COBRA
Die Kartierung des Dopamins im alternden menschlichen Gehirn
Die Cognition, Brain, and Aging (COBRA)-Studie ist eine internationale Zusammenarbeit zwischen drei schwedischen Forschungseinrichtungen und dem Forschungsbereich Entwicklungspsychologie (LIP) am MPI für Bildungsforschung in Berlin. Sie hat erstmalig Veränderungen des dopaminergen Systems und deren Bedeutung für die Alterung von Gehirn und Verhalten beim Menschen erfasst.
COBRA ist eine längsschnittliche Studie von 181 Erwachsenen, die 64–68 Jahre alt waren, als sie 2012 zum ersten Mal untersucht wurden (Nevalainen et al., 2015). COBRA umfasst bisher drei Messzeitpunkte im Abstand von fünf Jahren. Die Studie erlaubt erstmalig die Untersuchung der Zusammenhänge von alterungsbedingten Veränderungen des dopaminergen (DA) Neurotransmittersystems zu anderen Hirnparametern, wie z.B. den Volumina der grauen und weißen Substanz, der Mikrostruktur der weißen Substanz, zerebraler Durchblutung und funktionellen Aktivierungsmustern, sowie zur kognitiven Leistungsfähigkeit. Der inhaltliche Schwerpunkt liegt auf Assoziationen zwischen Veränderungen im DA-System und Veränderungen in kognitiven Fähigkeiten. Um DA zu messen, wird mit den Teilnehmenden eine Messung mit Positronen-Emissions-Tomographie (PET) durchgeführt. Während der Messung wird der Ligand Racloprid injiziert, der sich spezifisch an DA-D2-Rezeptoren bindet. Unter bestimmten Annahmen kann die mit Racloprid festgestellte DA-Rezeptorverfügbarkeit als Index der DA-Kapazität betrachtet werden.
An COBRA beteiligen sich die Universität Umeå, das Karolinska Institutet in Stockholm, die Universität Göteborg sowie der Forschungsbereich Entwicklungspsychologie des MPI für Bildungsforschung. Alle diese Forschungseinrichtungen verfügen über langjährige Erfahrung in der Untersuchung längsschnittlicher Veränderungen von Gehirn und Verhalten. Die Universität Umeå und Karolinska Institutet tragen spezifische Kenntnisse zur PET-DA-Bildgebung bei. Die Universität Göteborg und das MPI für Bildungsforschung sind in der Modellierung multivariater längsschnittlicher Paneldaten besonders ausgewiesen. Forschende aller vier Einrichtungen treffen sich regelmäßig und steuern die für eine Studie dieses Umfangs benötigte Synergie bei.
Auf der Basis einschlägiger theoretischer Annahmen und Befunde (Bäckman et al., 2006; Li et al., 2001) bestehen die Hauptziele von COBRA darin, das mittlere Veränderungsmuster der normalen Alterung des DA-Systems zu bestimmen sowie die Bandbreite der Verlaufsunterschiede zwischen Personen zu ermitteln. Wegen des großen Beitrags von DA zu kognitiven, motorischen und motivationalen Aspekten des Verhaltens ist es besonders wichtig, mehr über normative DA-Veränderungen und das Ausmaß individueller Unterschiede zu erfahren und deren Bedeutung für den menschlichen kognitiven Alterungsprozess näher zu bestimmen. Forschungsleitend ist die Annahme, dass Personen, deren DA-Kapazität besonders stark abnimmt, auch größere kognitive Leistungseinbußen aufweisen.
Im Einzelnen soll die COBRA-Studie vier zentrale Themen der kognitiven Alternsforschung beleuchten (Nevalainen et al., 2015):
- Das mittlere Ausmaß, die regionale Verteilung sowie individuelle Unterschiede in altersassoziierten DA-Kapazitätsveränderungen.
- Die gemeinsamen und spezifischen Beiträge von DA-Kapazitätsveränderungen sowie von Veränderungen der grauen und weißen Substanz des Gehirns zu Veränderungen in kognitiven Fähigkeiten.
- Die zeitlich gestaffelten Beziehungen zwischen verschiedenen neuronalen, stoffwechselbezogen und vaskulären Korrelaten kognitiver Leistungsabnahmen. Zur Beurteilung derartiger Beziehungen sind mehr als zwei längsschnittliche Messzeitpunkte zwingend erforderlich.
- Der möglicherweise positive Einfluss kognitiver, körperlicher und sozialer Aktivitäten auf alterungsbedingte Veränderungen von Gehirn und Verhalten.
Der Median der Zeitabstände betrug zwischen den ersten beiden Wellen 5.0 Jahre (Spannbreite: 4.9–5.3 Jahre) und zwischen der zweiten und dritten Welle 4.4 Jahre (Spannbreite: 4.0–5.1 Jahre). Von den 181 Personen, die an der ersten Welle teilnahmen, nahmen 129 an Welle 2 und 93 an Welle 3 teil. Der Schwerpunkt der laufenden Auswertungen liegt auf den über den Zeitraum von 10 Jahren beobachteten Veränderungen. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Abnahme der DA-Kapazität im Striatum mit kognitiven Leistungseinbußen einhergeht, möglicherweise vermittelt durch striato-thalamo-kortikale Verbindungen (Lundgren et al., 2025). Zukünftige Analysen werden auch Veränderungen der DA-Kapazität in limbischen und neokortikalen Systemen betrachten und die zeitlich gestaffelten Beziehungen zu anderen physiologischen Veränderungen in den Blick nehmen.
Zusammenfassende Übersicht des Forschungsprojekts
Cognition, Brain, and Aging (COBRA)-Studie
Projektleiter*innen: Lars Bäckman (Professor, Aging Research Center, Karolinska Institutet, Schweden), Nina Karalija (Associate Professor, Department of Medical and Translational Biology, Umeå University, Schweden), Ulman Lindenberger (Direktor, Forschungsbereich Entwicklungspsychologie, MPI für Bildungsforschung, Berlin, Deutschland), Martin Lövdén (Professor, Department of Psychology, University of Gothenburg, Schweden), Lars Nyberg (Professor, Center for Functional Brain Imaging, Umeå University, Schweden) und Katrine Riklund (Dekanin der Medizinischen Fakultät, Umeå University, Schweden).
Gegenwärtig teilnehmende Forschende am Berliner Standort: Andreas Brandmaier, Martin Dahl, Laurenz Lammer, Ulman Lindenberger, Zoya Mooraj
Zeitraum: 2012–laufend
Finanzierung: z.B. Swedish Research Council, FORTE, Universität Umeå, das "Umeå University–Karolinska Institutet Strategic Neuroscience"-Programm, Knut and Alice Wallenberg Foundation, Torsten Söderberg Foundation, Ragnar Söderberg Foundation, Spende der Jochnick Foundation, Swedish Brain Power, Swedish Brain Foundation, Västerbotten County Council, Strategischer Innovationsfond/Max-Planck-Gesellschaft, Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis 2010 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), Swedish National Infrastructure for Computing (SNIC) via Abisko-Computercluster an der Universität Umeå.