Dokument: A Comparative Neuroimaging Investigation into Great Ape Brain Aging
| Titel: | A Comparative Neuroimaging Investigation into Great Ape Brain Aging | |||||||
| Weiterer Titel: | Eine vergleichende Neuroimaging-Untersuchung zur Gehirnalterung bei Menschenaffen | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=64762 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20240201-090820-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Vickery, Sam [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. med. Eickhoff, Simon B. [Gutachter] Prof. Dr.med. Dr.rer.pol. Caspers, Svenja [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | MRI, Chimpanzee, Brain Aging | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Schimpansen sind zusammen mit Bonobos die nächsten lebenden Verwandten des
Menschen und weisen Gemeinsamkeiten sowohl bei den makroanatomischen Merkmalen des Gehirns als auch bei den kognitiven Fähigkeiten und dem Genom auf. Daher bieten sie eine einzigartige Perspektive für die Untersuchung der menschlichen Gehirnentwicklung. Das Aufkommen der vergleichenden Neurowissenschaften wurde durch die wachsende Zahl offener Primatendatensätze sowie durch die Entwicklung neuartiger artspezifischer Methoden und artenübergreifender Vergleichstechniken begünstigt. In dieser Dissertation werden daher eine neuartige, Schimpansen spezifische Pipeline für die strukturelle Bildvorverarbeitung und ein datengesteuerter artenübergreifender Vergleichsrahmen vorgestellt. Die Schimpansen spezifische Verarbeitungspipeline mit arteigenen Vorlagen für die Segmentierung und Registrierung, sowie einer makroanatomischen Gehirnparzellierung ermöglicht standardisierte, exakte und reproduzierbare Ganzhirnanalysen. Der neuartige artenübergreifende Vergleichsrahmen erstellt für beide Spezies unabhängig voneinander eine anatomisch informierte Parzellierung, aus Organisationsmerkmalen der grauen Substanz (GS). Diese datengestützte vergleichende Parzellierung wird dann verwendet, um die Beziehung zwischen altersbedingtem GS-Rückgang und speziesübergreifender Expansion bei Menschen und Schimpansen zu bewerten. Darüber hinaus wird der aktuelle Stand der vergleichenden Neurowissenschaften in Bezug auf die Anatomie und Funktion des Primatengehirns zusammengefasst. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Asymmetrie der Konnektivität des inferioren Parietallappens und der Frage, wie diese mit der Entwicklung von Sprache und Werkzeugeinsatz zusammenhängt. Anhand der Schimpansen spezifischen Verarbeitungspipeline wird eine signifikante altersbedingte GS-Atrophie bei Schimpansen gezeigt. Dieser eindeutig altersbedingte GS-Rückgang bei Schimpansen ist mit dem beim Menschen vergleichbar und steht im Gegensatz zu früheren Schimpansen Studien, die nur geringe oder gar keine altersbedingten Effekte zeigten. Der artenübergreifende Vergleichsrahmen zeigt beim Menschen eine positive Beziehung zwischen altersbedingter GS-Abnahme und artenübergreifender lokaler Gehirnexpansion zwischen Schimpansen und Menschen. Bei Schimpansen gibt es jedoch keinen solchen Zusammenhang, obwohl sie einen weit verbreiteten altersbedingten Rückgang von GS aufweisen. Die starke Expansion und die Alterung des Gehirns in kognitiven Bereichen höherer Ordnung, wie dem präfrontalen Kortex, sind nur beim Menschen zu beobachten. Daher könnte die starke Expansion von Bereichen höherer Ordnung im Vergleich zu unserem engsten Vorfahren zu einer Anfälligkeit für altersbedingte Atrophie geführt haben.Chimpanzees, along with bonobos, are humans’ closest living relative and contain commonalities in both macroanatomical brain features, cognitive abilities, and genome. Therefore, offer a unique perspective in studying human brain evolution. The emergence of comparative neuroimaging has been fostered by the growing amount of open primate datasets as well as by the development of novel species-specific methods and cross-species comparative techniques. Consequently, this dissertation presents a novel chimpanzee-specific structural image preprocessing pipeline and a data-driven cross-species comparative framework. The chimpanzee processing pipeline with associated templates for segmentation and registration along with a macroanatomical brain parcellation enables standardized, accurate, and reproducible whole-brain analyses. The novel comparative framework establishes an anatomically informed parcellation within each species independently, created from gray matter (GM) organizational features. This data-driven comparative parcellation is then used to assess the relationship between age-related GM decline and cross-species expansion in humans and chimpanzees. Additionally, the current state of comparative neuroimaging is summarized in terms of the anatomy and function of the primate brain. With a particular focus on the connectivity asymmetry of the inferior parietal lobule and how this relates to language and tool-use development. Employing the chimpanzee processing pipeline, significant age-related GM atrophy in chimpanzees is shown. Such clear chimpanzee age-mediated GM decline is comparable to that seen in humans and is contrary to previous chimpanzee studies showing little to no effect. The cross-species comparative framework shows a positive relationship in humans between age-related GM decline and cross-species local brain expansion between chimpanzees and humans. However, chimpanzees present no such relationship even though they show widespread age-mediated GM decline. The high expansion and brain aging in higherorder cognitive areas, such as the prefrontal cortex, are only present in humans. Therefore, the extensive expansion of higher-order areas compared to our closest ancestor may have led to a vulnerability to age-related atrophy. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 01.02.2024 | |||||||
| Dateien geändert am: | 01.02.2024 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 23.02.2023 | |||||||
| Datum der Promotion: | 15.11.2023 |
