Auswirkungen der Aufgabenschwierigkeit auf altersabhängige Aktivierungsmuster in einer Arbeitsgedächtnisaufgabe

Der Erhalt der geistigen Leistungsfähigkeit bis ins hohe Alter
spielt eine zentrale Rolle für die Gesellschaft der Zukunft und
bildet das Hauptaugenmerk dieser Studie. Obwohl einige kognitive
Funktionen konstant bleiben (z.B. Wortflüssigkeit) bzw. bis ins
hohe Alter kontinuierlich ansteigen (z.B. verbales Wissen), nimmt
die Mehrzahl der kognitiven Funktionen im Laufe des
Erwachsenenalters ab. Von dieser Tendenz am stärksten betroffen
sind die Verarbeitungsgeschwindigkeit und das Arbeitsgedächtnis.
Diese Veränderungen werden begleitet von strukturellen
Alterungsprozesses der grauen und weißen Hirnsubstanz. Sowohl eine
Volumenminderung der grauen Substanz als auch eine verminderte
Integrität der Faserverbindungen wird mit verringerten kognitiven
Leistungen assoziiert. Studien der funktionellen Bildgebung deuten
auf unterschiedliche Aktivierungsmuster bei jüngeren und älteren
Probanden hin. Überaktivierung, verminderter Inhibierung und
Dedifferenzierung führen bei älteren Probanden zu schlechterer
Performanz. Auch eine geringere Effizienz und/ oder Kapazität der
neuronalen Netzwerke wird berichtet. Allerdings treten auch
kompensatorische zusätzliche (De-)Aktivierungen auf, die zum Erhalt
oder zur Steigerung der Leistung beitragen. Der Alterungsprozess
zeichnet sich aber auch durch große interindividuelle Unterschiede
aus. Zur Beschreibung der Ursachen und Wirkmechanismen werden bio-
psycho-soziale Modelle herangezogen, zu denen auch die Theorie der
Kognitiven Reserve gezählt wird. Die Theorien der Reserve sind aus
der Beobachtung entstanden, dass strukturelle Veränderungen des
Gehirns, die durch Krankheiten, Verletzungen aber auch durch
normale Alterungsprozesse bedingt sind, nicht bei allen Personen
zwangsläufig zu Einbußen in der Kognition führen müssen. Die
Modelle der Kognitiven Reserve führen aus, dass diese über das
Leben hinweg erworben wird und bei Bedarf aktiviert werden kann.
Als Operationalisierungen der Kognitiven Reserve wurden meist die
Stellvertretervariablen hohe Bildung, hohe prämorbide Intelligenz,
Herausforderungen im Beruf und bei Freizeitaktivitäten und gute
Einbindung in soziale Netzwerke herangezogen. Einen Teilbereich der
Kognitiven Reserve stellt die Neuronale Reserve dar, welche in der
effizienteren oder flexibleren Nutzung neuronaler Netzwerke
besteht. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Zusammenhänge
zwischen der Leistung in einer Arbeitsgedächtnisaufgabe und ihrer
funktionellen Aktivierungsmuster und dem Konstrukt der Kognitiven
Reserve bei Berücksichtigung des Alters. Hierzu wurden 104 ältere
gesunde Erwachsene im Alter zwischen 60 und 75 Jahren (M = 68,24
Jahre) und 40 jüngere gesunde Erwachsene im Alter zwischen 18 und
25 Jahren (M = 21,15 Jahre) untersucht. Die Studie beinhaltete eine
umfassende neuropsychologische Testung am ersten Tag, in der
Teilbereiche der Aufmerksamkeit, des Gedächtnisses und der
exekutiven Funktionen erfasst wurden. Zudem wurde die Kognitive
Reserve durch eine wiederholte Durchführung des Zahlen-Symbol-Tests
und die Ermittlung der Zugewinne (Testing-the-limits-Verfahren)
erhoben. Diese dynamische Testungsmethode weicht von den vielfach
verwendeten Methoden der Stellvertretervariablen bewusst ab, da das
so erhobene Maß der Definition der Kognitiven Reserve als
Leistungspotential besser gerecht wird. Am zweiten Tag folgte die
Durchführung einer Arbeitsgedächtnisaufgabe (n-back-Aufgabe) mit
drei (bei den jüngeren Probanden vier) unterschiedlichen
Schwierigkeitsstufen während mit Hilfe von funktioneller
Magnetresonanztherapie die Aktivierungsmuster des Gehirns
aufgezeichnet wurden. Ergänzend wurden strukturelle MRT-Aufnahmen
erhoben, welche zur Eruierung der Integrität der weißen
Hirnsubstanz herangezogen wurden. Wie erwartet nahmen mit höherer
Aufgabenschwierigkeit die Genauigkeit in der
Arbeitsgedächtnisaufgabe ab und die Reaktionszeiten zu. Im
Vergleich zu jüngeren Probanden reagierten ältere Probanden
signifikant langsamer, wiesen mehr Fehler auf und wurden stärker
von der Aufgabenschwierigkeit beeinflusst. Überraschend war die
Tatsache, dass die Bearbeitung der Aufgabe bei Älteren und Jüngeren
mit sehr unterschiedlichen kognitiven Funktionen zusammen hing:
Alleine die Verarbeitungsgeschwindigkeit nahm in beide Gruppen eine
zentrale Rolle ein. Mit steigender Aufgabenschwierigkeit zeigte
sich bei beiden Gruppen eine steigende (De-) Aktivierung in den
relevanten Bereichen, jedoch wurde bei älteren Probanden vor allem
eine schwächere Deaktivierung des Ruhenetzwerks um den Precuneus
beobachtet. Zusätzlich wurden Regionen identifiziert, in denen ein
Zusammenhang zwischen der (De-)Aktivierung und dem Leistungsabfall
zur Bedingung mit der höchsten Aufgabenschwierigkeit bestand.
Während bei den Älteren eine geringere frontale Deaktivierung und
höhere Deaktivierung im Precuneus mit einem Leistungserhalt
einherging, bewirkte bei den Jüngeren eine höhere frontale
Deaktivierung den Leistungserhalt. Die Kognitive Reserve wies in
beiden Gruppen jeweils nur einen Zusammenhang mit der Leistung der
schwierigsten Aufgabenbedingung auf, was einen Nachweis der
externen Validität der verwendeten Operationalisierung, als
Leistungspotential, welches bei Bedarf herangezogen werden kann,
darstellt. Eine höhere Aktivierung im mittleren und inferioren
frontalen Cortex korrelierte positiv mit der Kognitiven Reserve und
war leistungsförderlich. Es zeigte sich eine Mediation des
Zusammenhangs zwischen der Aktivierung und der Leistung durch die
Kognitive Reserve. Dies deutet auf die Vermittlerrolle hin, welche
durch die Reserve eingenommen wird. Einen Moderationseffekt der
Kognitiven Reserve auf den Zusammenhang der strukturellen
Integrität der weißen Substanz des gesamten Gehirns und der
Leistung in der Arbeitsgedächtnisaufgabe konnte nicht festgestellt
werden. Die Ergebnisse legen zusammengenommen nahe, dass den
älteren Probanden hauptsächlich durch gescheiterte Deaktivierung
Leistungseinbußen entstanden, dass sie aber in der Lage waren,
kompensatorisch weitere Regionen zur Bearbeitung der Aufgabe
hinzuzuziehen. Die Kognitive Reserve bildet das Bindeglied zwischen
Aktivierung und Leistung und sollte somit in mögliche Modelle mit
aufgenommen werden. Insgesamt liefern die Ergebnisse dieser Arbeit
einen Beitrag zur Grundlagenforschung im Bereich des kognitiven
Alterns und der Kognitiven Reserve. Besonders der Zusammenhang der
Kognitiven Reserve mit den fordernden Bedingungen und die Mediation
des Zusammenhang zwischen Aktivierung und Leistung zeigen, dass die
hier gewählte Operationalisierung ein valides Testinstrument für
zukünftige Studien darstellt.