Age-related differences in cortical functional connectivity during du al-task walking: a cross-sectional fNIRS study

Das Gehen ist eines der automatischsten Dinge, die ein Mensch tut. Wir denken nicht darüber nach, einen Fuß zu heben, das Gewicht zu verlagern oder eine Ferse abzusetzen; der Körper erledigt dies einfach, während der Geist frei schweifen kann. Doch wenn Menschen älter werden, beginnt dieser automatische Prozess oft, mehr bewusste Aufmerksamkeit zu erfordern. Das Gehirn muss härter arbeiten, um die Beine sicher in Bewegung zu halten, besonders wenn der Geist gleichzeitig versucht, etwas anderes zu tun, wie etwa eine Einkaufsliste zu erinnern oder ein Gespräch zu führen. Dieser Kampf zwischen der Bewegung des Körpers und dem Denken eines Gedankens wird als Dual-Tasking (Doppelaufgabenbewältigung) bezeichnet, und genau hier werden die verborgenen Veränderungen des Alterns oft sichtbar. Wissenschaftler vermuten schon lange, dass das alternde Gehirn neu organisiert, wie es diese konkurrierenden Anforderungen verwaltet, aber genau zu beobachten, wie die verschiedenen Teile des Gehirns miteinander kommunizieren, während eine Person geht, war schwierig. Um dies zu verstehen, benötigen Forscher eine Möglichkeit, das Gehirn in Aktion zu beobachten, ohne die Person zu bitten, still in einer riesigen Maschine zu liegen.

Ein Forschungsteam aus China setzte sich zum Ziel, diesen Prozess direkt zu beobachten, indem es gesunde ältere Erwachsene mit gesunden jüngeren Erwachsenen verglich. Sie verwendeten ein tragbares Gerät, das sicheres, nahes Infrarotlicht durch die Kopfhaut leitet, um den Blutfluss in den äußeren Schichten des Gehirns zu messen. Diese Technologie, die funktionelle Nahe-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS), fungiert wie ein Fenster in die Gehirnaktivität, während die Person frei beweglich ist. Die Forscher baten achtundfünfzig Freiwillige, drei verschiedene Aktivitäten durchzuführen: allein gehen, sitzen und ein Wortspiel machen sowie gleichzeitig gehen und das Wortspiel machen. Das Wortspiel erforderte von den Teilnehmern, Wörter zu finden, die bestimmte Zeichen enthalten – eine Aufgabe, die Konzentration und Gedächtnis verlangt. Durch die Messung der Blutflussmuster während dieser Aufgaben konnte das Team sehen, wie verschiedene Regionen des Gehirns miteinander vernetzt waren, um den Körper in Bewegung zu halten und den Geist arbeiten zu lassen.

Die Studie umfasste dreißig ältere Erwachsene mit einem Medianalter von 67 Jahren und achtundzwanzig jüngere Erwachsene mit einem Medianalter von 24 Jahren. Vor Beginn des Hirnscannens bestätigten die Forscher, dass die ältere Gruppe etwas niedrigere Werte in Standardtests des Gedächtnisses und der Denkgeschwindigkeit aufwies, was für die Altersgruppe typisch ist, aber alle waren gesund genug, um ohne Schwierigkeiten zu gehen und zu sprechen. Die Teilnehmer trugen eine Kappe, die mit Sensoren ausgestattet war, die die Vorderseite und die Oberseite des Kopfes abdeckten – Bereiche, die bekannt dafür sind, an der Planung von Bewegungen und dem Denken beteiligt zu sein. Die Forscher zeichneten dann die Gehirnaktivität auf, während die Freiwilligen einen geraden Pfad entlangliefen, ruhig Zahlen aufsagten und schließlich Wörter generierten, während sie gingen. Das Ziel war es zu sehen, ob sich die Art und Weise, wie die Gehirnregionen kommunizierten, änderte, wenn die Aufgabe schwieriger wurde, und ob diese Veränderungen bei der älteren Gruppe anders aussah als bei der jüngeren Gruppe.

Die Ergebnisse zeigten einen klaren Unterschied darin, wie die beiden Altersgruppen die Herausforderung des Gehens beim gleichzeitigen Denken bewältigten. Bei den jüngeren Erwachsenen blieben die Kommunikationsmuster des Gehirns bemerkenswert stabil. Ob sie nun allein gingen oder während des Lösen des Worträtsels gingen, die Verbindungen zwischen den verschiedenen Teilen ihres Gehirns änderten sich nicht signifikant. Ihr Gehirn schien die zusätzliche mentale Last zu bewältigen, ohne die internen Netzwerke neu organisieren zu müssen. Die älteren Erwachsenen zeigten jedoch ein ganz anderes Bild. Als sie während des Denkens gingen, wurden die Verbindungen innerhalb spezifischer Bereiche der rechten Gehirnhälfte, insbesondere der Regionen, die für die Planung und Koordination von Bewegungen zuständig sind, schwächer. Gleichzeitig wurde die Verbindung zwischen dem Denkteil des Gehirns vorne und einer Region nahe dem Ohr, die bei Sprache und Klang hilft, stärker.

Diese Verschiebung im alternden Gehirn deutet darauf an, dass sich das Netzwerk der Kommunikation ändert, wenn die Aufgabe schwierig wird. Die Schwächung der Verbindungen in den Bewegungsplanungsbereichen könnte darauf hindeuten, dass diese Regionen Schwierigkeiten haben, ihre übliche Koordination aufrechtzuerhalten, wenn das Gehirn auch mit einem Wortspiel beschäftigt ist. Im Gegensatz dazu deutet die stärkere Verbindung zwischen dem Denkbereich und dem Sprachbereich darauf hin, dass das ältere Gehirn zusätzliche Hilfe aus anderen Teilen des Netzwerks rekrutiert, um der Anforderung gerecht zu werden. Die Forscher fanden heraus, dass diese Veränderungen nicht zufällig waren; die Stärke dieser Verbindungen war mit der Leistung der Teilnehmer in Gedächtnistests und der Geschwindigkeit, mit der sie von einem Stuhl aufstehen und gehen konnten, verknüpft. Diejenigen mit stärkeren Verbindungen in den Bewegungsbereichen tendierten zu besseren Ergebnissen in kognitiven Tests, während diejenigen mit der stärkeren Verbindung zwischen dem Denk- und dem Sprachbereich eher unterschiedliche Leistungsmuster zeigten.

Die Studie untersuchte auch, wie gut die Teilnehmer die Aufgaben tatsächlich ausführten. Während des Dual-Task-Gehens generierten die älteren Erwachsenen weniger korrekte Wörter als die jüngeren Erwachsenen, was bestätigte, dass die mentale Last für sie tatsächlich schwerer war. Die Forscher merkten jedoch an, dass sie nicht genau messen konnten, wie sich die Gehgeschwindigkeit oder die Stabilität während des Wortspiels veränderte, sodass sie nicht mit Sicherheit sagen konnten, ob die älteren Erwachsenen ihre Gehsicherheit opferten, um besser zu denken, oder umgekehrt. Die Ergebnisse bezogen sich spezifisch auf den Moment des Gehens und Denkens; wenn die älteren Erwachsenen nur gingen oder nur dachten, sahen ihre Gehirnverbindungen der jüngeren Gruppe sehr ähnlich. Dies impliziert, dass die einzigartigen Unterschiede in der Organisation ihres Gehirns erst dann offensichtlich werden, wenn sie gezwungen sind, beides gleichzeitig zu tun.

Diese Beobachtungen bieten eine klarere Sicht darauf, was im alternden Gehirn während komplexer täglicher Aktivitäten geschieht. Die Tatsache, dass das ältere Gehirn unter Druck unterschiedliche Verbindungsmuster zeigt, legt nahe, dass das Gehirn versucht, sich an die Herausforderung anzupassen, indem es vielleicht andere Wege nutzt, um die Aufgabe zu bewältigen. Obwohl die Studie nicht beweist, dass diese Veränderungen gut oder schlecht sind, zeigt sie, dass das Netzwerk des Gehirns flexibel und reaktionsfähig auf die Anforderungen des Augenblicks ist. Die Forscher räumten ein, dass ihre Stichprobengröße bescheiden war und dass die Studie eine Momentaufnahme war, wessofern sie nicht zeigen kann, wie sich diese Muster über Jahre hinweg verändern. Sie merkten auch an, dass die spezifische Gestaltung des Wortspiels die Ergebnisse beeinflusst haben könnte und dass die verwendete Technologie nur die Oberfläche des Gehirns sieht. Trotz dieser Einschränkungen bietet die Arbeit einen konkreten Blick auf die unsichtbaren Anpassungen, die das Gehirn vornimmt, um uns in Bewegung und im Denken zu halten, und zeigt, dass das alternde Gehirn nicht einfach langsamer wird, sondern sich als Reaktion auf die Welt um es herum neu verdrahtet.