Hochaufgelöste Magnetresonanztomographie und die Funktionelle Architektur des Medialen Temporallappens

Wir interessieren uns für die funktionelle Architektur kognitiver Funktionen und im Besonderen für Gedächtnisfunktionen und den Medialen Temporallappen. Es ist wichtig diese funktionellen Netzwerke zuerst im Detail zu verstehen um daraufhin die Auswirkungen der Alzheimer Erkrankung zu untersuchen. Daher untersuchen wir welche Hirnregionen und Netzwerke eine wichtige Rolle für unser Gedächtnis und andere kognitive Funktionen spielen. Uns interessiert beispielsweise wie wir es schaffen ähnliche Gedächtnisinhalte nicht zu verwechseln (Berron et al., JNeurosci, 2016) oder wie unterschiedliche anatomische Netzwerke in der Verarbeitung von verschiedenen Gedächtnisinhalten, zum Beispiel von Objekten oder Räumen, involviert sind (Berron et al., Neurobiol Aging, 2018).

Für unsere Studien nutzen wir hauptsächlich hochauflösende strukturelle sowie funktionelle Magnetresonanztomographie (3T und 7T) um Unterschiede in der Hirnkonnektivität sowie die unterschiedliche Beteiligung funktioneller Netzwerke zu untersuchen (Berron, Vieweg et al., NeuroImage: Clinical, 2017; Maass, Berron, eLife, 2015).

Auswirkungen der Alzheimer Erkrankung auf Medial-Temporale und Neokortikale Gedächtnisnetzwerke

Netzwerke im Medialen Temporallappen sind an unterschiedlichen Arten des menschlichen Gedächtnisses beteiligt. Während Hirnregionen in einem anterior-temporalen Netzwerk vor allem wichtig für unser Objektgedächtnis sind, so benötigen wir vor allem Hinrregionen in einem posterior-medialen Netzwerk für unser räumliches Gedächtnis (Berron et al., Neurobiol Aging, 2018). Interessanterweise sind diese Netzwerke in unterschiedlichen Stadien der Alzheimer Erkrankung von Ablagerungen der Alzheimer Pathologie betroffen. Wir konnten kürzlich die Reihenfolge und die Dynamik der Ausbreitung der Tau Pathologie innerhalb von anatomischen Gedächtnisnetzwerken mittels Positronen-Emissions-Tomographie charakterisieren und zeigen, dass insbesondere Hirnregionen im anterioren Temporallappen die frühesten Anzeichen von Tau Ablagerungen aufweisen (Berron et al., Brain, 2021).

Mit Hilfe von funktioneller Magnetresonanztomographie, Biomarkern für die Alzheimer Pathologie sowie innovativen kognitiven Aufgaben und Testverfahren versuchen wir Alzheimer-assoziierte Veränderungen der Hirnkonnektivität sowie der Hirnaktivität während der Bearbeitung einer kognitiven Aufgabe zu charakterisieren. Unser Ziel ist es auf diesem Weg krankheitsstadien-spezifische Bildgebungsmarker zu finden und herauszufinden welche Hirnveränderungen den beobachteten kognitiven Störungen der Alzheimer Erkrankung zugrunde liegen (Berron et al., JNeurosci, 2019). Vor kurzem gelang es uns zum Beispiel die frühesten Veränderungen der Hirnkonnektivität zwischen dem Medialen Temporallappen und dem Neokortex zu beschreiben. Auch hier zeigte sich, dass zuerst vor allem Hirnregionen in einem anterior-temporalen Netzwerk von diesen Veränderungen betroffen waren, während es später immer mehr auch Regionen im posterior-medialen Netzwerk betraf (Berron et al., Brain, 2020).

Digitale Kognitive Biomarker für die Charakterisierung und das Monitoring von Kognitiven Funktionen im Rahmen der Alzheimer Erkrankung

Die räumliche Ausbreitung der Pathologie der Alzheimer Erkrankung sowie ihre Auswirkungen, die mittels Hirnbildgebung beobachtbar sind, legen stadien- sowie subtypen-spezifsche kognitive Beeinträchtigungen in der Alzheimer Erkrankung nahe. Unser Ziel ist es die frühesten kognitiven Beeinträchtigungen, die Reihenfolge der kognitiven Veränderungen sowie individuelle Verläufe der kognitiven Verschlechterung zu verstehen. Dafür haben wir Gedächtnistests entwickelt die insbesondere Regionen ansprechen die besonders früh von der Alzheimer Erkrankung betroffen sind. Allerdings ist die Gedächtnisleistung zwischen Personen sehr unterschiedlich und wird von vielen weiteren Faktoren als nur der Alzheimer Erkrankung allein beeinflusst. Das macht es schwer sich auf nur einen Gedächtnistest zu einem bestimmten Zeitpunkt zu verlassen. Viel wichtiger ist es die Gedächtnisleistung wiederholt über die Zeit zu untersuchen. Daher nutzen wir mobile smartphone-basierte kognitive Testungen, die wiederholte Testungen über mehrere Monate und Jahre eigenständig von zu Hause aus ermöglichen. Aktuelle Ergebnisse aus unserem Bürgerwissenschaftsprojekt in Deutschland unterstreichen die Machbarkeit und das Potential solcher Studien. Mit diesem und ähnlichen Ansätzen untersuchen wir den individuellen Verlauf von Gedächtnisbeeinträchtigungen in frühen Phasen der Alzheimer Erkrankung in Kombination mit Alzheimer Biomarkern wie der Positronen-Emissions-Tomographie oder Markern in der Zerebrospinalflüssigkeit.

Manuelle Segmentierung von Subregionen im Medialen Temporallappen