Altern

Methodische Probleme

• Alter ist eine quasiexperimentelle Variable, nicht frei variierbar

• Es gibt viele wichtige Faktoren, die mit dem chronologischen Alter kovariieren und nur schwer zu kontrollieren sind (lebenslange Erfahrung, Umweltbedingungen, biologische Veränderungen, unentdeckte pathologische Veränderungen etc.)

• Querschnittsansätze: Kohorteneffekte z.B. durch Lebens- und Bildungserfahrungen, „Flynn-Effekt“

• Längsschnittstudien: Stichprobenverzerrung über die Zeit (Studienabbrecher), Selektionseffekte

  (z.B. Tod, Krankheit), Übungseffekte (stärker bei Jüngeren als bei Älteren)

Der Flynn-Effekt bezeichnet die Tatsache, dass bis in die 1990er Jahre die Ergebnisse von IQ-Tests – bei unterbliebener Nacheichung – in Industrieländern im Mittel immer höhere Werte erbrachten, die gemessene Intelligenz also zunahm.

Methodische „Gegenmaßnahmen“:

• Gleichzeitiges Betrachten von querschnittlichen und längsschnittlichen Untersuchungen (mehrere Altersgruppen & Kohorten über mehrere Messzeitpunkte verfolgen)

• Statistische Modellierung von fehlenden Werten bei Studienabbruch

• Erfassung & Kontrollieren von altersabhängigen Übungseffekten

• Sorgfältiges Screening nach pathologischen Alterserscheinungen

Bei einer Längsschnittstudie wird, im Unterschied zu einer Querschnittstudie, dieselbe empirische Studie zu mehreren Zeitpunkten durchgeführt, und die Ergebnisse der einzelnen Untersuchungswellen werden verglichen.

dieselbe Studie, verschiedene Zeitpunkte

Bei einer Querschnittuntersuchung im Bereich der Psychologie werden Vorgehensweisen von Teilnehmern unterschiedlicher Altersstufen zu einem festen Untersuchungszeitpunkt miteinander verglichen.

ein Zeitpunkt, verschiedene Teilnehmer

fluide & kristalline Intelligenz

Fluide Intelligenz

• basale Prozesse der Informationsverarbeitung, unabhängig von Vorwissen

• logisches Denken, Verarbeitungsgeschwindigkeit, Arbeitsgedächtnis

  
  

steigt bis ∼25. Lebensjahr an, sinkt danach kontinuierlich ab

• Weiße Substanz Anstieg bis ∼30. Lebensjahr,

  stärkerer Abfall ab ∼50 Jahre

  
  

• Subkortikale Strukturen

  Peak in Jugendzeit mit ∼14 Jahren

  
  

• Ventrikel (Liquor) Plateau bis ∼30 Jahre, dann

  Anstieg, insbes. ab ∼60

Kristalline Intelligenz

• Lebenslange Akkumulation von Wissen und Erfahrung

• Fähigkeit, erworbenes Wissen anzuwenden

  
  

• steigt bis ins hohe Alter an oder bleibt konstant,

  moderater Abbau erst in sehr hohem Alter

Kann der kognitive Abbau durch eine Art „Generalfaktor“ erklärt werden, oder sind Defizite spezifisch für unterschiedliche kognitive Funktionen?

Tatsächlich weisen Metaanalysen auf einen derartigen Verlangsamungsfaktor bei verschiedenen Reaktionszeitaufgaben hin, was als eine unspezifische im Alter reduzierte Verarbeitungsressource interpretiert werden kann.

Eine Vielzahl von Alterseffekten in bestimmten Funktionen kann durch einen generellen Verlangsamungsfaktor beschrieben werden. Es gibt aber auch Hinweise auf funktionsspezifische Defizite.

Interaktionseffekt Alter-Bedingung:

• Bedingungseffekte wirken sich bei älteren Erwachsenen stärker aus als bei jungen Erwachsenen

  -> Hinweis auf einen spezifischen Alterseffekt, z.B. in der Effizienz der visuellen Aufmerksamkeit

Alt-jung-Funktion:

• Mittelwerte der älteren Erwachsenen werden gegen die entsprechenden Werte der jüngeren aufgetragen

• Alle Datenpunkte sind durch eine Gerade mit der Steigung 1.5 zu erklären (proportionaler „Verlang- samungsfaktor“)

• abwesend oder sehr gering

• moderate Effekte im Kortex werden kompensiert

• gering bis moderat

• moderate Alterseffekte in kortikalen Regionen, Kompensation nicht möglich

• moderat

• moderate Alterseffekte in kortikalen und medialtemporalen Regionen

• groß

• moderate Alterseffekte in kortikalen und medialtemporalen Regionen sowie große Effekte in präfrontalen Regionen

• basieren überwiegend auf Wahlreaktionszeitaufgaben

  • nicht komplexeren Aufgaben wie exekutive Funktionen, Arbeitsgedächtnis, Gedächtnis.

• Beim Vergleich von Alterseffekten über verschiedene Aufgabendomänen hinweg zeigt sich ein differenzierteres Verlangsamungsmuster

Aufgaben zum episodischen Gedächtnis & exekutiver Kontrolle:

• große Alterseffekte, Verlangsamungsfaktoren 3,0 bis 4,7

Aufgaben zu Geschwindigkeit (Wort- und Objektvergleiche):

• allgemeiner Verlangsamungsfaktor 1,5 bis 2,0

Aufgaben zum semantischen Gedächtnis: • ältere Erwachsene fast genauso effizient wie jüngere

Häufige Aktivierungsmuster:

keine/geringere Aktivierung

• Ältere zeigen keine/geringere Aktivierung in Hirnregionen, die von Jüngeren während der gleichen Aufgabe rekrutiert werden → Ausfall/Defizit einer bestimmten Funktion?

andere Hirnregionen

• Ältere zeigen Aktivität in Hirnregionen, die von Jüngeren während der gleichen Aufgabe nicht rekrutiert werden → fehlende Modularität, Ineffizienz, Dedifferenzierung?

beidseitige Aktivierung

• Ältere zeigen erhöhte Aktivität im bilateralen Regionen, während bei Jüngeren primär unilateral aktiviert wird → kompensatorische Aktivierung?

Die bisher wenigen Längsschnittanalysen legen nahe, dass ca. 30-50% der individuellen Altersunterschiede über einen generellen Faktor erklärt werden können, aber insgesamt weitere funktions- und testspezifische Faktoren bedacht werden müssen.

Neben einem generellen Alterseffekt gibt es weitere altersabhängige, funktionsspezifische Defizite.

• Oft sind einfache Geschwindigkeitsaufgaben sehr potente Mediatoren von Altersunterschieden in komplexen Aufgaben (im Einklang mit dem Generalfaktormodell).

• Regressionsanalytische Verfahren überprüfen, inwiefern Altersunterschiede in komplexeren kognitiven Aufgaben über basale Funktionsdefizite (z.B. Geschwindigkeit) erklärt werden können.

• Neben dem biologischen Altern sind Umwelt- und Lebenserfahrungen prädiktiv für Veränderungen in Hirnstruktur und Funktion,

• die wiederum die kognitive Leistungsfähigkeit bestimmen und unter Umständen die Kompensation von Defiziten ermöglichen.

• Graue Substanz starker Anstieg in Kindheit,

  danach nicht-linearer Abfall

  
  

Mögliche Faktoren:

• Verzögerungen an Synapsen durch Reduktion kritischer Neurotransmitter

  • z.B. sehr deutliche altersabhängige Reduktion von Dopamin im Striatum

• Reduktion der Myelinschicht, Verlangsamung der Leitgeschwindigkeit

  • schwächere Integrität der weißen Substanz

• Zunahme an „neural noise“ (Spontanaktivität)

  • ineffiziente, undifferenzierte Netzwerkaktivität

• Verfall & Verlust von Nervenzellen

  • Volumenminderung in kognitionsrelevanten Regionen

• Präfrontalkortex (PFC)

• Parietalkortex

• Medialen Temporalkortex

• Hippocampus

• Striatum

• Altersabhängige Volumenveränderungen sind ausgeprägt im PFC und frontostriatalen System.

  • Grundlage für Alterseffekte bei Aufgaben zu exekutiver Kontrolle und dem Arbeitsgedächtnis.

Hippocampus

• nicht-lineare altersabhängige Volumenreduktion

• Abbau vor allem im spätem Erwachsenenalter (>60 Jahre),

  hohe interindividuellen Schwankungen

Funktionelle Bildgebungsstudien

• Interpretation verminderter oder erhöhter Aktivierung bzw. Deaktivierung von spezifischen Hirnregionen bei älteren im Vergleich zu jungen Erwachsenen nicht immer eindeutig

• 
  

Kompensation durch Hochregulation

Kompensation durch Reorganisation

Kompensation durch Selektion

Wird eine erhöhte Aktivierung als kompensatorische Strategie interpretiert, um kognitiven Anforderungen gerecht zu werden (höhere „Anstrengung“), sollte sich dies i.d.R. auch auf der Verhaltensebene widerspiegeln (z.B. Korrelation mit besserer Performanz). Überrekrutierung kann allerdings auch ineffizient sein, zu keiner verbesserten oder sogar schlechteren Leistung führen, und dennoch auf kompensatorische Prozesse hinweisen (erfolgreich vs. „versuchte“ Kompensation).

Das Default-Mode-Netzwerk (DMN, „Basisnetzwerk“) ist im Ruhezustand aktiv und umfasst u.a.

• das posteriore Cingulum (PCC), den Precuneus, medialen PFC (mPFC), das anteriore Cingulum (ACC), den inferioren Parietallappen (IPL), medialen Temporallappen (MTL).

DMN-Konnektivität im Ruhezustand ist schwächer bei Älteren im Vergleich zu Jüngeren (links in grün); die Reduktion der DMN-Aktivität bei externalen kognitiven Aufgaben ist bei Älteren weniger ausgeprägt.

• Die Konnektivität zwischen PCC & mPFC nimmt mit zunehmendem Alter ab (rechts)

• Ähnliches Muster bei Risiko für Demenz

• Verhaltensmaße sind variabel sowohl zwischen als auch innerhalb von Individuen (z.B. Messung der Standardabweichung oder des Standardfehlers statt Mittelwert).

  • Diese Variabilität ist höher in der Kindheit und bei älteren Erwachsenen im Vergleich zu jungen Erwachsenen.

• Auch Bildgebungsdaten zeigen unterschiedliche Variabilität mit zunehmendem Alter: Großteil der Regionen, die Altersunterschiede zeigen, haben auch weniger Variabilität bei Älteren und sind mit langsameren Reaktionszeiten und schlechterer kognitiven Leistung assoziiert.

• U-förmiger Verlauf der Verhaltensvariabilität über die Lebensspanne

• Annahme einer umgekehrten U-Funktion der Hirnaktivität über die Lebensspanne

• Variabilität als Marker für kognitiven Abbau?

• Hohe interindividuelle Variabilität beim kognitiven Altern: manche Individuen zeigen schnelleren kognitiven Abbau mit zunehmendem Alter, während andere sehr hohe Leistungsfähigkeit in altersabhängigen Funktionen auch in sehr hohem Alter aufweisen.

• Reserve: Akkumulation neuronaler Ressourcen über die Lebensspanne

• Erhaltung (Maintenance): Wiederaufbau & Reparatur neuronaler Ressourcen

• Kompensation: Einsatz & Entfaltung (zusätzlicher) neuronaler Ressourcen

• Akkumulation neuronaler Ressourcen über die Lebensspanne aufgrund von genetischen und/oder Umweltfaktoren

• größere Reserve verbunden mit höherer synaptischer Dichte, Resilienz gegenüber strukturellem Abbau, effektivere Netzwerkaktivierung (insbesondere in frontoparietalen Regionen)

• Studie zu Bilingualismus:

  Bilinguale Ältere bessere strukturelle Integrität (DTI) und höhere Ruhekonnektivität zwischen PCC and PFC (c rot) im Vergleich zu alters- und bildungsgematchten Monolingualen, die wiederum stärkere Kopplung innerhalb des PFC zeigen (c blau-grün).

• häufig operationalisiert durch (Proxy-Variablen):

  • Bildung, berufliche Tätigkeit

  • körperliche Betätigung, sportliche Aktivitäten

  • Aktive Freizeitgestaltung, soziale Beziehungen

• Aufrechterhaltung neuronaler Ressourcen durch laufende Wiederherstellung/Reparatur

Genetische und Umweltfaktoren

• Ernährung, Übung, soziales und kognitives Engagement) beeinflussen vermutlich Neurogenese und nicht-neuronale (z.B. vaskuläre) Komponenten.

• Longitudinale MRT Studien:

  • 65-80 Jährige mit stabiler Leistung in episodischen Gedächtnisaufgaben über 4 Jahre weisen weniger hippocampale Atrophie während dieser Zeit auf im Vergleich zu Gleichaltrigen mit Defiziten im episodischen Gedächtnis.

  • Ältere mit stabilen Gedächtnisfunktionen über 20 Jahre haben vergleichbare Hippocampus-Aktivierung wie junge Erwachsene und signifikant höhere als Gleichaltrige, die Defizite im episodischen Gedächtnis entwickeln.

• Im Unterschied zu Reserve (Aufstockung von Ressourcen über benötigtes Level hinaus) geht es bei der Erhaltung um die Wiederherstellung des Ausgangsniveaus

  • Z.B. zeigen ältere Personen mit stabiler kognitiver Leistung nur minimalen Volumenabbau im Alter

  
  

Kognitives Training:

• Kontrollierte Studien zeigen eher spezifische, aber keine generalisierten Effekte kognitiven Trainings

• Programme, die multiple Aspekte trainieren, sind wahrscheinlich effektiver und verbessern kognitive

  Fähigkeiten im Alltag

• fMRT-Messungen nach dem Training zeigen i.d.R. verminderte frontoparietale Aktivität, was auf eine erhöhte neuronale Effizienz als Trainingseffekt hinweist.

episodisches Gedächtnis:

• Defizite bei der Wiedererkennung und Reproduktion neu gelernter Informationen typisches Merkmal kognitiven Alterns

semantisches Gedächtnis: eher nicht betroffen

• weiter zurückliegendes Wissen oder Lernerfahrung nicht oder erst in sehr hohem Alter betroffen.

  • D.h. Alterseffekte betreffen insbesondere das Lernen und Erinnern von neuem Faktenwissen, nicht die Erinnerung an frühere autobiografische Ereignisse.

episodisches Gedächtnis

• Bei Jüngeren und Älteren sind die gleichen Regionen aktiv, aber die kognitive Leistung wird durch neuronale Hochregulation verbessert (erhöhte Aktivität korreliert positiv mit kognitiver Leistung).

• Aufgabenschwierigkeit: Mit zunehmender Aufgaben- schwierigkeit steigt die Aktivierung, erreicht ein Plateau und fällt dann wieder ab. Bei Älteren setzt dieser Ablauf aufgrund geringerer neuronaler Ressourcen früher ein als bei Jüngeren → höhere Aktivität bei leichteren Aufgaben, geringere Aktivität bei schwierigeren.

• jüngere zeigen linksfrontale Aktivierung bei verbaler Arbeitsgedächtnis-Aufgabe, ähnlich wie Ältere mit schlechter kognitiver Leistung. Ältere, die bei der Aufgabe gut abschneiden, rekrutieren den bilateralen PFC.

• Ältere nutzen andere Regionen oder Netzwerke als Jüngere, die weniger effizient, dafür aber unter Umständen weniger anspruchsvoll sind.

Fitnesstraining:

• Aerobisches Fitnesstraining hat positive Effekte auf kognitive Leistungsfähigkeit, Hirnstruktur und funktionelle Aktivität.

• das Ausmaß neuroanatomischer und neurokognitiver Plastizität im Alter und inwiefern diese durch Übung beeinflusst werden kann, ist aber noch Gegenstand der Forschung.