Bisherige Studien zur transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) und zu kognitiven Trainingsansätzen legen nahe, dass diese Methoden effektiv sind, um dem altersbedingten Abbau kognitiver Funktionen wie des Gedächtnisses entgegenzuwirken. Ob Gedächtnisfunktionen durch Stimulation oder kognitives Training langfristig beeinflusst werden können und ob dies eine Relevanz für Alltagsaktivitäten hat, ist bisher noch unbekannt. Es mangelt an etablierten Trainingsparadigmen sowie an der detaillierten Erforschung neuronaler Korrelate. In diesem Projekt sollen folgende Fragen beantwortet werden: Was sind die neuronalen Korrelate der tDCS-induzierten Plastizität? Verbessert das Training mit einer ökologisch validen Aufgabe die kognitive Leistung älterer Erwachsener? Hat die Anwendung eines kognitiven Trainings in Kombination mit tDCS positive Auswirkungen auf ähnliche und andere (als die trainierten) Funktionen sowie auf Aktivitäten des täglichen Lebens? Dazu werden zunächst mittels in-vivo MR-Spektroskopie und Ruhekonnektivität die neuronalen Korrelate von tDCS bei älteren Erwachsenen untersucht. Anschließend werden die unterschiedlichen Effekte von nicht-invasiver Hirnstimulation bei älteren und jungen Erwachsenen auf das Gedächtnis bestimmt. Darauf aufbauend soll ein neues Trainingsparadigma für Arbeits- und episodische Gedächtnisfunktionen entwickelt werden. Schließlich wird geprüft, ob ein computerbasiertes Gedächtnistraining in Kombination mit tDCS-Anwendung im häuslichen Kontext dazu eingesetzt werden kann, um langfristige Verbesserungen nicht nur in der trainierten, sondern auch in ähnlichen oder unterschiedlichen Aufgaben sowie in validierten Fragebogen zu Alltagsgedächtnisfunktionen zu erzeugen.

Bisherige Studien zur transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) und zu kognitiven Trainingsansätzen legen nahe, dass diese Methoden effektiv sind, um dem altersbedingten Abbau kognitiver Funktionen wie des Gedächtnisses entgegenzuwirken. Ob Gedächtnisfunktionen durch Stimulation oder kognitives Training langfristig beeinflusst werden können und ob dies eine Relevanz für Alltagsaktivitäten hat, ist bisher noch unbekannt. Es mangelt an etablierten Trainingsparadigmen sowie an der detaillierten Erforschung neuronaler Korrelate. In diesem Vorhaben sollen folgende Arbeitspakete bearbeitet werden: 1) Die Untersuchung der den altersbedingten Einschränkung der Lernfähigkeit zugrundeliegenden Mechanismen mit Fokus auf GABA-erger kortikaler Neurotransmission. Dabei werden sowohl innovative TMS-Protokolle angewandt, als auch strukturelle und immunhistochemische Methoden an Hirnschnitten. 2) Die Untersuchung der Effekte von  konventionellen und optimierten tDCS-Protokollen auf motorisches Lernen und auf GABA-erge kortikale Neurotransmission. 3) Die Untersuchung der Effekte einer 4-wöchigen Anwendung eines motorischen Trainings in Kombination mit NIBS im häuslichen Kontext und auf GABA-erge Neurotransmission. Dies wird in enger Kooperation mit den anderen Verbundpartnern durchgeführt; Meta-Analysen der behavioralen Daten des Arbeitspaketes 4 aller Verbundpartner werden angestrebt.

Die Fähigkeit, flexible Handlungen zu regulieren und optimal zwischen Handlungsalternativen auszuwählen, ist entscheidend, um auch im hohen Alter ein aktives und unabhängiges Leben zu führen. Flexible kognitive Kontrollfunktionen basieren auf der Fähigkeit, zielrelevante Kontextinformationen zu repräsentieren, sie aufrechtzuerhalten und, wenn nötig, an Veränderungen anzupassen. Diesen Mechanismen der Verhaltenskontrolle liegen fronto-striatale Netzwerke zugrunde, die stark von altersbedingten Veränderungen betroffen sind. In Anbetracht des weltweit rapiden Anstiegs des Anteils älterer Menschen an der Gesamtbevölkerung, ist das Gesamtziel dieses Teilprojektes anwendbare Trainings- und Hirnstimulationsprotokolle zu entwickeln, um kognitive Kontroll- und Entscheidungsfunktionen älterer Menschen im Alltag zu unterstützen. Dieses Teilprojekt hat vier Arbeitspakete (AP), die sich an den im Verbund formulierten dreistufigen Zielvorgaben orientieren: AP1 & AP2: Erfassung von Altersunterschieden in der (tDCS) stimulationsinduzierten Verhaltensplastizität und deren Effekte auf das (AP1) Entscheidungsverhalten und (AP2) kognitive Kontrollfunktionen (Verbundziele Stufe 1); AP3: Untersuchung der Hirnmechanismen die der (tDCS) stimulations-induzierten Verhaltensplastizität älterer Menschen (Verbundziele Stufe 2); AP4: Untersuchung der Verhaltens- und neurophysiologischen Effekte eines 4-wöchigen heimbasierten kognitiven Trainings (episodisches und räumliches Gedächtnis sowie kognitive Kontrollfunktionen) mit Hirnstimulation. In diesem Teil des Projekts sollen insbesondere Transfereffekte sowie Auswirkungen der Hirnstimulation auf das Alltagsleben bei älteren Erwachsenen untersucht werden. Dabei sollen Erwachsene im höheren Erwerbsalter (50-65 Jahre) sowie im Rentenalter (65-75 Jahre) untersucht werden. Es ist auch geplant, eine Metanalyse der Verhaltensdaten des AP 4 mit allen Arbeitsgruppen des gesamten Verbundprojekts zu erarbeiten.

Bisherige Studien zur transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) und zu kognitiven Trainingsansätzen legen nahe, dass diese Methoden effektiv sind, um dem altersbedingten Abbau kognitiver Funktionen entgegenzuwirken. Ob Hirnfunktionen dadurch langfristig beeinflusst werden können und ob dies eine Relevanz für Alltagsaktivitäten hat, ist allerdings bisher noch unbekannt. Es mangelt an etablierten Trainingsparadigmen sowie an der detaillierten Erforschung neuronaler Korrelate.
Neuronale Plastizität ist eine wesentliche physiologische Grundlage kognitiver Funktionen. Im ersten Teilprojekt dieses Vorhabens sollen daher altersabhängige Veränderungen der neuronalen Plastizität identifiziert werden. Es sollen Stimulationsprotokolle entwickelt werden, die zur Wiederherstellung dieser Plastizität geeignet sind und eine Verbesserung kognitiver Funktionen bei älteren Menschen unter Alltagsbedingungen erzeugen können. Untersucht wird dies vor allem in Bereichen des Gehirns, die für die Bewegungssteuerung zuständig sind. Abschließend wird bei älteren Probanden im Rahmen einer 4-Wochen-Studie untersucht, ob eine Steigerung der Neuroplastizität durch tDCS Lernleistungen relevant verbessert.
Eine der schwerwiegendsten Beeinträchtigungen im Alltagsleben älterer Personen ist das Nachlassen der Hörfähigkeit. Sie betrifft vor allem das Hören in akustisch komplexen Umgebungen, wenn das Hörsystem nicht mehr in der Lage ist, die wichtigsten Informationen - zumeist Sprache - aus der Vielzahl an gleichzeitig eintreffenden Informationen zu extrahieren. Dem altersbedingten Nachlassen dieser komplexen Hörfunktionen kann vermutlich durch transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) und sensorisches Training entgegengewirkt werden. Im zweiten Teilprojekt sollen geeignete Paradigmen solcher Interventionen entwickelt, deren Effektivität im Hinblick auf Verbesserungen der Hörfähigkeit untersucht und die neuralen Korrelate dieser Verbesserungen erforscht werden.

Das Teilprojekt untersucht den Einfluss von anodaler transkranieller Neurostimulation (transcranial direct-current stimulation, tDCS) auf Neurotransmitterkonzentrationen und Ruhekonnektivität im Gehirn. An gesunden Probanden aus drei Altersgruppen werden in einem Innersubjekt-Design mittels MR-Spektroskopie (MRS) vor und nach Intervention die Konzentrationen des inhibitorischen Neurotransmitters GABA sowie von Glutamat, Glutamin bestimmt. Während der Intervention (randomisiert: anodale und kathodale tDCS, sham) wird die Ruhekonnektivität des Gehirns bestimmt. MR-Messungen: 3-Tesla Siemens Verio-Scanner. MRS-Sequenz: Spin-ECho full-Intensity Acquired Localized (SPECIAL) mit ultrakurzer Echozeit zur Erfassung größtenteils unmodulierter Resonanzspektren bei nahezu vollständiger Magnetisierung der Metaboliten; dadurch Möglichkeit der Quantifizierung von GABA. Da nur geringfügige Veränderungen der GABA-Konzentration zu erwarten sind, wird das Protokoll zur Verbesserung der Präzision und Reliabilität weiter optimiert. Optimierung des MRS-Protokolls für GABA, 7-9/2015. Pilotmessungen zur Anpassung des MR-Protokolls an das Setting mit tDCS-Intervention und die Voxelpositionerung für die MRS, 7-9/2015. MR-Messungen an 60 gesunden Probanden (18-30, 50-65, = 66 Jahre, je 20), Ablauf: T1-gewichtetes MRT für Voxelpositionierung und spektroskopische Quantifizierung; MRS; anschließend Intervention mit paralleler Messung der Ruhekonnektivität (rs-fMRT); anschließend zweite MRS. 3 Sitzungen an verschiedenen Tagen, Intervention randomisiert: anodale tDCS, kathodale tDCS, sham: insgesamt 180 Messsitzungen, 10/2015-9/2016. Quantifizierung von GABA und den Neurotransmittern Glutamat und Glutamin sowie weiteren Metaboliten des Gehirnstoffwechsels aus den MR-Spektren, 7/2016-3/2017. Mitarbeit bei der statistischen Datenauswertung, 10/2016-3/2017. Manuskripterstellung 1-6/2017.