Projekte

In der ersten Förderperiode des SFB1436 haben wir eine Kohorte von insgesamt mehr als 300 kognitiv normalen älteren Menschen (Alter ≥ 60 Jahre) und SuperAgern aufgebaut. Diese Kohorte wird in der 2. Förderperiode longitudinal verfolgt. Weiterhin sollen insgesamt ca. 80 neue SuperAger eingeschlossen werden. Die Kohorte wird mittels Bildgebung (PET/MRT) und Blutmarkern für altersbedingte Pathologie charakterisiert. Diese Kohorte wird dann in verschiedenen Teilprojekten weiter untersucht, um die Mechanismen von Resilienz und Super Aging besser zu verstehen.

Alle Proband*innen durchlaufen eine 3 Tesla MRT Untersuchung, um die Hirnstruktur und Funktion zu untersuchen. Ein Teil der Proband*innen wird auch mittels PET weiter auf Tau Ablagerungen untersucht. Darüber hinaus werden verschiedene Proteine, inklusive Alzheimer-assoziierte Proteine, im Blut untersucht. Wir möchten besser verstehen, wie sich Super-Ager in ihrer Kognition, Genetik, Hirnfunktion/-struktur, Lifestyle, und Fitness unterscheiden. Auch in den anderen Proband*innen möchten wir herausfinden, wie diese Faktoren mit gesundem kognitiven Altern zusammenhängen. Weiterhin werden die Proband*innen in weiteren Teilprojekten des SFBs weiter untersucht, die z.B. kognitive Trainingsinterventionen beinhalten.

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In diesem Sonderforschungsbereich (SFB) wollen wir die physiologischen Prinzipien entschlüsseln, die die neuralen Ressourcen der Kognition auf mikro-, meso- und makroskalen Ebenen bei jungen und älteren Erwachsenen bestimmen. Wir werden uns individuelle Variabilität durch die Einbeziehung kognitiv überdurchschnittlicher Individuen wie z.B. "Superager" zunutze machen. Unser SFB wird somit dazu beitragen, übergreifende Theorien neuronaler Ressourcen zu entwickeln. Im Verlauf des SFB werden wir ein umfassendes Konzept der kognitiven Medizin entwickeln, welches individuell zugeschnittene Interventionen zum Schutz oder zur Verbesserung spezifischer kognitiver Funktionen umfasst und das Transferpotenzial von Interventionen optimiert. Nach dem erfolgreichen Abschluss der ersten Förderperiode wurde der SFB 1436 in die zweite Förderphase überführt und für weitere vier Jahre (2025–2028) bewilligt.
www.sfb1436.de

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Hinter kognitiver Vitalität verbirgt sich die bestmögliche Nutzung höherer Hirnfunktionen. Gestört durch eine Reihe nicht-neurologischer Stressfaktoren, können diese beeinträchtigt werden. Gefördert durch das Land Sachsen-Anhalt, forschen Wissenschaftler:innen der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg sowie außeruniversitärer Einrichtungen an der Entschlüsselung der anatomischen und systemischen Grundlagen dieser Störungen, mit dem Ziel, Einschränkungen im Alltag von Menschen zu vermeiden und kognitive Leistungsfähigkeit zu erhalten.

Kognitive Vitalität ist die Fähigkeit, das Leistungspotenzial des Gehirns im Alltag zu mobilisieren und auszuschöpfen. Sie stellt eine wesentliche Voraussetzung für ein selbstverwirklichtes und unabhängiges Leben dar und wird im Wesentlichen vom Zusammenspiel geistiger Ressourcen, körperlicher Stressoren und Umweltfaktoren bestimmt. Um zu verstehen, welche neuronalen und körperlichen Mechanismen die individuellen Ressourcen eingrenzen, bei Erkrankungen vermindern und vor den negativen Effekten von Erkrankungen und Stressfaktoren schützen, bauen wir eine Beobachtungs- und Interventionsplattform auf - die Mittel-Elbe Interventionsplattform. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse sollen sowohl von der Grundlagenforschung in die Versorgung als auch aus der Plattform in die Grundlagenforschung gebracht werden.

Dabei werden durch die hochfrequente Erhebung gesundheitsrelevanter Daten kognitive Fluktuationen und körperliche Erkrankungen charakterisiert und mit dem Vorhandensein präklinischer Biomarker neurodegenerativer Erkrankungen in Zusammenhang gebracht. Hierbei liegt der Fokus insbesondere darauf, Netzwerkmechanismen synaptischer und glialer Plastizität zu bestimmen und das Zusammenspiel exzitatorischer und inhibitorischer Prozesse und deren Auswirkungen auf die kognitive Vitalität zu untersuchen.

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The main aim of PrecisePrevent is to contribute knowledge about how brain aging can be ameliorated through low-cost, easily accessible non-pharmacological means. There are large individual differences in response to interventions, and a crucial question regards who benefits the most from what? We will test the associations between lifestyle factors, including nutrition, sleep, physical and cognitive activity, and brain health in aging. We will leverage retrospective large-scale longitudinal brain imaging studies combined with mega-analysis of seven experimental brain health interventions. General and specific factors for individuals and interventions will be systematically mapped.

The results will be implemented in a digital personalized intervention run across four countries. This allows us directly to test how much brain aging and cognitive function can be affected by lifestyle changes, and which variables that contribute to promote or restrict the effects. We will systematically estimate how much benefits can be optimized using genetic and non-genetic factors to generate individual-level predictors and intervention targets. As lifestyle changes are difficult to sustain, we will, working with stakeholders and target-groups, develop a personalized intervention which allows participants to select their own targets and evaluate predicted effects on brain health. Machine learning will be used to optimize the cost-benefit balance. The personalized intervention programs will be delivered and assessed through an interactive mobileHealth platform, which we already have preliminary validated. This enables us to determine the increase in benefits from personalized vs. general intervention approaches. The aim is to develop a framework for a scalable low-threshold intervention feasible at a pan-European level. The rationale is that aggregation of modest individual benefits will result in substantial societal advantages.

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Description of the research group
The Cognitive Electrophysiology and Neurotechnology (CEN) group has two interlinked goals:

1. to understand how the formation, maintenance and retrieval of human memory is supported by the electrophysiological activity of the brain;
2. to develop neurotechnologies which can help us understand the cognitive role of human electrophysiological activity patterns and treat neurological disorders such as memory loss.

Our research leverages on the rare opportunity of measuring brain activity intracranially in patients affected by pharmaco-resistant epilepsy. In pharmaco-resistant epilepsy patients, neurologists use intracranial electroencephalography (iEEG) to delineate the epileptogenic focus, when non-invasive scalp EEG and other techniques have been insufficient to localize it. iEEG is recorded with intracranial electrodes and it has higher spatial resolution and higher signal-to-noise ratio than scalp EEG.
iEEG is generally more used in mesial temporal lobe epilepsy. Therefore, the clinical intracranial macroelectrodes often record electrophysiology signals from the hippocampus, the entorhinal cortex and the amygdala, which are very important for cognitive processes such as memory. However, other areas, such as the frontal cortex, are also not uncommon implantation targets.

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Das RTG 2413 ist ein von der DFG gefördertes innovatives Forschungsprogramm. Wir - das sind 13 Promotionsstudenten und ihre Betreuer - verfolgen die Idee, dass kognitiver Leistungsabfall während des normalen Alterns auf einem synaptischen Ungleichgewicht beruht. Deshalb wollen wir im Alter auftretende Prozesse wie veränderte synaptische Proteostase, Fehlfunktionen des Immunsystems, veränderte Funktionalität der Synapse und Veränderungen der Neuromodulation besser verstehen.

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Unser Projekt untersucht, wie sich das funktionelle Zusammenspiel von an der Gedächtnisbildung beteiligten Hirnstrukturen während der Konsolidierung verändert und zu welchem Zeitpunkt Hirnplastizität im Zusammenhang mit Gedächtnisengrammen beobachtbar ist. Hierzu verwenden wir einen neuen 7T Connectome Scanner, der eine Abbildung funktioneller und struktureller Veränderungen mit bisher unerreichter Auflösung beim Menschen ermöglicht. Dies wird uns erlauben den Übergang von hippokampal-zentrierter zu kortiko-kortikaler funktioneller Konnektivität während der Gedächtniskonsolidierung mit schichtspezifischer Auflösung im Kortex abzubilden. Hirnplastische Veränderungen in sensorischen Arealen, die mit Gedächtnisengrammen zusammenhängen, können ebenfalls in schichtspezifischer Auflösung mittels Diffusionsbildgebung abgebildet werden. Durch die bisher unerreichte Auflösung unserer Bildgebungsverfahren hoffen wir einen Brückenschlag zwischen Tier- und Menschenforschung in der Gedächtniskonsolidierung zu ermöglichen. Weiterhin werden wir untersuchen ob Salienz und semantische Kongruenz von Gedächtnisepisoden, die maßgeblichen Modulatoren des Erfolges von Gedächtniskonsolidierung darstellen, die Stärke und zeitliche Dynamik funktioneller und struktureller Veränderungen während der Gedächtniskonsolidierung beeinflussen.

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Wenn wir altern, nimmt unsere geistige Leistungsfähigkeit und unser Erinnerungsvermögen ab. Die Stärke dieses Abbaus variiert jedoch stark zwischen verschiedenen Personen. Dabei kann ein rapider Abfall des Erinnerungsvermögens auch ein frühes Anzeichen der Alzheimer Krankheit sein, bei der sich Proteine im Gehirn ablagern und dabei die Funktion der Nervenzellen einschränken. Das Ziel des Zentralprojektes Z03 ist es, gesundes kognitives Altern besser zu verstehen unter Nutzung verschiedener Bildgebungsverfahren. In einer großen Kohorte von kognitiv gesunden älteren Proband*innen möchten wir die molekularen, funktionellen und strukturellen Eigenschaften des Gehirns im Alter untersuchen. Dazu rekrutieren wir über einen Zeitraum von 4 Jahren Proband*innen, die 60 Jahre und älter sind. Dabei liegt ein Fokus unserer Studie auf der Gruppe der Super-Ager, die mindestens 80 Jahre alt sind und eine (für ihr Alter) überdurchschnittliche kognitive Leistungsfähigkeit aufweisen.Alle Proband*innen durchlaufen eine 3 Tesla MRT Untersuchung, um die Hirnstruktur und Funktion zu untersuchen. Ein Teil der Proband*innen wird auch mittels PET weiter auf Tau Ablagerungen untersucht. Darüber hinaus werden verschiedene Proteine, inklusive Alzheimer-assoziierte Proteine, im Blut untersucht. Weiterhin werden die Proband*innen in weiteren Teilprojekten des SFBs weiter untersucht, die z.B. kognitive Trainingsinterventionen beinhalten.

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Diese Initiative ist bestrebt in einem integrativen Ansatz die traditionellen Grenzen zwischen verschiedenen Wissenschaftsbereichen zu überwinden. Wir möchten verstehen, welche neuronalen, somatischen und sozialen Faktoren die kognitive Vitalität bestimmen und streben eine paradigmatische und übertragbare Innovation an, die von der Grundlagenforschung bis zur Prävention und Intervention reicht. Dabei bauen wir auf der Geschichte Magdeburgs in der Erforschung neuronaler Schaltkreise auf.

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Der Einfluss einer Infektion und Erkrankung mit COVID-19 auf wichtige Gedächtnisfunktionen soll mit Hilfe wissenschaftlich validierter Testungen und Fragebögen untersucht werden. Ebenfalls werden in diesem Zusammenhang die Auswirkungen der Maßnahmen zur Einschränkung der Verbreitung des Virus begutachtet. Zur Durchführung wird eine in internationalen Forschungsstudien und in der Bürgerforschung erprobte App der neotiv GmbH aus Magdeburg verwendet.

Die Studie wird in Kooperation des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen e.V. (DZNE) mit dem Institut für Kognitive Neurologie und Demenzforschung am Universitätsklinikum Magdeburg (IKND) und der Magdeburger neotiv GmbH durchgeführt

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Im Rahmen der Studie soll primär die Möglichkeit untersucht werden, ob Patienten mit kognitiven Beschwerden und gesunde Kontrollen (z.B. familiäre Angehörige/Begleitpersonen) eine mobile digitale Anwendung, mit welcher sich die kognitive Leistungsfähigkeit begleitend charakterisieren lässt, zum Gedächtnismonitoring zu Hause einsetzen würden. Die differenzierten neuropsychologischen Testungen, als einer der Grundpfeiler einer Memory-Klinik, sind sehr zeitaufwändig und personalintensiv, sodass sie in der Regel nur in einem jährlichen Abstand stattfinden können. Das erschwert die Erfassung von kognitiven Verläufen (zeitliche Entwicklung) und ist anfälliger für intra-individuelle Schwankungen am Tag der Erfassung. Somit können zu Hause angebotene digitale Anwendungen die differenzialdiagnostische Einordnung der kognitiven Beschwerden und die Beurteilung der zeitlichen Dynamik im individuellen Verlauf, auch in Assoziation zu Interventionen, wie zum Beispiel den Beginn einer medikamentösen Therapie, verbessern.

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Der DZNE-Standort Magdeburg konzentriert sich auf Systemperspektiven degenerativer Demenzen. Hirnfunktionen werden vermittelt durch flexible Netzwerke von Nervenzellen, und diese Plastizität eröffnet neue Wege der Therapie: Durch gezielte Stimulation können kognitive Leistungen verbessert und trotz Verlust von Nervenzellen stabilisiert werden. In einem multidisziplinären Ansatz, der Universität und Leibniz-Institut in Magdeburg verbindet, werden am Standort Magdeburg die Mechanismen und therapeutischen Perspektiven dieser Neuromodulation untersucht. Zentral sind dabei Vergleiche von Mensch und Tier, um funktionelle Biomarker für die Frühdiagnostik degenerativer Demenzen zu entwickeln und die Effekte neuer kognitiv-physiologischer Verfahren auf molekularer, zellulärer und systemischer Ebene zu identifizieren. Ein weiterer Ansatz untersucht Möglichkeiten, durch direkte elektrische Hirnstimulation Lernen und Gedächtnis zu verbessern. Darauf aufbauend wird in einer gemeinsamen Initiative von DZNE und Landesregierung ein Versorgungskonzept Demenz für das Land Sachsen-Anhalt entwickelt.

Projektleiter: Prof. Dr. Emrah Düzel, Prof. Dr. Hans-Jochen Heinze (stellv. Projektleiter)

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Die Aufrechterhaltung der Hirnaktivität ist ein wichtiger Indikator, um zu verstehen, wie die Kognition bei Alterung und Alzheimer-Krankheit erhalten werden kann. Unsere Arbeitshypothese ist, dass eine höhere Aufrechterhaltung der Hirnaktivität weniger Alterung und weniger Pathologie bedeutet.
Dieser Text wurde mit DeepL übersetzt

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Im Teilprojekt B06 untersuchen wir, welche funktionellen Netzwerke im Gehirn die Festigung (Konsolidierung) neu gelernter Informationen regulieren. Wir wollen untersuchen, wie die Dopamin-Freisetzung in der Ruhephase nach dem Lernen mit der langfristigen Gedächtniskonsolidierung und deren Abnahme im Alter in Verbindung steht. Um diese Ziele erreichen zu können, werden wir multi-modale funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) und molekulare Bildgebung (Positronen-Emissions-Tomographie - PET) mit Hilfe des in Magdeburg neu verfügbaren simultanen MRT und -PET Gerätes nutzen. Wir verbinden die experimentellen Untersuchungen mit computationaler Modellierung der Hirnaktivitätsdaten um die Netzwerkprozesse im Gehirn besser zu verstehen.

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Im Teilprojekt B06 untersuchen wir, welche funktionellen Netzwerke im Gehirn die Festigung (Konsolidierung) neu gelernter Informationen regulieren. Wir wollen untersuchen, wie die Dopamin-Freisetzung in der Ruhephase nach dem Lernen mit der langfristigen Gedächtniskonsolidierung und deren Abnahme im Alter in Verbindung steht. Um diese Ziele erreichen zu können, werden wir multi-modale funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) und molekulare Bildgebung (Positronen-Emissions-Tomographie - PET) mit Hilfe des in Magdeburg neu verfügbaren simultanen MRT und -PET Gerätes nutzen. Wir verbinden die experimentellen Untersuchungen mit computationaler Modellierung der Hirnaktivitätsdaten um die Netzwerkprozesse im Gehirn besser zu verstehen.

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Ziel dieses Projektes ist es, die Intervention für eine Hochrisikogruppe für rapide kognitive Verschlechterung als niedrigschwellige Interventions- und Präventionsmaßnahme in der hausärztlichen Praxis zur Verfügung stellen und einen objektiven Wirksamkeitsnachweis erbringen.

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Physical and cognitive inactivity as well as metabolic dysfunction are important risk factors for cognitive decline in old age. Very little is unknown about how the benefits of physical and cognitive activity are mechanistically linked to the plastic properties and energy metabolism of the brain nor the extend to which such risks are modifiable to improve cognition in aging. This consortium aims to test hypotheses that focus on the interdependence and interaction of neural plasticity and meta bolic regulatory pathways such as insulin signaling. We also hypothesize that this interaction is modified by individual risk factors such as cerebral amyloidosis found in over 20% of cognitively normal older individuals. We will focus on a specific brain region, the hippocampus, because its dysfunction impairs statial navigation and memory precision. These functions will be boosted through plasticity-related interventions and probed using parallel behavioral assays in animals and humans. In a tightly interconnected effort we aim to relate mechanistic insights at the level of synapses and small synaptic networks, epigenetic processes including histonemodifications and non-coding RNAs, to human aging, its individual variability and scope for plasticity in the face of metabolic dysregulation. Thus the participating groups aim to norrow the existing gaps in our mechanistic and clinical understanding of the crossroads between genetic, neural and metabolic effects of a physically and cognitively active lifestyle. We want to apply the novel insights provided in this consortium to develop scientifically proven novel commercial products for combined physical and cognitive training interventions in humans. Furthermore, we anticipate that mechanistic insights gained will identify novel pharmacological targets for the interaction between metabolic signaling pathways and neural plasticity.

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Seit 10 Jahren entwickelt der Exzellenzcluster REBIRTH neue Therapien aus den regenerativen Wissenschaften und der Medizin mit dem Ziel, Degeneration zu verhindern und Regeneration zu ermöglichen. Die Forschung in REBIRTH zielt auf genetische, erworbene und degenerative Erkrankungen des Herzens, der Lunge, der Leber und des Blutes ab und soll nun auch auf andere Organsysteme, einschließlich des Gehirns, übertragen werden. REBIRTH schafft Synergien, indem es biomedizinische Wissenschaft und Biotechnologie mit der klinischen Praxis verbindet, um epidemiologisch wichtige chronische (degenerative) Krankheiten zu behandeln, z. B. Arteriosklerose, Herzinsuffizienz, nichtalkoholische Steatohepatitis, obstruktive Lungenerkrankung, hämatopoetische Seneszenz und Neurodegeneration. Basierend auf der zehnjährigen Erfahrung mit körperlicher Betätigung (PE) zur primären oder sekundären Krankheitsvorbeugung zielt REBIRTH darauf ab, den Schwerpunkt auf die Vorbeugung auszuweiten und auch die Pathogenese des Verlusts der Regenerationsfähigkeit in verschiedenen Organsystemen, einschließlich des Gehirns, zu untersuchen. Mit der neuen, erweiterten Ausrichtung und der Einbeziehung des DZNE-Standortes Magdeburg und des Universitätsklinikums Magdeburg ist REBIRTH nun in einer einzigartigen Position, um Mechanismen der Plastizität und Regeneration zu identifizieren, die verschiedene Organsysteme mit der Gesundheit des Gehirns verbinden.
Dieser Text wurde mit DeepL übersetzt

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Wir entwickeln statistische Modelle der Veränderungen des Gehirns bei der Krankheitsprogression in neurodegenerativen Erkrankungen wie z.B. Chorea Huntington oder Morbus Alzheimer. In diesem Projekt wird das Fortschreiten der Hirnatrophie mit Magnetresonanztomographie (MRT) gemessen und im Verlauf modelliert. Dabei verwenden wir Bayesianische Methoden um die Unsicherheit der Modelle individueller Veränderungen explizit zu beschreiben. Die Veränderungen von kognitiven Fähigkeiten werden in Beziehung zu den Gehirnveränderungen gesetzt. Risikofaktoren wie zB. Gene oder Vaskuläre Faktoren werden zur Analyse individueller Unterschiede der Krankheitsprogression herangezogen. Dynamische Ansätze werden zur Beschreibung von kausalen Prozessen verwendet. Darüberhinaus verfolgen wir die Entwicklung von Daten-getriebenen Ansätzen um rein klinisch gebildete Krankheitskategorien durch multivariates Clustering von Biomarkern, Verhaltensdaten und Bildgebung zu ersetzen.

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Ziel des Teilprojektes A7 ist es, die Hypothese zu testen, dass beim Menschen die motivational antriebssteigernden Effekte von dopaminerger Neuromodulation mit dessen positiven Effekten auf hippokampale Gedächtniskonsolidierung interagieren. Die Ergebnisse der laufenden Förderperiode legen nahe, dass kognitive oder pharmakologische Anregung der Substantia Nigra/Area tegmentales ventralis (SN/VTA, Hauptursprung dopaminerger Projektionen im zentralen Nervensystem) exploratives Verhalten und Annährungsverhalten zu Belohnungen anregen kann. Diese antriebssteigernden Effekte konnten wir in einem neu entwickelten instrumentellen (go/nogo) Konditionierungsparadigma zeigen. In der nächsten Förderperiode wollen wir die Hypothese testen, dass Neuheit analog zu den Effekten von Belohnung Annährungsverhalten durch Aktivierung der SN/VTA triggert. Wir erwarten, dass Neuheitserwartung "go" Antworten verstärkt und dass die SN/VTA Aktivierung zu Neuheit eben diese Antriebssteigerung signalisiert. Wir erwarten darüber hinaus, dass die Stärke der Antriebsteigerung mit der Stärke der Gedächtnisverbesserung für neue Stimuli korreliert. D. h. neue Stimuli, die durch eine "go"-Antwort getriggert werden, können nach 24 Stunden besser erinnert werden als neue Stimuli, die durch eine "nogo"-Antwort getriggert werden. Diese Untersuchungen werden im 7-Tesla-Scanner mit ultrahoher struktureller und funktioneller Auflösung durchgeführt. Ein Ziel dieses Antrages ist es, eine Auflösung von funktionell auf 0.8 mm (isotrop) und strukturell auf 0.15 mm (in plane) bei gleichzeitiger Vergrößerung des Aufnahmevolumens zu erreichen. Dadurch sollen fMRI-Signale unterschiedlichen Projektionsarealen der SN/VTA (dorsal und ventral "tier") zugeordnet werden. In einer parallelen PET-Studie mit 18F-DOPA soll untersucht werden, inwieweit lokale strukturelle und funktionelle Altersveränderungen mit spezifischen Veränderungen der Dopaminsynthesekapazität einhergehen. Darüber hinaus soll 7-Tesla-Bildgebung dazu beitragen, funktionell-anatomische Hypothesen über die Konnektivität von SN/VTA-Subfeldern und hippokampalen Subfeldern und Laminae zu testen. Schließlich wird die Hypothese getestet, dass eine altersabhängige Degeneration bestimmter Subfelder der SN/VTA Annährungsverhalten zu Neuheit hemmt und die hippokampus-abhängige Konsolidierung neuer Informationen stört und dadurch entscheidend zu altersbedingten Gedächtnisstörungen beiträgt. Es wird erwartet, dass die Resultate dieser Untersuchungen neue Perspektiven auf die Wechselwirkung von motiviertem Verhalten und Gedächtnis sowie auf deren Störungen im Alter eröffnen werden.

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Das TEAMSenior-Projekt ist ein Teilprojekt des Forschungsverbundes "Autonomie im Alter" in Sachsen-Anhalt und wird unter der Leitung von Prof. Dr. Emrah Düzel von dem Institut für Kognitive Neurologie und Demenzforschung der Medizinischen Fakultät der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg durchgeführt. Die Finanzierung erfolgt durch Mittel aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE). Ziel des TEAMSenior-Projektes ist die Entwicklung eines Trainingssystems, welches Senioren mit kognitiven Störungen eine gleichzeitige physische und mentale Stimulation im häuslichen Umfeld ermöglicht und ein Monitoring körperlicher und geistiger Funktionen erlaubt. Das Belastungsempfinden, die soziale Interaktion und Lebensqualität der Probanden und Ihrer Angehörigen werden mit dem Delphi-MV-Assessment in Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen AG Greifswald erfasst. Ein weiteres Ziel ist die Etablierung einer Teamstruktur, bestehend aus dem Trainierenden und einem gesunden ehrenamtlich tätigen Senioren, wobei dieser einmal wöchentlich die Trainingsbegleitung durchführt

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Untersuchung der Rolle von Reaktivierung neuraler Muster im medialen Temporallappen in Bezug auf Gedächtnis und Verhalten mit Hilfe von funktioneller Magnetresonanztomographie:

Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, zu verstehen, wie das menschliche Gehirn die Verallgemeinerungen von Gedächtnisinhalten ermöglicht (z.B. wenn die Assoziationen A-B und B-C gelernt wurden, wie Probanden die Inferenz von A nach C realisieren).
Mit ultrahoher struktureller und funktioneller MR Auflösung bei 7 Tesla wird untersucht, wie sich neurale Muster im medialen Temporallappen bei Inferenz zwischen Erinnerungen verhalten.
Hintergrund: Der Hippocampus unterstützt episodisches Gedächtnis, die Fähigkeit spezifische Geschehnisse aus der Vergangenheit abzurufen. Allerdings spielt der Hippocampus auch eine Rolle in Aufgaben, in denen man über mehrere Episoden hinweg generalisieren muss (Zeithamova et al. 2012). Dies wirft fundamentale Fragen darüber auf, welche Berechnungsschritte der Hippocampus durchführt.

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Teilprojekt A7 untersucht den kontextuellen Einfluß von Neuheit und Belohnung auf das Langzeitgedächtnis. Im ersten Experiment wurde untersucht, ob es analog zu Tierstudien über synaptic tagging auch ein kritisches Zeitfenster  für kontextuelle Einflüsse  auf die Langzeitgedächtnisbildung beim Menschen gibt. In einem zweiten Experiment benutzen wir Hochfeld-fMRT (7T), um die Verteilung der Neuheits- und Belohnungsantworten innerhalb des dopaminergen Mittelhirns (SN/VTA) zu untersuchen.

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Teilprojekt A7 untersucht den kontextuellen Einfluß von Neuheit und Belohnung auf das Langzeitgedächtnis. Im ersten Experiment wurde untersucht, ob es analog zu Tierstudien über synaptic tagging auch ein kritisches Zeitfenster  für kontextuelle Einflüsse  auf die Langzeitgedächtnisbildung beim Menschen gibt. In einem zweiten Experiment benutzen wir Hochfeld-fMRT (7T), um die Verteilung der Neuheits- und Belohnungsantworten innerhalb des dopaminergen Mittelhirns (SN/VTA) zu untersuchen.

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Flexibles, zielgerichtetes Verhalten erfordert ein kognitives Kontrollsystem welches kontextuell handlungsrelevante Informationen selektiert und den Informationsaustausch mit kurzfristigen und langfristigen Gedächtnisspeichern reguliert. Tierexperimentelle Daten und erste Befunde bei Menschen zeigen, dass neuromodulatorische Areale des Hirnstamms und des basalen Vorderhirns über die Neurotransmitter Dopamin, Acetylcholin und Noradrenalin eine kritische Rolle bei dieser kognitiven Kontrolle von Gedächtnis spielen. Unter Einsatz von funktioneller und struktureller Bildgebung, neuropharmakologischen Untersuchungen und unter Berücksichtigung genetischer Polymorphismen werden in sechs Teilprojekten die normale und gestörte Neuromodulation der Gedächtniskontrolle beim Menschen umfassend untersucht werden. Ziel der Klinischen Forschergruppe ist die Entwicklung verhaltensorientierter und pharmakologischer Therapieansätze für gestörte neuromodulatorische Gedächtniskontrolle im Alter und bei Patienten mit Aufmerksamkeits-Hyperaktivitätsstörung, Schizophrenie, Zwangserkrankungen und Läsionen der Frontal und Temporallappen.

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Tierexperimentelle Befunde zeigen, dass die aktive limbische und präfrontale Stimulusrepräsentation (aktive Repräsentation), sowie deren kontextspezifische Skalierung (adaptive Kodierung) zwei wichtige Elemente der kognitiven Kontrolle von Enkodierung sind. Cholinerge und dopaminerge Neurotransmission sind für beide Kontrollprozesse von kritischer Bedeutung. In diesem Teilprojekt werden aktive Repräsentation und adaptive Kodierung als Modelle für das Verständnis von Enkodierungsstörungen im Alter herangezogen. Mit optimierter funktioneller Kernspintomographie und basierend auf einer strukturell und funktionell bereits charakterisierten Population von 100 gesunden Älteren, wird die Beteiligung dopaminerger Mittelhirnareale und cholinerger Areale des basalen Vorderhirns bei aktiver Repräsentation und adaptiver Kodierung untersucht. Durch cholinerge und dopaminerge Substitution wird untersucht, inwieweit adaptive Kodierung und aktive Repräsentation in Abhängigkeit von strukturellen Parametern verbessert werden können. Auf diese Weise soll das Projekt Erkenntnisse über funktionell spezifische Aspekte der Pharmakotherapie von altersbedingten Gedächtnisstörungen geben.

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Dopaminerge Areale des Mittelhirns (Substantia Nigra / Area ventralis tegmenti; SN/VTA) sind kritische Strukturen für die Regulation von Stimulusverarbeitung im Einklang mit Prädiktion und Motivation. Sie reagieren schon sehr früh (100 200 ms) auf Belohnung und auf Neuheit. Bisher ist unklar, welche kortikalen Regionen den schnellen Informationsfluss in die SN/VTA steuern. In diesem Teilprojekt soll durch Kombination elektrophysiologischer und hämodynamischer Verfahren die frühe kortikale Neuheitsverarbeitung in Abhängigkeit von Prädiktion und Motivation charakterisiert werden. Dabei soll der Einfluss von Motivation und Prädiktion auf die frühe präfrontale Detektion von Neuheit untersucht werden wenn Neuheit entweder eine prädiktive oder eine zufällige Beziehung zu Belohnung aufweist. Die funktionelle Anatomie dieser Detektionsprozesse soll dem aktiver Repräsentation gegenübergestellt werden. Schließlich sollen Störungen der Gedächtniskontrolle durch Motivation und Prädiktion nach Läsionen des präfrontalen Kortex sowie im Zusammenhang mit altersbedingten Veränderungen der SN/VTA charakterisiert werden.

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Bei der epilepsiechirurgischen Behandlung der medialen Schläfenlappenepilepsie werden oft die Hippokampusformation und die parahippokampale Region entfernt. Da diese Art der Behandlung für eine große Anzahl von Patienten die Therapie der Wahl darstellt, ist es von Bedeutung die Langzeitauswirkungen (9-14 Jahre) dieser Eingriffe auf Gedächtnisleistungen besser zu verstehen. Aktuelle Daten deuten darauf hin, dass es im Langzeitverlauf zu einer Verschlechterung des episodischen Gedächtnisses kommt, die über die Verschlechterung hinaus geht, welche kurz (1-3 Jahre) nach Operation oft festgestellt werden kann. Anders als die kurzfristigen Auswirkungen der Operation können langfristige Folgen nicht direkt durch den Verlust der Funktion des entfernten Gewebes erklärt werden. Vielmehr legt langfristige Verschlechterung einen indirekten Effekt, nämlich eine sekundäre Degeneration im Bereich von limbischen und kortikalen Arealen. die mit der Hippokampusformation und der parahippokampalen Region verbunden sind, nahe. Es ist derzeit aber unklar ob es zu einer sekundären Degeneration kommt oder ob postoperative Langzeitverschlechterungen durch Alterungsprozesse bedingt sind. Heute existieren neuere funktionelle und strukturelle Verfahren der Bildgebung, deren Sensitivität über die klassischen MRT Verfahren hinausgeht. Die vorliegende Studie hat daher zum ZieL die Jangfristigen Folgen von hippokampalen und parahippokampalen Resektionen auf Gedächtnisfunktionen durch eine Kombination dieser neueren Verfahren struktureller (Voxel-basierte Morphometrie, 1H Spektroskopie und Diffusions-Tensor-Bildgebung) und funktioneller (funktionelle Kernspintomographie) Bildgebung quantitativ zu erfassen.

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Im internen Vergleich von Schülerinnen und Schülern zeigt sich, dass in Deutschland insbesondere die Schulleistungen der Jungen seit Anfang der neunziger Jahre stark zurückgegangen sind. Ein zentraler Einflussfaktor ist hierfür möglicherweise die Tatsache, dass sich in dieser Zeit der Medienkonsum der Jungen weit stärker als der der Mädchen erhöht hat. Insbesondere haben das Sehen von Horror- und Actionfilmen sowie die Nutzung von PC-Spielen bei ihnen teilweise so stark zugenommen, dass insoweit von einer wachsenden Medienverwahrlosung gesprochen werden kann. Zu den Auswirkungen des steigenden Medienkonsums gibt es vier zentrale Hypothesen. Zum Einen wird darauf hingewiesen, dass vielen Schülerinnen und Schülern dadurch nicht mehr genügend Zeit für das schulische Lernen und das Erledigen der Hausarbeiten bleibt. Zum anderen trägt ein hoher Medienkonsum möglicherweise zur sozialen Verarmung der Betroffenen bei, weil ihnen zu wenig Zeit bleibt, sich auf sportliche, musikalische oder andere sinnvolle Freizeitaktivitäten einzulassen. Ferner halten es Neurobiologen für denkbar, dass das regelmäßige Betrachten von Horror- und Gewaltfilmen sowie die Nutzung entsprechender PC-Spiele den Transfer schulischer Wissensinhalte vom Kurzzeitgedächtnis in das Langzeitgedächtnis erheblich beeinträchtigt. Und schließlich sehen Intelligenzforscher in der mit einem exzessiven Fernsehkonsum einher gehenden Bewegungsarmut und der mit ihm verbundenen geistigen Passivität zwei Belastungsfaktoren, die die Intelligenzentwicklung der betroffenen Kinder und Jugendlichen beeinträchtigen können. Bisher sind zu diesen Fragen weder in Deutschland noch in anderen Industriestaaten der westlichen Welt grundlegende Analysen durchgeführt worden. Im Rahmen des Forschungsprojektes sollen zunächst die oben skizzierten Hypothesen zu den Auswirkungen eines hohen Medienkonsums systematisch untersucht werden. Ferner geht es darum, für verschiedene Schultypen und Altersgruppen von Kindern und Jugendlichen und ihre Eltern, sowie für die unterschiedlichen Schultypen medienpädagogische Unterrichts- und Beratungskonzepte zu entwickeln und diese daraufhin zu testen, ob sie geeignet sind, der Medienverwahrlosung entgegen zu wirken. Die verschiedenen Untersuchungsteile sind mit dem Ziel konzipiert und aufeinander abgestimmt worden, dass ihre Befunde sich gegenseitig ergänzen.

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Abrufmodus und Abruforientierung sind wichtige Aspekte der kognitiven Gedächtniskontrolle. Abrufmodus bestimmt, ob ein Stimulus mit Fakten oder persönlichen Erlebnissen in Verbindung gebracht wird. Abruforientierung legt fest, welcher spezielle Aspekt einer erlebten Episode von Interesse ist. Neuroimagingstudien assoziieren den episodischen Abrufmodus mit Aktivierungen im rechten Frontalpol (Brodman-Areal, BA 10), Abruforientierung mit Aktivierungen im linken BA 10/49. Läsionen dieser Areale führen tatsächlich zu Gedächtnisstörungen, aber es ist derzeit unklar, ob die Ursache hierfür in einer selektiven Störung von Abrufmodus und Abruforientierung liegt oder ob solche Läsionen präfrontale Kontrollprozesse unspezifisch beeinträchtigen, die Veränderungen von Abrufmodus und Abruforientierung also sekundär sind. Im Falle einer spezifischen Struktur-Funktionsbeziehung sollten linksseitige Läsionen zu Störungen in der Abruforientierung und rechtsseitige zu Störungen im Abrufmodus führen. Anderenfalls sollten beide Abrufprozesse hemisphärenunabhängig mitbetroffen sein, und zwar vor allem dann, wenn häufige Aufgabenwechsel ( task switching") hohe Anforderungen an die exekutive Kontrolle stellen. In diesem Teilprojekt soll diese Frage in drei Experimenten untersucht werden, die Abrufmodus/ Orientierung und exekutive Kontrolle selektiv manipulieren. Es werden die hämodynamischen und elektrophysiologischen Korrelate von Abrufmodus und Abruforientierung jeweils mit und ohne Aufgabenwechsel bei alten gesunden Menschen, bei Patienten mit Frontallappenläsionen und bei Patienten mit hypoxisch bedingter Schädigung der medialen Schläfenlappen untersucht.

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Im diesem Teilprojekt wird folgende Frage untersucht: Gibt es neurobiologische Evidenz für ein signaltheoretisches Modell des episodischen Gedächtnisses, nämlich: lässt sich die Interaktion von PFC und MTL beim episodischen Gedächtnis mit den Parametern ,Sensitivität" und ,Akzeptanz" beschreiben? Die geplanten Experimente konzentrieren sich dabei auf folgenden Teilaspekt: Den Unterschied von Familiarität und Rekollektion und die gegenwärtig intensiv diskutierte Frage, ob dieser Unterschied auf zwei unterschiedlichen Systemen beruht. Mittels bildgebender Verfahren wird geprüft, ob Familiarität und Rekollektion durch zwei separate Systeme im MTL (parahippokampales System und Hippokampus) vermittelt werden, oder, alternativ, ob ein PFC vermitteltes Akzeptanzkriterium darüber entscheidet, ob das Ergebnis eines unitären Systems im MTL als ,allgemein und irgendwie bekannt" oder ,persönlich und konkret erlebt" empfunden wird.

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