Continuous and discrete brain dynamics to study behavioral adaptation during cognitive motor dual-tasking in younger and older adults

Stellen Sie sich Ihr Gehirn wie eine geschäftige Stadt mit Millionen von Straßen, Ampeln und Lieferwagen vor, die ständig in Bewegung sind. Manchmal läuft die Stadt reibungslos, aber manchmal kommt es zur Rushhour, wenn zwei große Ereignisse gleichzeitig stattfinden: eine Parade (eine mentale Aufgabe) und eine Baustelle (eine physische Aufgabe), die versuchen, dieselben Straßen zu nutzen. Wissenschaftler, die den „Verkehr“ des Gehirns untersuchen, sind besonders daran interessiert, was passiert, wenn Menschen älter werden. Verstopfen die Straßen? Werden die Ampeln verwirrt? Lange Zeit betrachteten Forscher diese Rushhour, indem sie eine einzige, verschwommene Momentaufnahme der gesamten Reise machten. Sie maßen, wie gut jemand eine Aufgabe von Anfang bis Ende bewältigte, berechneten den Durchschnitt und verglichen dies mit dem Ausführen nur einer Sache zur Zeit. Aber dieser Ansatz setzt voraus, dass der Verkehrsfluss die ganze Zeit über gleich bleibt, was nicht unbedingt der Fall sein muss. Genau wie bei einem echten Arbeitsweg kann Ihr Gehirn zu Beginn einer Fahrt chaotisch sein und später einen reibungslosen Rhythmus finden. Zu verstehen, wie sich das Gehirn während der Fahrt anpasst, anstatt nur das Endziel zu betrachten, ist der Schlüssel zu der Frage, wie wir im Alter geistig fit bleiben.

Diese Arbeit taucht genau in diese Frage ein, indem sie beobachtet, wie das Gehirn seine „Verkehrsmuster“ ändert, während Menschen zwei Aufgaben gleichzeitig bewältigen. Die Forscher baten vierzig ältere Erwachsene (zwischen 50 und 80 Jahren) und zwanzig jüngere Erwachsene (zwischen 20 und 40 Jahren), etwas Schwieriges in einem MRT-Gerät zu tun. Sie mussten mit den Füßen ein spezielles Fahrrad pedalieren und gleichzeitig ein mentales Spiel namens „Go/NoGo“ spielen, bei dem sie schnell auf einige Signale reagieren und bei anderen innehalten mussten. Die Wissenschaftler betrachteten nicht nur die Endpunktzahl; sie unterteilten die Sitzung in acht Abschnitte oder „Blöcke“, um zu sehen, wie sich die Leistung vom ersten bis zum letzten Block veränderte. Sie verwendeten außerdem zwei verschiedene Super-Linsen, um die interne Verdrahtung des Gehirns zu beobachten: eine, die die Verbindungen wie einen kontinuierlichen Fluss sieht (dynamische unabhängige Komponentenanalyse), und eine andere, die erkennt, wie das Gehirn zwischen verschiedenen „Modi“ oder Zuständen springt, ähnlich wie beim Umschalten eines Radiosenders (ein Hidden-Markov-Modell).

Die Ergebnisse zeigten, dass das Gehirn alles andere als statisch ist. Als alle die Dual-Task-Herausforderung begannen, waren die Reaktionszeiten beim Treten des Pedals sehr unbeständig – sehr schwankend und inkonsistent. Aber im Laufe der Sitzung beruhigte sich das Ganze. Bis zum sechsten Block war das Wackeln weitgehend verschwunden und die Leistung blieb stabil. Die beiden Altersgruppen nahmen jedoch unterschiedliche Wege dorthin. Die älteren Erwachsenen begannen mit viel Schwankung, schafften es aber, dies erheblich zu glätten und kamen ihrem üblichen Single-Task-Rhythmus viel näher. Die jüngeren Erwachsenen hingegen begannen bereits recht stabil und hatten wenig Raum für Verbesserungen, sodass ihre Leistung während der gesamten Zeit relativ flach blieb.

Die Studie legt nahe, dass diese „Verbesserung“ oder Stabilisierung mit der Art und Weise zusammenhängt, wie die Netzwerke des Gehirns miteinander kommunizieren. Für diejenigen, die den größten Rückgang an Schwankungen zeigten (den „Dual-Task-Vorteil“), wiesen ihre Gehirne zwei spezifische Dinge auf: eine starke, stetige Verbindung über ein riesiges, stadtweites Netzwerk, das Attentions-, Kontroll- und Bewegungssysteme umfasst, sowie eine gesunde Menge an „Umschalten“ zwischen verschiedenen Netzwerkzuständen. Interessanterweise waren die Gehirnmuster, die den älteren Erwachsenen halfen, sich zu verbessern, jene, die sie häufiger nutzten, während die Muster, die die jüngeren Erwachsenen stabil hielten, die waren, auf die sie sich verließen. Es scheint, als ob beide Gruppen die Herausforderung erfolgreich bewältigten, dies jedoch mit unterschiedlichen „Verkehrsmanagement“-Strategien taten. Das ältere Gehirn könnte wie eine Stadt sein, die mit einem Stau beginnt, aber dann eine neue, effiziente Route lernt, um ihn aufzulösen, während das jüngere Gehirn wie eine Stadt ist, die gar keinen Stau hatte und auf einer vertrauten, stabilen Autobahn dahin cruised. Dies zeigt uns, dass erfolgreiche Anpassung nicht nur davon abhängt, wie schnell oder langsam man ist, sondern wie der kontinuierliche Fluss und die diskreten Schaltzustände des Gehirns zusammenwirken, um uns auch dann reibungslos in Bewegung zu halten, wenn die Straße kompliziert wird.