Arbeitsgruppe Kognition, Altern und Neurorehabilitation

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit den Themen gesundes Altern, kognitive Einschränkungen im Alter sowie Neurorehabilitation nach Schlaganfall.

Hierzu werden Lernprozesse im gesunden alternden, durch neurodegenerativ veränderten oder durch Schlaganfall geschädigten Gehirn auf ihre neuronalen Korrelate hin untersucht (Verhaltensmessungen, funktionelle und strukturelle MRT-basierte Bildgebung, elektrophysiologisch ermittelte Langzeitpotenzierung).
Darauf aufbauend entwickeln wir interventionelle Verfahren zur Lernverbesserung, speziell im Bereich der Erholung von Sprache und Motorik nach einem Schlaganfall. Dazu gehören die pharmakologische Lernförderung (dopaminerge Substanzen), die elektrische Hirnstimulation (transkranielle Magnetstimulation, transkranielle Gleichstromstimulation) und Lebensstil-Interventionen wie körperliche Aktivität oder diätische Ansätze. In diesem Kontext untersuchen wir außerdem die Interaktion des Ansprechens auf interventionelle Verfahren mit genetischer Prädisposition. Klinische Studien werden im Bereich der Spracherholung durch intensives Training und durch transkranielle Gleichstromstimulation durchgeführt.

Spezialambulanzen: Sprechstunde für Gedächtnisstörungen, CCM

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Laufende Projekte

Einfluss von Lebensstilfaktoren auf das Gehirn (Projekt 1 und 2)

Experimentelle Tierstudien und epidemiologische Studien beim Menschen lassen vermuten, dass ein gesunder Lebensstil dazu beitragen kann, das Risiko von altersabhängigen Erkrankungen zu verringern. Neben Rauchgewohnheiten, Alkoholkonsum, Gewicht und sozialer Interaktion werden körperlicher Aktivität und der Ernährung eine besondere Bedeutung zugeschrieben. Der direkte Einfluss dieser Faktoren auf die Kognition beim Menschen ist jedoch noch unklar, ebenso wie die zugrunde liegenden Mechanismen.

Die Arbeitsgruppe untersucht in verschiedenen Interventionsstudien (Projekt 1: Gehirnverbesserung durch diätische Maßnahmen bei älteren Menschen; Projekt 2: Projekt 2: Gehirnverbesserung durch Kombination von diätischen Maßnahmen, Sport und kognitiver Stimulation bei Menschen mit bestehender leichter Gedächtniseinschränkung (sog. mild cognitive impairment) den Einfluss von Sport und gesunder Ernährung (u.a. Kalorienrestriktion, Omega-3 Fettsäuren) auf das alternde Gehirn. Dabei werden neuropsychologische Testverfahren, Analyse peripherer Biomarker im Blut, und bildgebende Verfahren wie strukturelle und funktionelle Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) eingesetzt.
Für nähere Informationen zur Teilnahme an unseren Studien wenden Sie sich bitte an Dr. Veronica Witte, 030/450560140 (AB), veronica.witte@charite.de

Kooperationen bestehen u.a. mit dem Institut für Sportwissenschaft/Sportmedizin der Humboldt Universität zu Berlin (Prof. Dr. R. Wolff), dem Institut für Lebensmittelwirtschaft und Ökotrophologie der Universität Hannover (Prof. Dr. A. Hahn) und mit der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie/Gerontopsychiatrie der Universität Frankfurt am Main (Prof. Dr. J. Pantel). Innerhalb der Charité arbeiten wir u.a. mit der Neuroradiologie am Campus Benjamin Franklin zusammen (PD Dr. J. Fiebach); Prof. A. Villringer, MPI Leipzig

Projekt 3: Gehirnstimulation und intensives Training in der Rehabilitation chronischer motorischer Paresen nach Schlaganfall

In diesem Projekt werden Patienten, die nach einem Schlaganfall an einer Lähmung (motorischer Parese) leiden, mittels eines intensiven physiotherapeutischen Trainings sowie einer Kombination von physiotherapeutischem Training mit transkranieller Gleichstromstimulation untersucht. Gleichzeitig werden die zugrunde liegenden Mechanismen mittels struktureller und funktioneller Bildgebung sowie Einzelpuls-TMS (Transkranieller Magnetstimulation) erfasst.

Kooperationen bestehen u.a. mit Dr. F. Hummel und Prof. C. Gerloff, Universitätsklinikum Hamburg Eppendorf, Prof. Dr. A. Luft, Universitätsspital Zürich; Dr. Heidi Johansen-Berg, Functional Magnetic Resonance Imaging of the Brain Center, Oxford, UK; Dr. Leonardo Cohen, National Institute of Neurological Disorders and Stroke, USA; Dr. M. Nitsche, Neurologie Universität Göttingen

Projekt 4: Gehirnstimulation und intensives Training in der Rehabilitation chronischer Aphasie nach Schlaganfall

In diesem Projekt werden Patienten, die nach einem Schlaganfall an einer Sprachstörung (Aphasie) leiden, mittels eines hochintensiven individuell angepassten Benenntrainings sowie mittels einer Kombination aus intensivem Benenntraining und transkranieller Gleichstromstimulation untersucht. Gleichzeitig werden die zugrunde liegenden Mechanismen mittels struktureller und funktioneller Bildgebung erfasst.
Kooperationen bestehen u. a. zu PD Dr. C. Breitenstein, Neurologie der Universität Münster; Dr. M. Nitsche, Neurologie Universität Göttingen;

Projekt 5: Kann Benennen bei chronischen Aphasiepatienten fazilitiert werden durch Voraktivierung des motor. Systems?

In diesem Projekt wird untersucht, ob sich die enge Verbindung zwischen motorischen und sprachlichen System für eine Verbesserung der Spracherholung bei Aphasikern nutzen lässt.

Projekt 6: Ist die Fähigkeit der LTP-Induktion u. des Lernerfolgs abhängig von Läsionen der weißen Substanz?

In diesem Projekt wird untersucht, ob Patienten mit Hypertonie-assoziierter Schädigung der weißen Substanz oder monogenetisch bedingten Schädigungen der weißen Substanz an Störungen der Lernfähigkeit auf behavioraler sowie neurophysiologischer Ebene leiden.

Kooperationen bestehen u. a. zu Dr. H. Wersching, Epidemiologie Universität Münster

Projekt 7: Gen-Umwelt-Interaktionen: Wie beeinflussen genetische Prädispositionen und individuelle Lebensgewohnheiten die Gedächtnisleistungen im Alter?

Gen-Umwelt-Interaktionen sind von entscheidender Bedeutung für die Gedächtnisleistung bei Menschen. In diesem Projekt wird die Bedeutung häufig vorkommender Polymorphismen in lernrelevanten Genen in Interaktion mit Umweltfaktoren/Lebensstil für kognitive Funktionen und das interindividuell unterschiedliche Ansprechen älterer Menschen auf Strategien zur Lernverbesserung getestet. Außerdem wird die Effektivität einer pharmakologischen Intervention auf die Gehirnaktivierung während einer Gedächtnisaufgabe in Abhängigkeit vom genetischen Profil untersucht (Pharmakogenetik). Das Projekt wird einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der komplexen Interaktion von genetischem Profil und Umweltfaktoren sowie möglicher interindividuell unterschiedlicher Therapieansätze zur Verbesserung des Gedächtnisses leisten.

Kooperationen bestehen u. a. zu Dr. H. Wersching, Epidemiologie Universität Münster; Prof. S. Knecht, Klinik Hamburg-Eilbek

Projekt 8

Körperliche Aktivität wird effektiv als symptomatische Begleittherapie motorischer Defizite bei idiopathischem Parkinson-Syndrom (IPS) eingesetzt. Es wird jedoch zunehmend deutlich, dass freiwillige körperliche Aktivität im Tiermodell und bei Patienten den  Krankheitsprozess kausal beeinflussen kann, mit positiven Effekten nicht nur auf die Motorik, sondern auch auf Kognition und Affekt. Tierexperimentelle Studien legen nahe, dass die zugrunde liegenden Mechanismen auf eine Verstärkung endogener Plastizität zurückzuführen sein könnten; u. a. durch Aktivierung neuronaler Vorläuferzellen in unterschiedlichen Hirnarealen, die mit verbessertem klinischen Outcome korreliert. Im beantragten Projekt sollen in einem  translationalen Ansatz tierexperimentelle Untersuchungen aktivitätsinduzierter endogener Plastizität und ihre klinischen funktionellen Relevanz am Mausmodell für IPS mit bildmorphologischen, serologischen und klinischen Befunden bei IPS-Patienten korreliert. Untersuchungen am Tiermodell und am Patienten verglichen werden.

Kooperationen bestehen u. a. zu Dr. B, Steiner, Charite Berlin; Prof. Dr. A. Kupsch, Charite Berlin; Prof. Dr. C. Winter, Universität Dresden; Prof. G. Ebersbach, Beelitz.

Projekt 9

Dementielle Erkrankungen, die am häufigsten vom degenerativen oder vaskulären Typ sind, stellen individuell und gesundheitspolitisch bedeutende Erkrankungen dar. Aufgrund der relativen Zunahme älterer Menschen in unserer Gesellschaft wird in den nächsten Jahren eine Verdopplung der Zahl der an Demenz erkrankten Menschen erwartet. Vaskuläre Risikofaktoren, wie z. B. pathologische Glukosetoleranz (PGT) und Diabetes mellitus (DM), arterielle Hypertonie, und Dyslipidämie tragen sowohl zum Entstehen von vaskulären als auch degenerativ bedingten Demenzen. Diese Erkrankungen nehmen stetig zu, u. a. bedingt durch die “Adipositas-Epidemie” weltweit. PGT/DM haben sowohl schädigende Effekte auf das Gehirnparenchym selbst (oxidativer Stress sowie relative Insulinresistenz mit erhöhter Ablagerung von Beta-Amyloid) als auch auf die hirnversorgenden Gefässe, wo sie zu Makro- und Mikroangiopathie, führen. Experimentelle Tierstudien und epidemiologische Beobachtungsstudien beim Menschen haben nahe gelegt, dass Sport positive Effekte hat auf die hirnversorgenden Gefässe und auf die molekularen und zellulären Kaskaden, die die Plastizität und Lernfähigkeit des Gehirns vermitteln (z. B. Fähigkeit zur LTP-Induktion; Integrität der weissen Substanz; Freisetzung von Neurotransmittern oder Neurotrophinen). Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass Sport die PGT/DM verbessert, sogar ohne eine begleitende Gewichtsabnahme.

Die jetzt geplante Studie soll, in einem sog. “proof-of-concept” Ansatz, beantworten, ob Sport bei älteren Menschen mit PGT die Gedächtnisfunktionen verbessern kann. Darüber hinaus planen wir, die zugrunde liegenden Mechanismen zu erforschen, sowohl im Bezug auf die Gehirngefässe als auch das Gehirn selbst. Unsere Ergebnisse werden es erlauben, spezifische Sportinterventionen für diese Gruppe älterer Menschen zu entwickeln, evlt. sogar pharmazeutische „Sport-Mimetika“ (z. B. neurotrophe Faktoren, die injiziert werden können).

Kooperationen bestehen u.a. mit dem Institut für Sportwissenschaft/Sportmedizin der Humboldt Universität zu Berlin (Prof. Dr. R. Wolff). Innerhalb der Charité arbeiten wir u.a. mit der Neuroradiologie am Campus Benjamin Franklin zusammen (PD Dr. J. Fiebach); Prof. A. Villringer, MPI Leipzig

Projekt 10

Ein weiterer Interessenschwerpunkt betrifft sogenannte Demenz-Biomarker in Blut und Liquor. Untersucht werden soll, inwieweit bereits etablierte Marker-Proteine, v.a. Tau-Protein, phosphoryliertes Tau und Amyloid-beta-Peptid, aber auch mögliche neue Kandidaten mit der klinischen Diagnose „Alzheimer-Demenz“ korrelieren. Auch soll deren Wertigkeit im Prodromalstadium, dem sogenannten minimal cognitive impairment, untersucht werden. In Kooperation mit der Abteilung klinische Chemie der Charité (CBF) ist zudem die Überprüfung/Evaluation publizierter und neuer potentieller Alzheimer-spezifischer Marker im Blut/Serum mit einem neuen Detektionsystem geplant. Es soll der Frage nachgegangen werden, ob die Marker die Diagnosestellung unterstützen und ein Monitoring – im Sinne eines Surrogat-Markers – ermöglichen. martin.herbst@charite.de

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Original publications

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Meinzer M., Breitenstein C., Westerhoff U., Rösser N., Sommer J., Rodriguez A., Harnish S.,  Knecht S.,  Flöel A. (in press, 2010)

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Review articles, book chapters

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2. Carlo C, Cappa S, Cohen L, Floel A, Fregni F, Nitsche M, Oliveri M, Pascual-Leone A, Walter P;  Priori A, Walsh V

Efficacy of rTMS/tDCS in cognitive neurorehabilitation. Brain Stimulation, in press.

3.  Reis J, Robertson E, Krakauer JW, Marshall L, Gerloff C, Wassermann E, Pascual-Leone A, , Hummel F, Celnik PA, Classen J, Floel A, Ziemann U, Paulus W, Siebner HR, Rothwell1 J, Born J, Cohen LG.

Consensus: Can tDCS and TMS enhance motor learning and memory formation? Brain Stimulation 2008;1:363-369.

4. Breitenstein C, Kramer K, Meinzer M, Baumgaertner A, Flöel A, Knecht S.

Einfluss kognitiver Faktoren auf den Erfolg intensiven Sprachtrainings bei Aphasie. Nervenarzt. 2008 Sep 20. [Epub ahead of print].

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VII. Therapeutische Ansätze – Schlaganfall. Kapitel 56, Seite 567-582. In: Ziemann U, Siebner H, eds. Transkranielle Magnetstimulation. Springer Medizin Verlag, Heidelberg 2007.

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14: Influence of theories of plasticity on human neurorehabilitatio. In: Selzer ME, Clarke S, Cohen LG, Duncan PW, Gage FH (eds.) Textbook of Neural Repair and Rehabilitation, Volume I. Cambridge University Press, MA, 2006.

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Transkranielle Magnetstimulation in der Therapie von Schlaganfallfolgen. Klin Neurophysiol 2002; 33:100-105.

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