Leeftijdsgebonden verschillen in actieselectie en leren Een multimodale beeldvormingsbenadering

Recente voortgang op het gebied van medische technologieën en dienstverlening heeft geleid tot een toegenomen levensverwachting, terwijl leeftijdsgebonden afname in cognitieve en motorische functies bijkomend druk uitoefent op de sociale en gezondheidszorgsystemen. Deze demografische ontwikkeling benadrukt de cruciale noodzaak om de nadelige effecten van veroudering op het menselijk functioneren in het dagelijks leven verder te onderzoeken. Met name de verminderde motorische controle vormt een aanzienlijke bedreiging voor de functionele onafhankelijkheid en levenskwaliteit. Daarom hebben we ons in het eerste deel van deze thesis gericht op de door ouderdom veroorzaakte neurodegeneratieve veranderingen in de hersenen, en hun effect op de uitvoering van actieselectie, als een proxy voor motorisch functioneren.

In overeenstemming hiermee toonde ons onderzoek dat de leeftijdsgebonden achteruitgang van prefronto-striatale structurele connectiviteit verband hield met moeilijkheden in taken gekenmerkt door actieselectie. Dit zou te wijten kunnen zijn aan de verminderde capaciteit en snelheid van informatieoverdracht, wat negatieve gevolgen heeft voor  actieselectie. Bovendien toonden we aan dat de leeftijdsgebonden afname van de concentraties van neurometabolieten gerelateerd aan witte stof, correleert met achteruitgang in de microstructurele eigenschappen van de primaire motorische cortex. Deze bevinding zou dus kunnen bijdragen tot de waargenomen traagheid bij oudere volwassenen. Ten slotte,  betreffende de effecten van veroudering op de inhibitorische en excitatorische breinmechanismen illustreerde ons onderzoek dat oudere volwassenen lagere concentraties van zowel GABA als Glx vertoonden. Onze bevindingen toonden daarenboven een significante taak-geïnduceerde toename in de exciteerbaarheid van SM1 (op basis van toegenomen Glx concentratie) tijdens het uitvoeren van de SRT-taak. Verder verhelderden we hoe taak-geïnduceerde modulaties van GABA en Glx verband hielden met prestaties in actieselectie en leren. De waargenomen effecten werden gedreven door jongvolwassenen, en de trends verschilden tussen jongeren en ouderen. Onze hypothese was dat de differentiële effecten tussen de groepen verklaard konden worden door de leeftijdsgebonden structurele en functionele veranderingen in het centraal zenuwstelsel van oudere volwassenen.

In het tweede deel van deze thesis hebben we ons gericht op de rol van inhibitorische en excitatorische neurometabolieten in de transfer van het leren. Hoewel we geen significante taak- of transfer-geïnduceerde modulatie vonden in de concentraties van GABA en Glx, toonden onze bevindingen een significant verband aan tussen de concentratie van S1 Glx tijdens de taak en betere transfer van leren. Dit onderzoek diende als fundament voor de uitbreiding van dit paradigma naar verouderingsstudies.

Bijgevolg was onze interesse primair gericht op het onderzoeken van de nadelige effecten van veroudering op GABA en Glx concentraties, samen met structurele hersenconnectiviteit, die mogelijks leiden tot verminderde prestatie en leren bij oudere volwassenen in vergelijking met jonge volwassenen. Samengenomen maakten de studies in deze thesis gebruik van een geavanceerde multimodale neuroimaging benadering om de effecten van veroudering op het brein vanuit diverse invalshoeken te bestuderen. De fundamentele experimentele bevindingen die in deze thesis werden verkregen, kunnen een inspiratiebron zijn voor meer klinisch georiënteerde experimenten die gericht zijn op de ontwikkeling van farmaceutische, gedrags- en hersenstimulatie-interventies om zodoende een effect teweeg te brengen op metabolieten in het menselijke brein. Zulke interventies hebben het potentieel om nadelige effecten van veroudering te verzachten, uit te stellen of te verlichten, en dus bij te dragen aan een verbeterd cognitief en motorisch welzijn in de verouderende bevolking, alsook aan een toename in levens- en gezondheidsspanne.

Functionele en structurele hersenconnectiviteit is een ontluikend onderzoeksgebied binnen de neurowetenschappen met een enorm potentieel voor het beter begrijpen van gedrag in normale en pathologische omstandigheden. In dit project zullen we gebruik maken van geavanceerde medische beeldvormingstechnieken om de microstructurele organizatie van witte hersenstof bij de mens te onderzoeken met behulp van diffusie-gewogen beeldvorming (Diffusion Weighted Imaging, DWI) in combinatie met Constrained Spherical Deconvolution. Dit laat ons toe om structurele hersenconnectiviteit te bestuderen. Functionele Magnetische Beeldvorming (fMRI) wordt aangewend om de functionele interacties in het brein te onderzoeken. De combinatie van beide technieken laat ons toe om de samenhang tussen structurele en functionele connectiviteit te bestuderen en hun relatie met motorische controle te onderzoeken. Ouderdomsgerelateerde veranderingen in de microstructuur van de witte hersenstof worden onderzocht in relatie tot de uitvoering van diverse motorische taken om ouderdomsgerelateerde veranderingen in structurele en functionele connectiviteit in kaart te brengen en hun rol in de fijne motorische sturing bij ouderen te onderzoeken.