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Aktuelle Studien

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Veränderte funktionelle Gehirnnetzwerke bei Patienten in frühen Stadien der Alzheimer Demenz

Untersuchungen der funktionellen Gehirnkonnektivität helfen uns, interindividuelle Unterschiede in der Gehirnfunktion zu verstehen, wie z. B. einen Rückgang der Kommunikation zwischen Gehirnbereichen mit zunehmendem Alter oder bei Demenz. Klassische Methoden zur funktionellen Gehirnkonnektivität haben jedoch Schwierigkeiten, die Konnektivität reliabel zu erfassen, da sie in atrophierten Gehirnen variabler sein kann, was bei älteren oder klinischen Populationen häufig der Fall ist. Wir verwenden in diesem Projekt deshalb Methoden, die robust gegenüber erhöhter Variabilität sind, indem wir uns auf Aktivierungen konzentrieren, die einen Aktivierungsschwellenwert überschreiten. Dabei nutzen wir Daten, die mit 3T- und 7T-MRT-Scannern bei Patienten mit amnestischer leichter kognitiver Beeinträchtigung (aMCI) sowie kognitiv normalen älteren Erwachsenen erhoben wurden. Insbesondere versuchen wir hier Unterschiede in der funktionellen Konnektivität innerhalb des noradrenergen Systems zu untersuchen, das insbesondere in den frühen Stadien der Alzheimer-Krankheit betroffen sein sollte.

Bildnachweis: Cifre et al. 2021

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Die Rolle des LC/NE-Systems beim flexiblen Lernen: Eine MRI-Untersuchung

Unser Projekt erforscht die Rolle des noradrenergen Locus Coeruleus bei kognitiver Flexibilität. Ein kürzlich entwickeltes Computermodell legt nahe, dass Reset-Mechanismen latenter Aufgabenrepräsentationen für ein breites Spektrum an adaptivem Lernverhalten sowie für die Kontextabhängigkeit von Lernen verantwortlich sind. Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, die Rolle des noradrenergen Locus Coeruleus bei der Regulierung solcher latenten Zustände, und vor allem der Signalisierung eines Wechsels latenter Zustände zu verstehen. Die Beziehung zwischen noradrenergen Erregungssignalen im Locus Coeruleus, neuronalen Repräsentationen latenter Zuständen im orbitofrontalen Kortex und Verhalten wird mit Hilfe einer Verhaltensaufgabe und gleichzeitigem Pupillometrie-fMRI untersucht. Langfristiges Ziel wird es sein, gezielte Locus Coeruleus Interventionen zu entwickeln, die dazu beitragen könnten, die Verhaltenssymptome psychiatrischer Erkrankungen zu lindern, die durch unflexibles und inkonsistentes Verhalten gekennzeichnet sind.

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Neuronale Dynamik der Schlaf-Wach-Regulation im Alter

Schlafstörungen sind im Alter häufig, und Schlafstörungen sind ein Merkmal neurodegenerativer Erkrankungen, einschließlich der Alzheimer-Erkrankung. Diese Studie zielt darauf ab, die neurobiologischen Mechanismen zu verstehen, die den Schlafbeeinträchtigungen im Alter zugrunde liegen. Zu diesem Zweck verwenden wir simultane EEG-fMRI, um die Muster der Hirn(dys)funktionen über die Schlafstadien hinweg zu charakterisieren. Darüber hinaus untersuchen wir den Zusammenhang zwischen funktionellen und strukturellen Veränderungen der Schlaf-Wach-Erhaltungssysteme, kognitivem Abbau und Neuropathologie.

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Veränderungen noradrenerger Hirnfunktion in frühen Stadien von Alzheimer 

Postmortem Daten legen nahe, dass aus bisher unbekannten Gründen der noradrenerge Locus Coeruleus zu den am frühesten von Hirnpathologien betroffenen Hirnstrukturen in Alzheimer gehört. In dieser Studie untersuchen wir, inwiefern eine funktionelle und strukturelle Abnahme des Locus Coeruleus mittels nicht invasiver Methoden in den frühen Stadien der Alzheimerdemenz erfassbar ist. Hierzu verwenden wir funktionelle Magnetresonanzbildgebung, volumetrische Magnetresonanzbildgebung und kognitive Aufgaben, die sensitiv für Veränderungen der noradrenergen Modulation sind.

Relevanz des noradrenergen Systems fuer den Erhalt kognitiver Funktionen im Alter

Noradrenalin unterstützt nicht nur kognitive Funktionen wie Gedächtnis und Aufmerksamkeit, sondern auch physiologische Hirnfunktionen wie eine Regulation des Blutflusses oder eine Hemmung von entzündlichen Prozessen. In diesem Projekt untersuchen wir, ob sich das nordrenerge System bei älteren Erwachsenen, die ungewöhnlich gut darin sind ihre kognitiven Funktionen zu erhalten von dem typisch alternder älterer Erwachsener unterscheidet. Wir untersuchen auch inwiefern eine medikamentöse Erhöhung von Noradrenalin kognitive Funktionen im Alter und in den frühen Stadien der Alzheimerdemenz verbessern kann.

Bildnachweis: Sclocco et al. 2018

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Stimulation des noradrenergen Systems als therapeutische Intervention im Alter

Eine Abnahme noradrenerger Modulation im Alter kann mit einer Abnahme kognitiver Funktionen wie zB des episodischen Gedächtnisses zusammenhängen. In diesem Projekt versuchen wir herauszufinden, ob eine Erhöhung noradrenerger Modulation durch nicht-invasive Vagusnervstimulation im Alter möglich ist und ob dies mit einer Erhöhung kognitiver Funktionen einhergehen kann. Der Vagusnerv projiziert indirekt auf den Noradrenalin ausschüttenden Locus Coeruleus im Gehirn und kann durch einen im Ohr platzierten Stimulator angesprochen werden. Um die Wirkweise des Stimulators besser zu verstehen, stimmen wir uns eng mit einem Partnerprojekt ab, dass physiologische Korrelate der nichtinvasiven Vagusnervstimulation bei Mäusen untersucht.

Dopaminerge Modulation der Gedächtniskonsolidierung im Alter

Eine Abnahme dopaminerger Modulation im Alter wird mit einer Verringerung der Fähigkeit zur Gedächtniskonsolidierung in Zusammenhang gebracht. In dieser Studie untersuchen wir, ob eine einmalige Gabe eines Medikaments, das den Dopaminspiegel erhöht, die Konsolidierung von Erlerntem im Alter verbessern kann. Hierbei verwenden wir auch funktionelle und strukturelle Hirnbildgebung um zu untersuchen ob unterindividuelle Unterschiede in der Hirngesundheit im Alter interindividuelle Unterschiede in den Effekten einer Erhöhung des Dopaminspiegels erklären können.

 

Bildnachweis: Sclocco et al. 2018

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Dopaminausschüttung bei der Gedächtnisenkodierung im Alter

In dieser Studie untersuchen wir ob eine reduzierte Dopaminausschüttung im Alter mit einer schlechteren Gedächtnisfunktion zusammenhängt. Hierzu messen wir gleichzeitig funktionelle Hirnaktivität mittels Magnetresonanztomographie und endogene Dopaminausschüttung mittels Positronenemissionstomographie während Versuchteilnehmende eine Gedächtnisaufgabe bearbeiten. Desweiteren benutzen wir hochaufgelöste funktionelle Bildgebung um die Aktivierung der dopaminergen und noradrenergen Zellkerne bei der Gedächtnisenkodierung nachzuverfolgen.

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