Basal Forebrain connections to the heart and mind in healthy aging

健康老龄化过程中基底前脑与心脏和思想的联系

• 批准号: 10161696
• 负责人: ADAM K ANDERSON
• 金额: $ 55.24万
• 依托单位: CORNELL UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2020-05-15 至 2025-02-28
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10161696
• 关键词: Acetylcholine; Aging; Alzheimer' s Disease; Amyloid beta-Protein; Attention; Behavioral; Biological Markers; Brain; Cell Nucleus; Cells; Cerebrovascular Circulation; Clinical; Cognition; Cognitive; Cognitive aging; Data; Deafferentation procedure; Dementia; Deposition; Early Diagnosis; Elderly; Female; Functional Magnetic Resonance Imaging; Heart; Heart Rate; Hippocampus (Brain); Human; Immunoglobulin G; Impaired cognition; Impairment; Intervention; Lesion; Limbic System; Longevity; Masks; Measures; Mediating; Mind; Modeling; Monitor; Neocortex; Neuraxis; Neurocognitive; Neuropsychology; Neurotransmitters; Pathologic; Performance; Peripheral; Phase; Physiologic pulse; Positron-Emission Tomography; Prefrontal Cortex; Production; Proxy; Rattus; Regulation; Research; Rest; Role; Sampling; Serum; Signal Transduction; Site; Spin Labels; Structure; Task Performances; Testing; Vagus nerve structure; age related; basal forebrain; basal forebrain cholinergic neurons; base; cholinergic; clinically significant; cognitive change; cognitive control; cognitive function; cognitive performance; cognitive reappraisal; cost; digital; early screening; experimental study; healthy aging; heart rate variability; immunotoxicity; indexing; male; middle age; neurochemistry; neurocognitive disorder; neuroimaging; neuroregulation; normal aging; pathological aging; preservation; progenitor; progenitor system; rate of change; relating to nervous system; response; tau Proteins; trait; young adult

PROJECT SUMMARY    We are facing a growing crisis of a greater number of seniors living with a decline in cognitive function as a  common consequence of aging. Once an impairment has reached a level of clinical significance, treatment  options are limited. We propose to examine age-­related differences in trait and state autonomic control of heart  rate and their relation to cognitive performance humans and rats. While cognitive changes may be masked by  compensatory efforts, autonomic measures may be more revealing of the underlying age-­related changes in the  neural substrates and neurochemistry of aging and its clinical course. We will examine these autonomic  regulation of heart rate, its relation to and modulation by cognitive performance, as a peripheral proxy of early  central alteration of the cholinergic basal forebrain (BF), a progenitor of system-­wide neuroanatomical and  neurochemical changes related to aging. To understand the underlying neural mechanistic bases of these  autonomic indices, we will apply a cross-­species approach, including human functional neuroimaging as well as  nonhuman neurochemical examinations. Specific Aim 1 will examine whether age-­related differences in  cognitive control are associated with altered autonomic regulation of the heart. Approach: We will employ  a cross-­sectional examination of inhibitory cognitive control tasks, which we have shown to depend on the  cholinergic BF in rats, in a diverse sample of male and female young, middle-­aged, and older adults, examining  how cognitive performance relates to autonomic parasympathetic influences on the heart, reflected in vagally-­ mediated heart rate variability(phasic, beat-­to-­beat heart rate variability). Specific Aim 2 will examine the  specific role of the BF, and its afferent networks, in connecting age-­related differences in cognitive  control and autonomic regulation of the heart.  Approach: We will employ multi-­echo fMRI to acquire high  SNR signal from BF nuclei and autonomic phasic parasympathetic influences on heart, and their relation to  neurocognitive aging, while characterizing and controlling for age-­related differences in cerebral blood flow with  arterial spin labelling. Specific Aim 3 will test the hypothesized parallel causal contributions of BF  cholinergic neurons to central cognitive regulation and peripheral autonomic regulation of the heart.  Approach: Using cholinergic immunotoxic lesions, a rat model of cognitive aging will assess the causal role of  the BF to cognitive control and parasympathetic autonomic regulation of heart rate (vmHRV) in male and female  young, middle-­aged, and older rats. Revealing peripheral autonomic aspects of age-­related differences in brain  integrity and cognitive status would advance our understanding of normative and potentially pathological  neurochemical changes in aging.  It will further advance the use of a noninvasive, low-­cost peripheral biomarker  for identifying those who may progress to mild neurocognitive disorder (mNCD). Such a readily administered  screen for early mNCD could better afford early detection, monitoring, and potential intervention before the  onset of mNCD and potential conversion to Alzheimer’s Disease.

项目摘要   我们正面临着越来越多的危机，越来越多的老年人生活在认知功能下的危机 衰老的常见后果。一旦损害达到临床意义水平，治疗 选项有限。我们建议检查心脏特征和状态自主神经控制的年龄相关差异 比率以及与认知表现的人类和大鼠的关系。虽然认知变化可能被掩盖 补偿性努力，自主措施可能更多地揭示了与年龄相关的基本变化 衰老及其临床过程的神经底物和神经化学。我们将检查这个自主教 对心率的调节，其与认知表现的关系和调节，作为早期的外围代理 胆碱能基础前脑（BF）的中心变化，这是系统范围的神经解剖学和 与衰老有关的神经化学变化。了解这些基本的神经机械基础 自主指数，我们将采用跨物种方法，包括人类功能神经影像和 非人类神经化学检查。具体目标1将检查与年龄相关的差异是否存在 认知控制与心脏的自主性调节改变有关。方法：我们将员工 对抑制性认知控制任务的横断面检查，我们已证明这取决于 大鼠的胆碱能BF，在雄性和女性年轻，中年和老年人的潜水员样本中，检查 认知表现与自主性副交感神经对心脏的影响如何，在模糊地反映 介导的心率变异性（阶段，节拍对心率的变异性）。特定目标2将检查 BF及其传入网络的特定作用在连接与年龄相关的认知差异中 心脏的控制和自主调节。方法：我们将员工多回声fMRI获得高位 来自BF核的SNR信号和自主性副交感神经对心脏的影响，以及与 神经认知衰老，同时表征和控制与年龄相关的脑血流差异 动脉自旋标记。特定目标3将测试BF的假设平行因果贡献 胆碱能神经元对心脏中心认知调节和周围自主神经调节。 方法：使用胆碱能免疫毒性病变，认知衰老的大鼠模型将评估 男性和女性的BF对心率的认知控制和副交感神经调节（VMHRV） 年轻，中年和大鼠。揭示了大脑与年龄相关差异的外周自主方面 诚信和认知状况将提高我们对正常和潜在病态的理解 衰老的神经化学变化。它将进一步提高使用非侵入性的低成本外围生物标志物 用于确定可能发展为轻度神经认知障碍（MNCD）的人。这样很容易管理 早期MNCD的筛选可以更好地负担早期检测，监测和潜在干预措施 MNCD的发作以及潜在转化为阿尔茨海默氏病。