Dopamin, konnektivitet och kognition under åldrandet

Hjärnans områden kommunicerar med varandra på ett sätt som gör att vi kan dela in dem i så kallade funktionella nätverk. Dessa nätverk av hjärnregioner jobbar på olika sätt för att hjälpa oss att upprätthålla viktiga kognitiva funktioner, såsom minne och uppmärksamhet. Nätverken, som utgör hjärnans funktionella uppbyggnad, förändras när vi åldras. Att de tappar i sin effektivitet kan få negativa konsekvenser för vår kognition.

En möjlig källa till dessa åldersförändringar i hjärnans funktionella uppbyggnad är förändringar i hjärnans dopaminsystem. Dopamin kan förstärka kommunikationen mellan våra hjärnceller, men detta påverkas i takt med att cellerna förlorar dopaminreceptorer när vi åldras. Lägre dopaminnivåer hos äldre personer har visat sig hänga samman med lägre nivåer av till exempel minnesfunktion.

För att förstå hur förändringar i dessa system hänger ihop, och vilka konsekvenser de får för vår kognition när vi åldras, bör studier kombinera olika metoder för att samtidigt kunna mäta flera av hjärnans olika egenskaper, och därtill följa upp samma individer longitudinellt – alltså vid flera tillfällen över tid. Tyvärr är det allt för få studier som är upplagda på detta vis, och därför är vår kunskap om källan till kognitiva nedsättningar under åldrandet begränsad.

För att belysa komplexiteten i människans kognitiva åldrande genomför forskare vid Umeå universitet och Aging research center vid Karolinska institutet en stor hjärnavbildningsstudie med deltagare i åldrarna 20–80 år. Projektet heter DyNAMIC (från engelskans dopamine, age, connectome, cognition), och deltagarna undersöks med både magnetkamera och PET-kamera för att kartlägga flera olika aspekter av hjärnan, bland annat dess funktionella uppbyggnad och tillgängligheten av dopaminreceptorer. Deltagarna får även utföra kognitiva tester som bland annat mäter deras minnesförmåga.

Forskargruppen, som leds av Alireza Salami, hoppas med hjälp av materialet från DyNAMIC kunna besvara frågor såsom:

• När börjar hjärnan och våra kognitiva funktioner att åldras?
• Vilken är den viktigaste mekanismen bakom kognitiva nedsättningar i åldrandet?
• Leder förändringar i dopaminsystemet till förändringar i hjärnans funktionella uppbyggnad och i sin tur till kognitiva nedsättningar?

Resultat från projektets första datainsam­ling visar att äldre individer i jämförelse med yngre har lägre nivåer av både kognitiv funktion och den typ av dopaminreceptor som kallas D1. Dessutom visar analyser att sambandet mellan antalet funktionella kopplingar och nivåer av D1-receptorer över olika hjärnregioner inte är linjärt. I stället verkar regioner som uppvisar högst antal funktionella kopplingar med resten av hjärnan ”endast” uppvisa mellan­nivåer av D1-receptorer. Detta tyder på att det kan finnas en optimal nivå av dopaminreceptorer för regioners funktionella konnektivitet, då regioner där nivån antingen är för låg eller för hög uppvisar lägst antal funktionella kopplingar.

En minskning i dopaminreceptorer med stigande ålder skulle därmed kunna hänga samman med både minskningar och ökningar i regioners funktionella kopplingar till andra delar av hjärnan. Eftersom olika regioner bidrar till olika kognitiva funktioner är det därför möjligt att dopaminrelaterade förändringar i hjärnans funktionella uppbyggnad får olika konsekvenser för olika kognitiva förmågor.

En unik aspekt av DyNAMIC är kombinationen av en longitudinell design och mätningar av dopaminreceptorn D1. I nuläget finns inga liknande mätningar, vilket gör DyNAMIC till världens största databas för just D1-receptorn. Tillsammans med bredden på resten av materialet i DyNAMIC finns det hopp om att kunna kartlägga tidiga tecken på kognitiva nedsättningar som kan bidra till att identifiera personer som riskerar att drabbas extra hårt av åldrandets negativa konsekvenser.