten zugunsten der ApoE4-non-carrier gezeigt werden. Das körperliche Training konnte subtile behaviorale und neuronale Änderungen im Bezug auf kognitive Leistungsfähigkeiten der a-MCI-Patienten bewirken.
Zusammenfassend wurde in dieser Studie erneut nachgewiesen, dass MCI als ein Übergangsstadium zwischen altersgerechten und pathologischen Alterungsprozessen angesehen werden kann. Des Weiteren wurde gezeigt, dass Einbußen bei diesen Patienten in visuell-räumlichen Leistungsfähigkeiten mit Veränderungen auf der kortikalen Ebene einhergehen, was ein Anzeichen zur Entwicklung einer Demenz sein könnte.
Translation of the abstract (English)
Introduction Ageing process in humans is expressed in a variety of cognitive impairments associated with neurostructural and neurofunctional changes in the brain. An important aspect in this context is the distinction between age-appropriate and pathological processes of ageing. Therefore, research focuses on effects of normal ageing and neurodegenerative processes such as Alzheimer’s disease. ...
Translation of the abstract (English)
Introduction
Ageing process in humans is expressed in a variety of cognitive impairments associated with neurostructural and neurofunctional changes in the brain. An important aspect in this context is the distinction between age-appropriate and pathological processes of ageing. Therefore, research focuses on effects of normal ageing and neurodegenerative processes such as Alzheimer’s disease. However, it remains unanswered whether normal and pathological ageing are two parallel processes or a smooth transition between these two effects exist after a certain threshold of disability is reached. A transitional stage between normal cognitive ageing and the development of dementia reflects the concept of Mild Cognitive Impairment (MCI). The difficulties in the definition of normal ageing are manifested in the heterogeneity of cognitive decline that characterize this disorder. The recent body of literature provides inconsistent evidence about the influence of risk factors such as the Apolipoprotein E on the extent of the decline that is associated with MCI. The several recent studies also suggest that other cognitive domains besides memory might be impaired in persons with diagnose of MCI. Thus, deficits in executive functions could possibly be a strong predictive value for the conversion rate to AD. However, there are only few and contradictory findings about executive function in MCI. Furthermore, alterations in neural correlates of MCI patients have only been investigated rarely in this context. The aim of the present study was to investigate the behavioral and neural correlates of visual-spatial information processing in patients with the amnestic type of MCI.
Methods:
First, a general survey of the visual-spatial cognitive performance of all subjects was performed using CANTAB and WMS-R. Since impairments in working memory and inhibition can cause deficits in a variety of cognitive functions, additional tests on visual-spatial working memory and inhibition were performed (N-back and eye movement paradigm). Furthermore, there functional MRI was used to investigate the neural correlates of working memory and saccadic inhibition.
To study the effects of normal ageing, comparisons between healthy older adults and young subjects were performed. For the investigation of pathological ageing processes, the performance of a-MCI subjects was compared with those of age-matched control group. Due to the occurrence of heterogeneity in the a-MCI-group in the working memory task, neural activation in a-MCI-low-performers was analyzed and compared to elderly healthy subjects. Additionally, influences of the genetic risk factor Apolipoprotein E were tested on the visual-spatial skills in both elderly healthy adults and the a-MCI patients. To investigate effects of physical training on cognitive abilities, a-MCI patients participated in a 3-month sports program. Thereupon, all a-MCI subjects were again tested for changes in cognitive abilities.
Results
Elderly healthy adults performed significantly worse compared to young subjects in tasks related to visual-spatial recognition memory, visual sustained attention to the spatial planning ability and to saccadic inhibition. Additionally, higher cortical activation in occipital regions was observed while solving a visual-spatial working memory task in a group of elderly healthy adults compared to young volunteers. The analysis of cortical activation during an inhibition task showed no significant differences between these groups. Furthermore, elderly healthy adults showed significantly decreased brain volumes in fronto-parietal areas compared to younger subjects.
Group of a-MCI patients performed significantly worse compared to the elderly control subjects in tasks related to visual recognition memory, spatial planning abilities, visual-spatial working memory and saccadic inhibition. The analysis of functions involving visual-spatial working memory resulted in a reduced cortical activation in the area of the right middle frontal gyrus and superior frontal gyrus in a-MCI-patients compared to healthy older adults. Furthermore, the group of a-MCI-low-performers showed a reduction of neuronal activation in the fronto-parietal network. Enhanced activation in the angular gyrus was seen in MCI patients compared to healthy elderly persons with regard to saccadic inhibition. No significant differences were observed in structural changes of the brain between a-MCI patients and elderly control group.
a-MCI patients, who participated the Nordic-Walking-Training, improved their performance in the SWM test: strategy from the CANTAB test battery significantly. No improvement in the performance of the N-back task was observed. At the neuronal level reduced activity in fronto-parietal network occurred in the group of a-MCI-patients who attended the Nordic Walking-Training.
Conclusion:
The present study could replicate findings of the recent studies that investigated impairment of cognitive abilities and brain volumetric changes in normal ageing. At the neural level, processes associated with normal ageing occurred in the group of elderly healthy adults which are: compensatory mechanisms in the visual-spatial working memory task and the depletion of neuronal resources in a more demanding saccadic inhibition task. Pathological declines in performance and neural activity with regard to visual-spatial working memory were found in the persons with diagnosed a-MCI. According to a variety of longitudinal neuropsychological studies, heterogeneity in working memory performance between a-MCI patients occurred. Furthermore, patients with a-MCI showed impairment in inhibitory control at the behavioral and neuronal level.
Healthy elderly control subjects which are carriers of the ApoE4-Allel showed significantly reduced performance in WMS-R: backward (working memory) and slower reaction times. However in the group of a-MCI patients, slower reaction times were observed in patients with the ApoE4-Allel. The Nordic-Walking-Training caused subtle behavioural and neural changes in regard to the cognitive ability of the a-MCI patients.
In summary, this study demonstrated once again that MCI may be regarded as a transitional stage between age-appropriate and pathological ageing processes. Furthermore, a-MCI patients show an impairment in visual-spatial abilities that occurs on behavioural and neural level in, which could be a sign for the development of a dementia.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 07:49
Owner only: item control page
Download Statistics