Hoe ouder worden de controle over onze acties beïnvloed - Age-related changes in the modulation of inhibition as a function of task requirement

Lien Meulemans Stéphanie Vanelderen
In deze masterproef bekeken inhibitie bij het ouder worden. Ook de rol van de neurotransmitter gamma-aminoboterzuur (GABA) hebben we onderzocht.

Ouderen stoppen trager in vergelijking met jongeren

De vergrijzing is een feit dat niemand meer ontkent. Mensen worden alsmaar ouder. Ook de geneeskunde evolueert, waardoor “gezond” verouderen alsmaar meer mogelijk wordt. Dit gezond verouderen is ook iets wat veel mensen nastreven. Maar hoe veranderen onze hersenen eigenlijk tijdens het verouderen? En welke impact heeft dit nu juist op ons dagelijks functioneren? Dit zijn belangrijke vragen en het antwoord hierop is veelomvattend vertelt Lien Meulemans, master in de revalidatiewetenschappen en de kinesitherapie aan de K.U. Leuven.

Onze hersenen zijn complex en nog lang niet volledig begrepen. Toch is het duidelijk dat de hersenen van ouderen (60-plussers) verschillen van de hersenen van jongvolwassenen, zowel op structureel als op functioneel niveau. Dit kan geïllustreerd worden met een simpel voorbeeld. Stel u voor dat een persoon van 25 jaar en een persoon van 65 jaar elk apart een straat willen oversteken. Uit het niets komt een auto aangereden. Beide personen hadden hem niet gezien en blijven staan aan het begin van de straat. Denkt u dat er een verschil is in de snelheid van stoppen tussen beide voetgangers? Het antwoord op deze vraag is “ja”. Er is een snelheidsverschil tussen beide personen als ze plots moeten stoppen. In dit geval stopt de 65-jarige persoon trager als de persoon van 25. In een tweede situatie blijft alles hetzelfde, enkel kunnen de voetgangers de auto nu enkele seconden op voorhand zien. De twee personen uit de verschillende leeftijdscategorieën wachten geduldig op het voetpad totdat de auto hen al dan niet gezien heeft. Is er nu een verschil in de snelheid van stoppen tussen de twee personen? Het antwoord op deze tweede vraag is “nee”. De oudere persoon stopt even snel (of even traag) als de jongere persoon.

Als we een actie proberen te verhinderen, in dit geval de straat oversteken, als reactie op een prikkel in de omgeving, de aanrijdende auto, dan wordt dit  “responsinhibitie” genoemd. In de eerste situatie moeten beide personen razendsnel stoppen aan het begin van de straat. Dit noemt men “reactieve inhibitie”. In de tweede situatie wisten de personen enkele seconden op voorhand dat ze moesten stoppen. Hierdoor konden ze anticiperen op de stop-situatie door op het voetpad te blijven staan, wat “proactieve inhibitie” wordt genoemd.

Gamma-aminoboterzuur

Uit eerder onderzoek is gebleken dat de inhibitie- of stopcircuits in de hersenen van ouderen aangedaan zijn in vergelijking met deze van jongvolwassenen. Hieruit kunnen we afleiden dat ouderen in het algemeen trager stoppen dan de jongerenpopulatie. Deze aantasting geeft ons echter geen verklaring waarom er een verschil is in de stopsnelheid van beide personen in de tweede situatie hierboven beschreven. Om hier een antwoord op te kunnen formuleren moeten we meer in detail naar onze hersenen gaan kijken.

Onderzoek met transcraniële magnetische stimulatie, hierbij geeft men een elektrische puls op de schedel om de onderliggende hersengebieden te stimuleren, heeft aangetoond dat de efficiëntie van responsinhibitie afhangt van de neurotransmitter gamma-aminoboterzuur (GABA). GABA is één van de belangrijkste inhiberende of remmende stoffen in de hersenen van zoogdieren, ook in die van mensen. Ouderen zouden deze stof minder snel kunnen aanspreken, waardoor ze minder snel kunnen stoppen. In de tweede situatie hierboven beschreven kon de oudere persoon echter even snel stoppen als de jongere persoon. Dit heeft te maken met welk subtype van GABA aangesproken wordt, verklaart Lien Meulemans. Er zijn twee relevante subtypen van GABA; namelijk GABA-A en GABA-B. Als mensen op voorhand weten dat ze moeten stoppen en hierop kunnen anticiperen, zoals in de tweede situatie het geval is, dan wordt er in de hersenen gebruikgemaakt van het GABA-B subtype. Als we plots moeten stoppen en gebruikmaken van reactieve inhibitie, zoals in de eerste situatie beschreven, dan maken we gebruik GABA-A.

Bij het ouder worden hebben de problemen met responsinhibitie dus eerder te maken met het plots stoppen, gelinkt aan GABA-A, dan met het anticiperen op het stoppen, gelinkt aan GABA-B. Dit wijst erop dat GABA-A en GABA-B circuits in onze hersenen met een verschillende snelheid aftakelen. Hierbij worden de GABA-A circuits sneller aangetast, wat gevolgen heeft voor situaties waarin we plots moeten stoppen.

De rollen omgedraaid

Het voorbeeld hierboven beschreven is slechts één van de vele dagdagelijkse voorbeelden waaruit blijkt dat onze hersenen veranderen met het ouder worden. Zo kunnen we gemakkelijk de rollen omdraaien in het eerder gegeven voorbeeld. Beide personen zitten in dit geval achter het stuur van de auto en wil er iemand anders, bijvoorbeeld een kind, de straat oversteken. In de tweede situatie hebben zowel de oudere als de jongere persoon het kind op tijd gezien en stoppen ze om het kind de straat te laten oversteken. Ze stoppen even snel, want hier kunnen ze gebruikmaken van de GABA-B circuits in hun hersenen. In de eerste situatie hebben de twee autobestuurders het overstekende kind niet op tijd gezien. Ze moeten nu snel stoppen met gas geven om zo het rempedaal te kunnen induwen. Deze actie hangt af van de GABA-A paden in hun hersenen. Ouderen laten in dit geval hun gaspedaal trager los in vergelijking met de jongvolwassene. Dit wil echter niet zeggen dat de oudere persoon trager het rempedaal induwt. Dat is een heel ander verhaal, eindigt Lien Meulemans.

Bibliografie

Aron, A. R., Robbins, T. W., & Poldrack, R. A. (2014). Inhibition and the right inferior frontal cortex: One decade on. Trends in Cognitive Sciences, 18(4), 177–185. https://doi.org/10.1016/j.tics.2013.12.003

Bedard, A., Nichols, S., Jose,  a, Schachar, R., Logan, G. D., & Tannock, R. (2010). Developmental Neuropsychology The Development of Selective Inhibitory Control Across the Life Span. Developmental Neuropsychology, 21(1), 93–111. https://doi.org/10.1207/S15326942DN2101

Bloemendaal, M., Zandbelt, B., Wegman, J., van de Rest, O., Cools, R., & Aarts, E. (2016). Contrasting neural effects of aging on proactive and reactive response inhibition. Neurobiology of Aging, 46, 96–106. https://doi.org/10.1016/j.neurobiolaging.2016.06.007

Bush, G., Valera, E. M., & Seidman, L. J. (2005). Functional neuroimaging of attention-deficit/hyperactivity disorder: A review and suggested future directions. Biological Psychiatry, 57(11), 1273–1284. https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2005.01.034

Carson, N., Leach, L., & Murphy, K. J. (2017). A re-examination of Montreal Cognitive Assessment (MoCA) cutoff scores. International Journal of Geriatric Psychiatry. https://doi.org/10.1002/gps.4756

Chamberlain, S. R., Fineberg, N. A., Blackwell, A. D., Ph, D., Robbins, T. W., Ph, D., … Ph, D. (2006). Motor Inhibition and Cognitive Flexibility in Obsessive- Compulsive Disorder and Trichotillomania. American Journal of Psychiatry, (July), 1282–1284.

Cowie, M. J., MacDonald, H. J., Cirillo, J., & Byblow, W. D. (2016). Proactive modulation of long-interval intracortical inhibition during response inhibition. Journal of Neurophysiology, 116(2), 859–867. https://doi.org/10.1152/jn.00144.2016

Coxon, J. P. (2006). Intracortical Inhibition During Volitional Inhibition of Prepared Action. Journal of Neurophysiology, 95(6), 3371–3383. https://doi.org/10.1152/jn.01334.2005

Coxon, J. P., Goble, D. J., Leunissen, I., Van Impe, A., Wenderoth, N., & Swinnen, S. P. (2016). Functional Brain Activation Associated with Inhibitory Control Deficits in Older Adults. Cerebral Cortex, 26(1), 12–22. https://doi.org/10.1093/cercor/bhu165

Fisher, R. J., Nakamura, Y., Bestmann, S., Rothwell, J. C., & Bostock, H. (2002). Two phases of intracortical inhibition revealed by transcranial magnetic threshold tracking. Experimental Brain Research, 143(2), 240–248. https://doi.org/10.1007/s00221-001-0988-2

Fujiyama, H., Van Soom, J., Rens, G., Gooijers, J., Leunissen, I., Levin, O., & Swinnen, S. P. (2016). Age-Related Changes in Frontal Network Structural and Functional Connectivity in Relation to Bimanual Movement Control. Journal of Neuroscience, 36(6), 1808–1822. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3355-15.2016

Gao, F., Edden, R. A. E., Li, M., Puts, N. A. J., Wang, G., Liu, C., … Barker, P. B. (2013). Edited magnetic resonance spectroscopy detects an age-related decline in brain GABA levels. NeuroImage, 78, 75–82. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.04.012

Hasher, L., Quig, M. B., & May, C. P. (1997). Inhibitory control over non-longer relevant information : Adult age differences. Memory and Cognition, 25(3), 286–295.

Heise, K.-F., Zimerman, M., Hoppe, J., Gerloff, C., Wegscheider, K., & Hummel, F. C. (2013). The aging motor system as a model for plastic changes of GABA-mediated intracortical inhibition and their behavioral relevance. The Journal of Neuroscience : The Official Journal of the Society for Neuroscience, 33(21), 9039–49. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4094-12.2013

Hill, A. T., Rogasch, N. C., Fitzgerald, P. B., & Hoy, K. E. (2016). TMS-EEG: A window into the neurophysiological effects of transcranial electrical stimulation in non-motor brain regions. Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 64, 175–184. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2016.03.006

Hoshiyama, M., Kakigi, R., Koyama, S., Takeshima, Y., Watanabe, S., & Shimojo, M. (1997). Temporal changes of pyramidal tract activities after decision of movement: a study using transcranial magnetic stimulation of the motor cortex in humans. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 105(4), 255–261. https://doi.org/10.1016/S0924-980X(97)00019-2

Hoshiyama, M., Koyama, S., Kitamura, Y., Shimojo, M., Watanabe, S., & Kakigi, R. (1996). Effects of judgement process on motor evoked potentials in Go/No-go hand movement task. Neuroscience Research, 24(4), 427–430. https://doi.org/10.1016/0168-0102(95)01013-0

Ilić, T. V., Meintzschel, F., Cleff, U., Ruge, D., Kessler, K. R., & Ziemann, U. (2002). Short-interval paired-pulse inhibition and facilitation of human motor cortex: The dimension of stimulus intensity. Journal of Physiology, 545(1), 153–167. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2002.030122

Kleerekooper, I., van Rooij, S. J. H., van den Wildenberg, W. P. M., de Leeuw, M., Kahn, R. S., & Vink, M. (2016). The effect of aging on fronto-striatal reactive and proactive inhibitory control. NeuroImage, 132, 51–58. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2016.02.031

Levin, O., Fujiyama, H., Boisgontier, M. P., Swinnen, S. P., & Summers, J. J. (2014). Aging and motor inhibition: A converging perspective provided by brain stimulation and imaging approaches. Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 43, 100–117. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2014.04.001

Logan, G. D., Verbruggen, F., Zandt, T. Van, & Wagenmakers, E.-J. (2014). On the ability to inhibit thought and action: General and Special theory of an act of control. Psychological Review, 121(1), 66–95. https://doi.org/10.1037/a0035230

Majid, D. S. A., Cai, W., Corey-Bloom, J., & Aron, A. R. (2013). Proactive Selective Response Suppression Is Implemented via the Basal Ganglia. Journal of Neuroscience, 33(33), 13259–13269. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5651-12.2013

Menzies, L., Achard, S., Chamberlain, S. R., Fineberg, N., Chen, C. H., Del Campo, N., … Bullmore, E. (2007). Neurocognitive endophenotypes of obsessive-compulsive disorder. Brain, 130(12), 3223–3236. https://doi.org/10.1093/brain/awm205

Monterosso, J. R., Aron, A. R., Cordova, X., Xu, J., & London, E. D. (2005). Deficits in response inhibition associated with chronic methamphetamine abuse. Drug and Alcohol Dependence, 79(2), 273–277. https://doi.org/10.1016/j.drugalcdep.2005.02.002

Obeso, I., Robles, N., Marrón, E. M., & Redolar-Ripoll, D. (2013). Dissociating the Role of the pre-SMA in Response Inhibition and Switching: A Combined Online and Offline TMS Approach. Frontiers in Human Neuroscience, 7(April), 1–9. https://doi.org/10.3389/fnhum.2013.00150

Oosterlaan, J., Logan, G. D., & Sergeant, J. A. (1998). Response inhibition in AD / HD , CD , comorbid AD / HD + CD , anxious , and control children : a meta-analysis of studies with the stop task. J Child Psychol Psychiat, 39(December), 411–425. https://doi.org/10.1111/1469-7610.00336

Opie, G. M., & Semmler, J. G. (2014). Age-related differences in short- and long-interval intracortical inhibition in a human hand muscle. Brain Stimulation, 7(5), 665–672. https://doi.org/10.1016/j.brs.2014.06.014

Penadés, R., Catalán, R., Rubia, K., Andrés, S., Salamero, M., & Gastó, C. (2007). Impaired response inhibition in obsessive compulsive disorder. European Psychiatry, 22(6), 404–410. https://doi.org/10.1016/j.eurpsy.2006.05.001

Smittenaar, P., Rutledge, R. B., Zeidman, P., Adams, R. A., Brown, H., Lewis, G., & Dolan, R. J. (2015). Proactive and reactive response inhibition across the lifespan. PLoS ONE, 10(10), 1–16. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0140383

Sohn, Y. H., & Hallett, M. (2004). Disturbed surround inhibition in focal hand dystonia. Annals of Neurology, 56(4), 595–599. https://doi.org/10.1002/ana.20270

Stinear, C. M. (2002). Role of Intracortical Inhibition in Selective Hand Muscle Activation. Journal of Neurophysiology, 89(4), 2014–2020. https://doi.org/10.1152/jn.00925.2002

van Belle, J., Vink, M., Durston, S., & Zandbelt, B. B. (2014). Common and unique neural networks for proactive and reactive response inhibition revealed by independent component analysis of functional MRI data. NeuroImage, 103, 65–74. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2014.09.014

van de Laar, M. C., van den Wildenberg, W. P. M., van Boxtel, G. J. M., & van der Molen, M. W. (2011). Lifespan changes in global and selective stopping and performance adjustments. Frontiers in Psychology, 2(DEC), 1–12. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2011.00357

Watanabe, J., Sugiura, M., Sato, K., Sato, Y., Maeda, Y., Matsue, Y., … Kawashima, R. (2002). The human prefrontal and parietal association cortices are involved in NO-GO performances: An event-related fMRI study. NeuroImage, 17(3), 1207–1216. https://doi.org/10.1006/nimg.2002.1198

Werhahn, K. J., Kunesch, E., Noachtar, S., Benecke, R., & Classen, J. (1999). Differential effects on motorcortical inhibition induced by blockade of GABA uptake in humans. Journal of Physiology, 517(2), 591–597. https://doi.org/10.1111/j.1469-7793.1999.0591t.x

Ziemann, U., Rothwell, J. C., & Ridding, M. C. (1996). Interaction between intracortical inhibition and facilitation in human motor cortex. Journal of Physiology, 496(3), 873–881. https://doi.org/10.1113/jphysiol.1996.sp021734

Universiteit of Hogeschool
Master in de revalidatiewetenschappen en de kinesitherapie - Afstudeerrichting Revalidatiewetenschappen en kinesitherapie bij neurologische aandoeningen
Publicatiejaar
2018
Promotor(en)
Inge Leunissen (Hendrika Petronella)
Kernwoorden