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

Lopen is een van de meest automatische dingen die een mens doet. We denken niet na over het optillen van een voet, het verplaatsen van het gewicht of het neerzetten van een hiel; het lichaam regelt het simpelweg terwijl de geest vrij is om te dwalen. Toch begint dit automatische proces naarmate mensen ouder worden vaak meer bewuste aandacht te vereisen. De hersenen moeten harder werken om de benen veilig in beweging te houden, vooral wanneer de geest ook probeert iets anders te doen, zoals een boodschappenlijstje onthouden of een gesprek te voeren. Deze strijd tussen het bewegen van het lichaam en het denken van een gedachte staat bekend als dual-tasking (dubbeltaken), en dat is waar de verborgen veranderingen van veroudering vaak zichtbaar worden. Wetenschappers vermoeden al lang dat de verouderende hersenen reorganiseren hoe ze deze concurrerende eisen beheren, maar precies zien hoe de verschillende delen van de hersenen met elkaar communiceren terwijl een persoon loopt, is moeilijk geweest. Om dit te begrijpen, hebben onderzoekers een manier nodig om de hersenen in actie te zien zonder de persoon te vragen stil te liggen in een enorme machine.

Een team van onderzoekers in China zette zich scharpe om dit proces direct te observeren door gezonde oudere volwassenen te vergelijken met gezonde jongere volwassenen. Ze gebruikten een draagbaar apparaat dat veilig, nabij-infrarood licht door de hoofdhuid schijnt om de bloedstroom in de buitenste lagen van de hersenen te meten. Deze technologie, genaamd functionele nabij-infrarood spectroscopie, werkt als een venster naar de hersenactiviteit terwijl de persoon vrij kan bewegen. De onderzoekers vroegen vijfen vijftig vrijwilligers om drie verschillende activiteiten uit te voeren: alleen lopen, zitten en een woordspel doen, en lopen terwijl ze tegelijkertijd het woordspel doen. Het woordspel vereiste dat de deelnemers woorden bedachten die specifieke karakters bevatten, een taak die concentratie en geheugen vraagt. Door de bloedstroompatronen tijdens deze taken te meten, kon het team zien hoe verschillende hersengebieden met elkaar verbonden waren om het lichaam in beweging te houden en de geest werkend te houden.

De studie omvatte dertig oudere volwassenen, met een mediane leeftijd van zestienenzeventig jaar, en achtentwintig jongere volwassenen, met een mediane leeftijd van vierentwintig jaar. Voordat de hersenscan begon, bevestigden de onderzoekers dat de oudere groep iets lagere scores behaalde op standaardtesten van geheugen en denksnelheid, wat gebruikelijk is voor deze leeftijdsgroep, maar iedereen was gezond genoeg om zonder problemen te kunnen lopen en praten. De deelnemers droegen een kap met sensoren die de voorkant en bovenkant van het hoofd bedekten, gebieden die bekend staan om hun betrokkenheid bij het plannen van beweging en denken. De onderzoekers registreerden vervolgens de hersenactiviteit terwijl de vrijwilligers een recht pad afliepen, rustig zaten om getallen op te zeggen en tot slot woorden genereerden terwijl ze liepen. Het doel was om te zien of de manier waarop de hersengebieden communiceerden veranderde wanneer de taak moeilijker werd, en of die veranderingen er anders uitzagen voor de oudere groep vergeleken met de jongere groep.

De resultaten toonden een duidelijk verschil in hoe de twee leeftijdsgroepen de uitdaging van lopen en denken aanpakten. Voor de jongere volwassenen bleven de communicatiepatronen van de hersenen opmerkelijk stabiel. Of ze nu alleen liepen of liepen terwijl ze het woordpuzzel oplosten, de verbindingen tussen de verschillende delen van hun hersenen veranderden niet significant. Hun hersenen leken de extra mentale belasting aan te kunnen zonder de noodzaak om hun interne netwerken te reorganiseren. De oudere volwassenen vertoonden echter een heel ander beeld. Wanneer zij liepen terwijl ze nadachten, werden de verbindingen binnen specifieke gebieden aan de rechterkant van hun hersenen, met name de regio's die verantwoordelijk zijn voor het plannen en coördineren van beweging, zwakker. Tegelijkertijd werd de verbinding tussen het denkende deel van de hersenen aan de voorkant en een gebied nabij het oor dat helpt bij taal en geluid sterker.

Deze verschuiving in de oudere hersenen suggereert dat wanneer de taak moeilijk wordt, het netwerk van communicatie van vorm verandert. De verzwakking van de verbindingen in de gebieden voor bewegingsplanning kan erop wijzen dat deze regio's moeite hebben om hun gebruikelijke niveau van coördinatie te behouden wanneer de hersenen ook bezig zijn met een woordspel. In contrast hiermee suggereert de sterkere link tussen het denkgebied en het taalgebied dat de oudere hersenen extra hulp rekruteren uit andere delen van het netwerk om aan de vraag te voldoen. De onderzoekers ontdekten dat deze veranderingen niet willekeurig waren; de sterkte van deze verbindingen was gekoppeld aan hoe goed de deelnemers presteerden op geheugentests en hoe snel ze uit een stoel konden opstaan en lopen. Degenen met sterkere verbindingen in de bewegingsgebieden hadden de neiging betere scores te halen op cognitieve tests, terwijl degenen met de sterkere link tussen het denk- en taalgebied de neiging hadden tot iets andere prestatiepatronen.

De studie keek ook naar hoe goed de deelnemers de taken daadwerkelijk uitvoerden. Tijdens het wandelen met dubbele taak genereerden de oudere volwassenen minder correcte woorden dan de jongere volwassenen, wat bevestigde dat de mentale belasting inderdaad zwaarder voor hen was. De onderzoekers merkten echter op dat ze niet precies konden meten hoe de loopsnelheid of stabiliteit veranderde tijdens het woordspel, dus ze konden niet met zekerheid zeggen of de oudere volwassenen hun loopveiligheid opofferden om beter te kunnen denken, of andersom. De bevindingen waren specifiek voor het moment van lopen en denken; wanneer de oudere volwassenen alleen liepen of alleen dachten, zagen hun hersenverbindingen er veel meer uit als die van de jongere groep. Dit impliceert dat de unieke verschillen in hoe hun hersenen zijn georganiseerd pas duidelijk worden wanneer ze gedwongen worden beide dingen tegelijkertijd te doen.

Deze observaties bieden een duidelijker beeld van wat er gebeurt in de verouderende hersenen tijdens complexe dagelijkse activiteiten. Het feit dat de oudere hersenen alleen onder druk andere verbindingspatronen vertonen, suggereert dat de hersenen proberen zich aan te passen aan de uitdaging, misschien door andere paden te gebruiken om de klus te klaren. Hoewel de studie niet bewijst of deze veranderingen goed of slecht zijn, laat het zien dat het netwerk van de hersenen flexibel en responsief is aan de eisen van het moment. De onderzoekers erkenden dat hun steekproef omvang beperkt was en dat de studie een momentopname was, waardoor het niet kan laten zien hoe deze patronen over jaren heen veranderen. Ze merkten ook op dat de specifieke manier waarop het woordspel was ontworpen, de resultaten mogelijk heeft beïnvloed, en dat de gebruikte technologie alleen het oppervlak van de hersenen ziet. Ondanks deze beperkingen biedt het werk een concreet kijkje in de onzichtbare aanpassingen die de hersenen maken om ons te laten bewegen en denken, waarbij wordt onthuld dat de verouderende hersenen niet simpelweg vertragen, maar zichzelf herbedraden als reactie op de wereld om hen heen.