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Urban maps of the brain - the impact of city living on brain anatomy, mental and cognitive health -

English title Urban maps of the brain - the impact of city living on brain anatomy, mental and cognitive health -
Applicant Draganski Bogdan
Number 192755
Funding scheme Project funding (special)
Research institution Laboratoire de Recherche en Neuroimagerie Departement de Neuroscience Cliniques CHUV
Institution of higher education University of Lausanne - LA
Main discipline Neurology, Psychiatry
Start/End 01.05.2020 - 30.04.2024
Approved amount 700'000.00
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All Disciplines (4)

Discipline
Neurology, Psychiatry
Cardiovascular Diseases
Medico-Social Problems of the Elderly
Health Education

Keywords (5)

Brain; Prevention; Cognition; Urban-living; Depression

Lay Summary (German)

Lead
Stadtplanung des Gehirns - Auswirkung der urbanen Umwelt auf Hirnstruktur, mentale und kognitive Leistung
Lay summary

Das Grossstadtleben und die dazugehörende Urbanisierung stellen eine der treibenden Kräfte der demographischen Wandlung des industriellen Zeitalters. Der unumstrittene positive Einfluss des städtischen Lebens auf die Gesundheit, insbesondere auf die Abnahme der Kindersterblichkeit hat auch seinen Preis - bewegungsarme Lebensweise, Umweltverschmutzung, Lärm sowie erschwerter Zugang zu Grünflächen. Dazu kommen epidemiologische Studien, die einen Zusammenhang zwischen Grossstadtleben und psychiatrische Erkrankungen zeigen, wobei die Kausalitätsrichtung unklar bleibt. Ebenso ist unklar wie sich die bewegungsarme Lebensweise auf unsere kognitiven Leistungen im mittleren und höheren Alter auswirken.  

Ziel unseres Forschungsprojektes ist Verständnis über die Wechselwirkungen zwischen Determinanten des Grossstadtlebens und die individuelle psychische/kognitive Leistung zu gewinnen. Hierfür analysieren wir bereits existierende Daten über Geolokalisation, sozioökonomische Verhältnisse, Strassenlärm, demographische Parameter von mehr als 4000 Individuen aus der Allgemeinbevölkerung von der CoLaus|PsyCoLaus Kohorte zusammen mit Magnetresonanztomographie (MRT) vom Gehirn bei 1500 der Probanden. Unsere Hypothese ist dass die Determinanten des Grossstadtlebens mit klinisch validierten Parameter von affektiven und kognitiven Leistungen korrelieren werden. Hierbei erwarten wir entsprechende Korrelate mit Kartierung der anatomischen Besonderheiten.

Eine Besonderheit unseres nichtinvasiven Bidgebungsansatzes ist die Möglichkeit in den mikrostrukturellen Eigenschaften des Gehirngewebes Einsicht zu gewinnen. Hierbei führen wir statistische Analysen im dreidimensionalen Raum des Gehirns durch und korrelieren die Determinanten des Grossstadtlebens mit kognitiver/affektiver Leistung und deren Auswirkung auf Gehirns Myelin-, Eisen- und Wassergehalt. Hiermit erhoffen wir uns neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung zwischen Umwelt und Mensch zu gewinnen, die nicht nur Gesundheitswesen, jedoch aber auch Umweltpolitik informieren könnten.         

Direct link to Lay Summary Last update: 22.05.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
177535 Cardiovascular diseases and psychiatric disorders in the general population: a prospective follow-up study 01.04.2018 Cohort Studies Large

Abstract

Background: City living and urbanisation represent a major force in the global demographic transition that leads to a longer life span. Currently, more than 80% of the Swiss population lives in urban areas, a proportion that is expected to further increase. Although city living is beneficial for children’s health and upbringing, the impact of urban life for adults is unclear, with recent evidence suggesting negative effects on brain health. Aim: The project’s focus is on understanding the mechanisms underlying the potential risks for cognitive decline and mental health deterioration that are related to living in urban environment. Using already existing (n ˜ 1500) and prospective brain imaging, demographic, geo-localisation, genetic, socio-economic, sleep efficiency, cardio-vascular and psychometry data from the Lausanne longitudinal cohort CoLaus|PsyCoLaus, we will test for epidemiological associations between city living and brain health. Methods: Besides the already existing data, we currently acquire second time-point brain magnetic resonance imaging (MRI) data in all already scanned participants. The MRI protocol consists of quantitative relaxometry and multi-shell diffusion-weighted MRI, identical to the first time-point, complemented by non-invasive brain perfusion measurement. The quantitative character of the brain anatomy maps, indicative of myelin, iron and tissue water content, is of optimal sensitivity for longitudinal brain changes. The automatically extracted features of brain anatomy and perfusion are analysed using a well-balanced mix of novel and established uni- and multivariate statistical methods in the framework of statistical parametric mapping. The analysis of the combined geo-localisation, brain features and ancillary data is performed in real geodesic space using spatial autocorrelation methods and related clustering algorithms. The recruitment, harvesting of demographic, genetic, somatic and mental health data for the adults is already supported by the Swiss National Science Foundation.Main outcomes: The analysis of large-scale cross-sectional and longitudinal MRI data enriched by geo-localisation, genetic, socio-economic, sleep efficiency, somatic and mental health information will allow the differentiation between modifiable endogenous and exogenous life factors that govern brain health in the context of city living. We will establish predictive, i.e. causal models, which will capture and explain the extent of impact of urban environment on brain health in old age. We will then evaluate the validity of these models as biomarkers for mood disorders and cognitive decline by assessing their ability to predict individual affect and cognitive outcome on future data within the time-scale of the project. Our in-vivo brain histology approach will lay the grounds for translational research projects through characterisation of brain ageing on the background of quantification of brain tissue properties and perfusion. Finally, we will make this unique mono-centric MRI dataset available to researchers aiming to create and validate non-invasive biomarkers of mental health and cognitive performance across the lifespan.Potential relevance: Given the steadily ageing Swiss population with proportionally increasing risk for cognitive impairment and associated mood disorders, our approach to integrate imaging neuroscience, geo-localisation and socio-epidemiology will provide the means to address a major public health challenge with a clear potential for promoting brain health of old age in Switzerland and beyond.
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