Zmiany w spoczynkowej łączności funkcjonalnej głównych centrów dopaminergicznych w czasie starzenia się

Starzenie się ludzi jest związane z gorszym wykonywaniem zadań wymagających szybkiego i efektywnego przetwarzania informacji, a także stabilnością w zakresie niektórych domen, takich jak wrażliwość na nagrodę. Choć szereg badań wskazuje na dopaminę jako potencjalnego mediatora powyższych efektów, wiedza na temat mechanizmów stojących u podłoża tych procesów jest wciąż niewielka. W celu wypełnienia tej luki porównałem wzory lokalnej i międzyobszarowej spoczynkowej łączności funkcjonalnej brzusznego pola nakrywki i istoty czarnej części zbitej, głównych miejsc syntezy dopaminy w mózgu, pomiędzy grupami zdrowych młodszych (20-35 lat; N = 37) i starszych osób (55-80 lat; N = 27). Dodatkowo poszukiwałem wzorów łączności funkcjonalnej tych struktur powiązanych z wykonaniem zadań mierzących funkcje wykonawcze, uwagowe i wrażliwość na nagrodę, a także porównałem mapy łączności lewej i prawej istoty czarnej. Wyniki wskazują, że łączność funkcjonalna istoty czarnej silnie koresponduje ze znanymi obwodami anatomicznymi, a korelacja sygnału pomiędzy tą strukturą a zakrętem kątowym i boczną korą oczodołowo-czołową jest predyktorem zdolności wzrokowo-ruchowych. Starzenie się jest z kolei związane ze zwiększoną lokalną synchronizacją w brzusznym polu nakrywki, a ponadto z licznymi różnicami w łączności funkcjonalnej między dopaminergicznymi ośrodkami śródmózgowia a obszarami korowymi i podkorowymi. Moje badanie jest zatem pierwszą pracą pokazującą, że starzenie się wiąże się ze zmianą lokalnej łączności funkcjonalnej w obrębie śródmózgowia, a także jego międzyobszarowej komunikacji z głównymi odbiorcami dopaminergicznego unerwienia, takimi jak prążkowie, przedni zakręt obręczy i wyspa.

Human aging is associated with decreased performance in a wide range of tasks requiring fast and efficient information processing, and stability across several other cognitive domains, including reward sensitivity. A body of literature suggests dopamine as a prominent candidate molecule to mediate these effects, however, the knowledge regarding the underlying mechanisms is scarce. To fill this gap, I compared local and distant resting-state functional connectivity patterns of ventral tegmental area and substantia nigra pars compacta, the main dopamine synthesis sites in the brain, in healthy young (20-35 years; N = 37) and older adults (55-80 years; N = 27). Additionally, I sought long-range functional connectivity patterns of these structures associated with performance in tasks probing executive, attentional and reward functioning, as well as compared the functional coupling of the left and right substantia nigra. The results show that substantia nigra’s functional connectivity corresponds well with the underlying anatomical circuitry, and that strength of functional connection of this structure with angular gyrus and lateral orbitofrontal cortex predicts the visuomotor search abilities. In turn, aging is associated with increased local synchronisation in the ventral tegmental area, and differences in functional connectivity of the dopaminergic midbrain with numerous cortical and subcortical structures. To the best of my knowledge, this work is the first one to report the age-related effects on midbrain local synchronisation and its connectivity with key recipients of dopaminergic innervation, such as striatum, anterior cingulate and insula.