Leeftijdsgerelateerde veranderingen in de hersenen en hun gevolgen voor de motorische prestatie

Om een motorische taak tot een succesvol einde te brengen, is een gestructureerde aansturing van onze spieren via de hersenen noodzakelijk. Naast het mogelijk maken van relevante bewegingen (excitatie), is het hierbij ook belangrijk dat taak-irrelevante bewegingen onderdrukt worden (inhibitie).

Probeer maar eens een cirkel te tekenen met je linkerhand, terwijl je rechterhand een vierkant tekent. Je zal merken dat het een uitdaging is deze twee verschillende bewegingen te combineren. Dit omdat we typisch geneigd zijn synchrone bewegingen uit te voeren met beide lichaamshelften, een neiging die in de voorgaande opdracht onderdrukt moet worden. Dit maakt het onderzoeken van bimanuele coördinatietaken uiterst interessant, omdat deze taken een wisselwerking tussen verschillende hersenregio’s over beide hersenhelften vraagt waarbij het evenwicht tussen het activeren en remmen van bepaalde bewegingen, cruciaal is. Bij het onderdrukken of inhiberen van irrelevante gebeurtenissen speelt de neurotransmitter of ‘boodschapperstof’ gamma amino-boterzuur (GABA) een belangrijke rol. Zo zorgt GABA ervoor dat activatie van neuronen geremd wordt, wat gecoördineerde bewegingen mogelijk maakt.

De neurale dedifferentiatie hypothese bij ouderen

Verschillende studies hebben aangetoond dat de basale GABA-concentratie in verschillende hersenregio’s daalt naarmate we ouder worden. Een belangrijke hypothese is dat deze daling ervoor zorgt dat de remming op neuronen daalt, waardoor de hersenen een verhoogde activatie zullen vertonen. Deze verhoogde activatie zorgt voor meer ruis en een verlies van specificiteit in de hersenen, met een achteruitgang van de motorische prestatie tot gevolg. Dit proces waarbij hersenactiviteit en functionele verbindingen binnen de hersenen (ongewenst) hun specificiteit voor een specifieke taak context verliezen, wordt neurale dedifferentiatie genoemd.

In mijn doctoraatsproject onderzocht ik de rol van GABA in deze neurale dedifferentiatie hypothese in detail. Ik rekruteerde een groep gezonde jongvolwassenen en een groep 60-plussers. Alle deelnemers voerden verschillende bimanuele taken uit en ondergingen een MRI scan van de hersenen waarbij onder andere de GABA-concentratie in verschillende regio’s van het motorisch netwerk gekwantificeerd werd.

Een taak- en leeftijd-specifieke associatie tussen GABA en motorische prestatie

Zoals verwacht vertoonden ouderen een slechtere prestatie op de verschillende bimanuele taken. Verder toonden we verschillen aan in de GABA-concentratie tussen de verschillende hersenregio’s van het motorisch netwerk, alsook een verschil tussen leeftijdsgroepen.

Zo stelden we vast dat de GABA-concentratie in linker en rechter primaire motorische hersengebieden (dit zijn de gebieden die zorgen voor de aansturing van onze bewegingen) significant lager was in de ouderen ten opzichte van de jongeren.

Daarenboven toonden we aan dat de associatie tussen de GABA-concentratie binnen het motorisch netwerk en de bimanuele prestatie taak- en leeftijdsafhankelijk was. Binnen de groep jongvolwassenen was een hogere GABA-concentratie in het motorisch netwerk gelinkt aan een slechtere prestatie op een bimanuele coördinatietaak. In ouderen daarentegen, was een hogere GABA-concentratie in deze gebieden gerelateerd aan een betere prestatie op een bimanuele handigheidstaak. Hoewel deze resultaten op het eerste zicht conflicterend lijken, kunnen ze mogelijks verklaard worden aan de hand van het belang van een verfijnde excitatie-inhibitie balans.

De excitatie-inhibitie balans

Bij ouderen verwachtten we dat een gedaalde GABA-concentratie aan de oorzaak ligt van neurale dedifferentiatie, een proces dat de motorische prestatie niet bevordert. Zo toonden onze resultaten inderdaad aan dat ouderen die een hogere GABA-concentratie hadden binnen het motorisch netwerk (een concentratie die dichter ligt bij de gemiddelde GABA-concentratie van de jongeren), inderdaad beter presteerden. Bij jongeren daarentegen, was een hogere GABA-concentratie niet voordelig.

Hierbij is het belangrijk op te merken dat de motorische gebieden waarin GABA gemeten werd allemaal relevant zijn voor uitvoering van de bimanuele taken. Een mogelijke verklaring is daarom dat de activatie van deze hersengebieden bij jongeren die een hoge GABA-concentratie hebben beperkt wordt, wat de prestatie benadeelt.

Het gaat dus over een kritisch evenwicht waarbij een te hoge GABA-concentratie zinvolle hersenactiviteit mogelijks te veel onderdrukt, terwijl een te lage concentratie, zoals gezien bij de ouderen, net aanleiding geeft tot te veel irrelevante hersenactivatie. Om deze stelling verder te ondersteunen is er nog meer onderzoek nodig dat naast de GABA-concentratie en de motorische prestatie gelijktijdig ook de hersenactiviteit in kaart brengt.

Deze studie, die gepubliceerd werd in NeuroImage, vormt een deel van mijn doctoraat dat mede mogelijk gemaakt werd door ondersteuning van het FWO. Wil je meer weten over leeftijdsgerelateerde veranderingen in de hersenen en hun gevolgen voor de motorische prestatie? Of misschien wil je zelf wel eens deelnemen als proefpersoon? Houdt dan zeker onze onderzoeksgroep ‘Motor Control & Neuroplasticity Research Group’ aan de KU Leuven in de gaten.