Geschlechtseffekte auf die neurovaskuläre Kopplung bei Älteren während Aktivierung im präfrontalen und motorischen Kortex – eine simultane fNIRS-EEG-Untersuchung

Abstract

Das Älterwerden und die damit einhergehenden Veränderungen der Gehirnleistung betreffen jeden Menschen, gleichgültig ob Frau oder Mann. Die Pathologie des alternden Gehirns wird vorrangig mit Demenzen, insbesondere mit der Alzheimer-Erkrankung in Verbindung gebracht. Hierzu gibt es bereits viele wissenschaftliche Arbeiten und Erkenntnisse, die Unterschiede zwischen Frauen und Männern erarbeitet haben. Frauen erkranken demnach insgesamt häufiger an der Alzheimer-Erkrankung oder anderen Demenzen als Männer (vgl. Barnes et al. 2005). Dafür wird hauptsächlich die höhere Lebenserwartung der Frauen verantwortlich gemacht, womit gleichzeitig eine steigende Anzahl und Intensität von Allgemeinerkrankungen einhergeht (vgl. Azad et al. 2007; Gorelick 2004). Dass Risikofaktoren wie Diabetes mellitus, Hyperlipidämie, Arteriosklerose, Tabakkonsum, hormonelle Veränderungen oder arterielle Hypertonie, einen Einfluss auf die vaskuläre Gesundheit haben, ist ebenfalls bereits bekannt. Die Gesundheit der Gefäße ist wichtig für die Perfusion des Gehirns und somit auch ein wichtiger Maßstab für dessen Funktion. Da es hinsichtlich der Risikofaktoren beziehungsweise Allgemeinerkrankungen Unterschiede zwischen den Geschlechtern gibt, jedoch noch kaum Erkenntnisse darüber, inwiefern das Geschlecht selbst ein Risikofaktor für pathologische Prozesse im alternden Gehirn ist, befasst sich diese Arbeit mit Geschlechtseffekten auf die neurovaskuläre Kopplung im motorischen und präfrontalen Kortex. Sinnvolle Messmethodiken stellen hierfür das Elektroenzephalogramm und die Nahinfrarotspektroskopie dar, die simultan angewendet, sowohl elektrische Aktivität als auch die Perfusion von Gehirnarealen ermitteln können. Für diese Studie konnten für den Teil, der sich auf den Motorkortex bezieht, 52 Datensätze von Probanden (n= 19) und Probandinnen (n= 33) – im Alter von 60 Jahren und älter – in die Ergebnisse mit einbezogen werden. Für den Teil, der sich auf den präfrontalen Kortex bezieht, konnten die Datensätze von 38 Frauen und 21 Männern berücksichtigt werden. Für die Aktivierung des Motorkortex wurde eine Finger-tapping-Aufgabe gestellt, für den präfrontalen Kortex eine n-back-Aufgabe. Während der Lösung der Aufgaben wurde eine kombinierte Aufzeichnung von EEG- und NIRS-Daten durchgeführt. Es stellten sich sowohl für die reinen EEG- und NIRS-Daten des präfrontalen und motorischen Kortex als auch für die Korrelation beider Kortexareale signifikante Ergebnisse dar. Für den Motorkortex ließen sich hauptsächlich signifikante Lateralisierungseffekte ermitteln. Des Weiteren stellte man einen Effekt für das weibliche Geschlecht hinsichtlich der Aufmerksamkeit und der Synchronisierung von verschiedenen Kortexbereichen während der Lösung der tapping-Aufgabe fest. Es lässt sich vermuten, dass Frauen eine Art Kompensation durchführen, im Sinne einer Kopplung verschiedener Kortexareale. Die signifikanten Ergebnisse für den präfrontalen Kortex stellten sich wie folgt dar: allgemein konnte gezeigt werden, dass beide Geschlechter für die 2-back-Aufgabe eine höhere Aufmerksamkeit und Oxygenierung aufbringen mussten als in der 1-back-Aufgabe. Frauen zeigten in manchen Bereichen höhere Oxygenierungs- und Aufmerksamkeitswerte als Männer, bei gleichen Verhaltensdaten, was vermuten lässt, dass Frauen eine höhere elektrische Aktivität und Oxygenierung im präfrontalen Kortex benötigen, um auf gleiche Ergebnisse in den Verhaltensdaten zu kommen. Die Korrelation der NIRS- und EEG-Daten brachte Geschlechtseffekte bezüglich der Hämodynamik zum Vorschein. Bei Frauen zeigte sich demnach, dass mit einer höheren kognitiven Aufmerksamkeit eine deutlich höhere Oxygenierung einherging als bei Männern. Bei Männern hingegen war bei Aufmerksamkeitsminderung eine offensichtlich sinkende Oxygenierung zu beobachten. Die neurovaskuläre Kopplung scheint also bei Frauen deutlich sensibler zu sein als bei Männern. Die Aufrechterhaltung der Oxygenierung ist bei Frauen vermutlich besonders wichtig für deren kognitive Leistung. Schon kleine pathologische Veränderungen in der Oxygenierung könnten bei Frauen einen großen Ausschlag für die neurovaskuläre Kopplung haben.