Was passiert mit dem Gehirn in 30, 40 und 70 Jahren
Unsere Arbeit befasst sich mit Arten der Gehirnaktivität, aber der Schwerpunkt liegt bei mir
Der Fokus unserer Forschung lag auf dem AlterDie Unterschiede liegen in der Aktivität der Gehirnfunktion bei jungen und älteren Personen. Dieses Thema ist wichtig wegen neurodegenerativer Erkrankungen, die mit dem Altern einhergehen (Alzheimer-Krankheit und Parkinson-Krankheit, Demenz). Es gibt keine Heilung als solche, aber es ist sehr wichtig, die Krankheit frühzeitig zu erkennen und mit der Rehabilitation zu beginnen.
Das Gehirn macht mit zunehmendem Alter viel durch.verändert sich, wie der ganze Körper. Sie können sowohl struktureller als auch funktionaler Natur sein. Strukturell sind Veränderungen in der Funktion eines Organs. Auch die Plastizität des Gehirns verändert sich – dadurch lernen wir nicht nur Wissen, sondern auch motorische Fähigkeiten. Auch diese Eigenschaft nimmt mit der Zeit ab und beeinträchtigt sowohl motorische als auch kognitive Funktionen.
Wie das Gehirn im Alter die Organalterung kompensiert
Das Gehirn ist ein Organ, das aus mehreren bestehtAnteile. Der motorische Kortex enthält die wertvollsten Informationen darüber, wie er Bewegungen verarbeitet. Daher ist es möglich, gemäß den Signalen der elektrischen Aktivität des Gehirns, die genau aus dem motorischen Kortex entnommen werden, viele Ergebnisse zu erhalten, um mit der Bewegung verbundene Muster zu identifizieren. Jeder dieser Bereiche ist für etwas anderes zuständig, und Bewegungen werden nicht nur im motorischen Kortex verarbeitet, sondern beziehen je nach Alter auch andere Bereiche mit ein.
„Das Gehirn ist ein Organ, das aus mehreren Lappen besteht“
Strom wird von Neuronen genommen - also sind sie einandermit einem Freund kommunizieren. Es wird durch Verbindungen zu anderen Neuronen übertragen und bildet ein Muster. Es gibt auch Studien zu chemischen Verbindungen, die zwischen Neuronen auftreten, sie können auch untersucht werden.
Strukturelle Veränderungen im Gehirn beziehen sich auf das Volumenweiße und graue Substanz. Grau ist die Substanz des Gehirns, die aus einem Körper von Neuronen besteht. Dies ist die äußere Hülle des Gehirns, die weiße Substanz befindet sich hauptsächlich im Inneren und ist mit grauer Substanz bedeckt. Es gibt keine Neuronen in der weißen Substanz, aber es gibt Verbindungen zwischen Neuronen - Synapsen.
Zur funktionellen MagnetresonanztomographieIm Gehirn eines gesunden älteren Patienten und eines Alzheimer-Patienten können Sie den Grad des Verlusts der grauen Substanz mit dem Alter sehen - das ist normal. Aber bei der Alzheimer-Krankheit gibt es viele rote Bereiche. Darunter versteht man den Verlust der grauen Substanz um mehr als 4 %, das ist viel mehr als bei normaler Alterung. Die graue Substanz enthält Neuronen, sodass das Gehirn nicht mehr so funktionieren kann wie früher. Und bei älteren Patienten überschreiten die Verluste 2% nicht - dies liegt im normalen Bereich.
Weiße Substanz enthält SynapsenEs enthält keine Neuronen, aber es nimmt auch mit zunehmendem Alter an Volumen ab. Auf den Scans eines 25-jährigen und eines 75-jährigen Mannes weisen weiße Bereiche auf einen Verlust an weißer Substanz hin - häufiger gehen sie altersbedingt verloren. Dies ist ein normaler Prozess, bei dem sich das Gehirn neu verdrahtet.
Scans eines Mannes im Alter von 25 und 75 Jahren
Wenn es um funktionale Veränderungen geht, haben sieim Hinblick auf Veränderungen in den Netzwerkstrukturen, die sich im Gehirn bilden. Die Netzwerkstruktur kann aufgebaut und erkannt werden, indem die elektrische Aktivität des Gehirns analysiert wird, was wir tun. Das Hauptmerkmal des Alterns ist der Rückgang oder die Abnahme der Anzahl von Verbindungen, aber gleichzeitig gibt es eine Zunahme von Verbindungen zwischen verschiedenen Netzwerken. Das Gehirn möchte also den Verbindungsverlust kompensieren, um seine Funktionsfähigkeit aufrechtzuerhalten. Dies wird als Kompensationsfunktion bezeichnet.
Über das Netzwerk funktionaler Verbindungen zwischen Jung und Altbei einer Person ohne schwere neurologische Erkrankungen ist der Unterschied sofort sichtbar. Bei jungen Menschen besteht das Netzwerk funktionaler Verbindungen aus vier großen Clustern. Gleichzeitig brechen Netzwerke mit zunehmendem Alter auf, die Verbindungen innerhalb der einzelnen Netzwerke werden schwächer, was dazu führt, dass das Netzwerk in mehrere Subnetze zerfällt. Dennoch sind die Verbindungen zwischen den Netzwerken viel stärker als die der Jugendlichen. Dies ist genau die Illustration des Kompensationsmechanismus.
Funktionelle Veränderungen im Gehirn von zwei Patienten
Wie das Gehirn untersucht wird
Wir haben ein experimentelles Labor basierend aufdenen wir Experimente zur Aufzeichnung elektroenzephalographischer Signale in verschiedenen Probandengruppen durchführen. Sie können für verschiedene Zwecke geschrieben werden, aber ich werde über motorische Funktionen sprechen.
Die Kappe erleichtert das Einsetzen der Elektroden, dieLesen Sie Signale aus verschiedenen Bereichen des Gehirns. Rote Quadrate und Kreise markieren jene Kanäle, die in die sensomotorische Region eintreten. Sie tragen die wichtigsten Informationen darüber, wie das Gehirn zum Zeitpunkt der Bewegung aktiviert wird. Dabei ist Motorik ein sehr lockerer Begriff, es geht nicht nur um die Ausführung von Bewegungen, sondern auch um deren Planung.
Wie wird die elektrische Aktivität des Gehirns gemessen?
Die Muster dieser Arten von Aktivitäten sind ziemlich ähnlich, aber sie müssen in der Lage sein, sie zu unterscheiden. Daher beschäftigen wir uns mit der Entwicklung eines guten Klassifikators und einer Gehirn-Computer-Schnittstelle.
In Experimenten schreiben wir einen Hintergrundeintrag, so geht'ssogenannte Ruhezustandsaufzeichnungen, bei denen eine Person mit gefalteten Händen ruhig dasitzt. Seine Augen sind offen, er hört etwas Musik, und wir bitten Sie, an nichts Besonderes zu denken, damit auf den Elektroenzephalogramm-Aufzeichnungen keine Geräusche zu hören sind.
Eintrag im Ruhezustand
Auf der Elektroenzephalogramm-Aufzeichnung bedeuten die Zahlen, inin welchem Teil des Gehirns sie sich befinden. C3 ist die linke Hemisphäre, C4 ist die rechte Hemisphäre. Es gibt einen bekannten Effekt auf die Kontralateralität der Motorik – wenn Sie Ihre linke Hand bewegen, wird die rechte Hemisphäre aktiviert und umgekehrt. Daher ist es wichtig, ein vollständiges Arrangement zu schreiben.
Aufzeichnung des Elektroenzephalogramms
In der Zeitleiste von 0 bis 40 Sekunden sind drei Signale hervorgehobenFragmente, in denen eine Person Bewegungen ausführte - ihre Hand drückte und löste. Bei Rohsignalen ist nichts sichtbar. Daher ist es notwendig, Signalanalysemethoden anzuwenden, und eine der klassischsten Methoden ist die Zeit-Frequenz-Analyse.
Zeit-Frequenz-Analyse
Ein helles Bild ist eine Fläche, die es enthältInformationen über die Energien der einzelnen Frequenzbereiche. Oben ist ein Fragment des EEG-Signals, die rote vertikale Linie markiert den Moment, in dem das Tonsignal passiert ist - danach hat die Person eine Bewegung gemacht. Der grüne Streifen auf der Oberfläche entspricht dem Alpha-Rhythmus. Wir haben die Oberfläche vermessen und berechnet, dass der grüne Balken ungefähr im Bereich von 8 bis 14 Hertz liegt, was Alpha-Rhythmen entspricht.
Der Alpha-Rhythmus ist der Grundrhythmus des Gehirnsdie für eine Vielzahl von Aufgaben zuständig ist. Im Zusammenhang mit der Motorik trägt es auch sehr viele Informationen darüber, wie das Gehirn mit unseren Bewegungen fertig wird. Es ist zum Beispiel bekannt, dass der Alpha-Rhythmus Energie verliert, wenn eine Person eine Bewegung ausführt, und dies wird als Desynchronisation des Alpha-Rhythmus bezeichnet.
Altersunterschiede
Das Bild, in dem zwei Kurven dargestellt sind, zeigt die durchschnittlichen Energien des Alpha-Rhythmus. Die grüne Linie steht für junge Probanden im Alter von 18 bis 35 Jahren, der rote Streifen für ältere Probanden im Alter von ungefähr 55 bis 70 Jahren.
Auf der linken Seite ist der Unterschied nicht besonders deutlich, aberWenn Sie auf die rechte Hand schauen, können Sie sehen, dass der Alpha-Rhythmus nach dem Signal, das bei Null liegt, in beide Gruppen fällt, die Energie abnimmt, eine Desynchronisation auftritt.
Zeit-Frequenz-Analyse
Aber bei jungen Probanden diese Desynchronisationdauert bis zum Ende der Bewegung und der Alpha-Rhythmus wird wiederhergestellt, nachdem die Person ihre Hand öffnet. Bei älteren Probanden beginnt der Alpha-Rhythmus kurz nach dem Zusammenpressen der Hand auf Null zurückzukehren.
Es ist möglich, Altersunterschiede zu messen, auszuwerten undein anderer Weg. Zum Beispiel die Geschwindigkeit einer motorischen Reaktion. Es wird oft gesagt, dass alte Menschen eine reduzierte Reaktions-, Bewegungs-, Reaktions- und Koordinationsgeschwindigkeit haben. Aber wie kommt es dazu?
Die Reaktionszeit ist, wie schnell die Neuronen in deinem Kopf sind.beginnen zu aktivieren, nachdem eine Person eine Bewegung gemacht hat. Wir haben dies für junge Menschen und für ältere Probanden gemessen. Rote Quadrate zeigen Bewegung, Reaktionszeit für ältere Probanden an. Blaue Farbe - für junge Probanden. Es zeigte sich, dass bei älteren Menschen die Reaktionszeit sowohl für die linke als auch für die rechte Hand immer länger ist als bei jungen Menschen. Und bei jungen Probanden ist die Reaktionszeit der rechten Hand viel kürzer als die Reaktionszeit der linken Hand. Und das ist logisch, denn in unserem Beispiel gibt es nur Rechtshänder.
Wir beobachten auch die Plastizität der Fertigkeit:Je mehr eine motorische Fähigkeit trainiert wird, desto schneller lässt sie mit dem Alter nach. Die Geschicklichkeit der linken Hand des Rechtshänders ist nicht besonders trainiert, daher ist der Abbau langsam, und die Geschicklichkeit der rechten Hand holt ihn ein. Dies führt zu Altersbeidhändigkeit, gleicher Entwicklung der Funktionen beider Hände. Richtig, bei älteren Menschen bedeutet das leider, dass sie Bewegungen mit rechts und links gleich schlecht machen können.
Auf dem Foto unten ist das blaue Bild die Verbindung zwischen ihnenunterschiedlichen Kanälen sind sie bei jungen Menschen stärker ausgeprägt als bei älteren Menschen. Im roten Bild die Verbindungen, die bei älteren Menschen stärker sind als bei jungen Menschen – und man sieht, dass sie anders sind. Bei jüngeren Menschen sind die Verbindungen stärker in der okzipito-parietalen, frontalen und Mittellinie.
Netzwerk funktioneller Verbindungen zweier Organe
Bei älteren Menschen verlagert sich die Haupttätigkeit nach vorne,in der frontalen Parietalzone, bilateraler Temporallappen. Diese Schlussfolgerung kann aus der Analyse des Elektroenzephalogramms gezogen werden, das im Moment vor dem Beginn der Bewegung nach dem Signal in dem Intervall aufgezeichnet wurde, in dem das Signal ertönte und die Person noch nicht begonnen hatte, ihre Hand zu bewegen. Dieses Segment enthält viele wichtige Informationen zur Bewegungsplanung und Reaktion auf ein Signal.
Alzheimer besiegen
Wir können daraus schließen, dass es mit dem Alter abnimmtdie Effizienz dieser neuralen Mechanismen, die motorische Aktivität verarbeiten. Auch in der Kontrollgruppe, basierend darauf, welche Zonen bei älteren und jungen Menschen aktiviert werden, arbeitet das motorische Gedächtnis bei letzteren aktiv.
Das motorische Gedächtnis ist, wie sich das Gehirn erinnertverschiedene Bewegungen. Und anstatt die Bewegung jedes Mal aufs Neue auszuführen, schöpft er eine Ressource aus dem motorischen Gedächtnis und kann dadurch schneller reagieren. Sportler haben ein sehr ausgeprägtes motorisches Gedächtnis, weil sie ihre Reaktionsgeschwindigkeit und Motorik trainieren.
Ältere Menschen haben dieses motorische Gedächtnis nichtfunktioniert schlechter, daher muss jede Bewegung erneut ausgeführt werden. Dadurch nimmt die Geschwindigkeit der motorischen Reaktion und der Schweregrad der Desynchronisation ab, die als Marker für die motorische Aktivität dient.
Zwei Arten des Alterns
Es gibt eine Meinung, dass für ältere Menschen KrankheitenAlzheimer und Demenz sind normal. Aus irgendeinem Grund wird angenommen, dass sie sich mit zunehmendem Alter entwickeln, dass daran nichts Pathologisches ist. Dem ist aber nicht so – sie werden aus gutem Grund als neurodegenerativ bezeichnet.
Mit normaler Alterung nimmt das Volumen von Weiß ab undgraue Substanz. Aber es nimmt auf überschaubare Weise ab und nicht so dramatisch wie bei der Alzheimer-Krankheit. Diese Krankheit hat verheerende Folgen für das Gehirn: Es gibt praktisch keine graue Substanz und das Volumen der weißen Substanz nimmt ab. Leider gibt es derzeit keine Strategien zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen. Eine dringende Aufgabe ist nun die Entwicklung von Methoden zur Früherkennung von Anzeichen dieser Erkrankungen.
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