Risk and Resilience: a Multimodal Neuroimaging Integration in Aging and Alzheimer’s Disease

Abstract

Der Alterungsprozess ist mit einem breiten Spektrum von Veränderungen der Gehirnstruktur und -funktion, sowie altersbedingter kognitiver Verschlechterung und pathologischer Neurodegeneration verbunden. Jahrelange Forschungen haben gezeigt, dass Pathologien wie neurofibrilläre Bündel, Amyloid Ablagerungen (Aβ) und zerebrovaskuläre Störungen zur Abnahme der kognitiven Leistungsfähigkeit im Alter und bei der Alzheimer Demenz (AD) beitragen. Jüngste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass bestimmte Lebensstilfaktoren die Fähigkeit, mit Pathologien umzugehen, fördern. Hierbei handelt es sich um die sogenannten Resilienzfaktoren. Im Gegensatz dazu stehen die Risikofaktoren, welche die Vulnerabilität für kognitive Verschlechterung und Neurodegeneration erhöhen und diese Prozesse beschleunigen können. Diese Arbeit exploriert Risiko- und Resilienzfaktoren in einem breiten Spektrum von Probanden, von kognitiv normalen älteren Menschen über Personen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung bis hin zu Personen mit klinischer AD mittels einer holistischen Integration behavioraler Messungen und Markern multimodaler Neurobildgebung. Basierend auf vier Studien untersucht diese Dissertation die Assoziation von AD und zerebrovaskulärer Störungen, funktioneller Konnektivitätsnetzwerke und Kognition in einem gepoolten Datensatz bestehend aus 645 Individuen. Zusammenfassend erweitern die Ergebnisse der vorliegenden Dissertation die Literatur zu Resilienz- und Risikofaktoren im Kontext gesunden Alterns und AD, indem sie eine holistische Integration der komplexen Mechanismen während des Alterungsprozesses liefert.

Aging alone is associated with a wide range of alterations in brain structure and function as well as age-associated cognitive decline and pathological neurodegeneration. Years of research have shown that brain pathology such as neurofibrillary tangles, amyloid deposition (Aβ), and cerebrovascular pathology contribute to decline of cognitive functions in aging and Alzheimer’s Disease (AD). Recent research has pointed out that certain lifestyle factors contribute to the ability to cope with pathology, known as resilience factors, while in contrast, risk factors can accelerate and increase the vulnerability towards cognitive decline and neurodegeneration.

This work explores risk and resilience factors across a diverse spectrum of participants ranging from cognitively intact older adults, to mild cognitive impairment (MCI), and clinical AD with a holistic integration of behavioral measures and multimodal neuroimaging markers. Based on four studies this dissertation investigates the association of AD and cerebrovascular pathology, functional connectivity networks and cognition in a pooled data set of 645 individuals. In summary, our results shed light on the diverse mechanistic underpinning of functional brain networks, hinting at the complex interplay between the brain’s functionality at-rest and the multiple pathological processes. Overall, these findings extend the literature on the resilience and risk factors in the context of healthy aging and AD, while providing a holistic integration of the complex mechanisms at play during the aging process.