TY  - THES
A1  - Peters, Katharina
T1  - Biological Substrates of Waiting Impulsivity in Children and Adolescents with and without ADHD
T1  - Biologische Substrate der Warte-Impulsivität bei Kindern und Jugendlichen mit und ohne ADHS
N2  - Focus of the present work were the questions whether and how the concept of waiting impulsivity (WI), defined as the ability to regulate a response in anticipation of reward and measured by the 4-choice serial reaction time task (4-CSRTT), may contribute to our understanding of Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) and its neurobiological underpinnings. 
To address this topic, two studies were conducted: in a first study, the relationship be-tween 4-CSRTT behavioral measures, neural correlates and ADHD symptom domains, i.e. inattention (IA) and hyperactivity/impulsivity (H/I) was explored in a pooled sample of 90 children and adolescents with (n=44) and without (n=46) ADHD diagnosis. As ex-pected, IA was associated with dorsolateral prefrontal brain regions linked with executive functions and attentional control, which was evident on the structural and the functional level. Higher levels of both IA and H/I covaried with decreased activity in the right ven-trolateral prefrontal cortex (PFC), a central structure for response inhibition. Moderation analyses revealed that H/I-related decreased activation in this region did not map linearly on difficulties on the behavioral level: brain activation was a significant predictor of task accuracy only, when H/I symptoms were low/absent but not for clinically relevant ADHD symptoms. Further, H/I was implicated in dysfunctional top-down control of reward eval-uation. Both symptom domains correlated positively with hippocampus (HC) activity in anticipation of reward. In addition, for high H/I symptoms, greater activation in the HC was found to correlate with higher motivation on the behavioral level, indicating that rein-forcement-learning and/or contingency awareness may contribute to altered reward pro-cessing in ADHD patients. 
In a second study, the possible serotonergic modulation of WI and the ADHD-WI relation-ship was addressed in a sub-sample comprising 86 children and adolescents of study I. The effects of a functional variant in the gene coding for the rate-limiting enzyme in the synthesis of brain serotonin on behavior and structure or function of the WI-network was investigated. Moderation analyses revealed that on the behavioral level, a negative corre-lation between accuracy and IA was found only in GG-homozygotes, whereas no signifi-cant relationship emerged for carriers of the T-allele. This is in line with previous reports of differential effects of serotonergic modulation on attentional performance depending on the presence of ADHD symptoms. A trend-wise interaction effect of genotype and IA for regional volume of the right middle frontal gyrus was interpreted as a hint towards an involvement of the PFC in this relationship, although a more complex mechanism includ-ing developmental effects can be assumed. In addition, interaction effects of genotype and IA were found for brain activation in the amygdala (AMY) und HC during perfor-mance of the 4-CSRTT, while another interaction was found for H/I symptoms and geno-type for right AMY volume. These findings indicate a serotonergic modulation of coding of the emotional value of reward during performance of the 4-CSRTT that varies de-pending on the extent of psychopathology-associated traits.
Taken together, it was shown that the 4-CSRTT taps distinct domains of impulsivity with relevance to ADHD symptomatology: (proactive) response inhibition difficulties in relation with anticipation of reward. Furthermore, the two symptom domains, IA and H/I, contrib-ute differently to WI, which emphasizes the need to distinguish both in the research of ADHD. The results of study II emphasized the relevance of serotonergic transmission especially for attentional control and emotional processing. Although the present findings need replication and further refinement in more homogenous age groups, the use of the 4-CSRTT with a dimensional approach is a very promising strategy, which will hopefully extend our understanding of impulsivity-related mental disorders in the future.
N2  - Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht das Konzept der Warte-Impulsivität (WI), definiert als die Fähigkeit der Antwort-Inhibition, während eine Belohnung erwartet wird, welche mittels des 4-choice serial reaction time task (4-CSRTT) erfasst werden kann. Es sollte untersucht werden ob und auf welche Weise WI und der 4-CSRTT genutzt werden können, um die neurobiologischen Grundlagen der Aufmerksamkeits-Defizit/Hyperaktivitäts-Störung (ADHS) besser zu verstehen. 
Es wurden zwei Studien durchgeführt: In einer ersten Studie wurde der Zusammenhang zwischen 4-CSRTT Verhaltensmaßen, ihren neuronalen Korrelaten und den ADHS Kern-Symptomen, Unaufmerksamkeit (IA) und Hyperaktivität/Impulsivität (H/I), überprüft. Es wurden 90 Kinder und Jugendliche mit (n=44) und ohne (n=46) ADHS-Diagnose unter-sucht. Erwartungsgemäß war IA, auf funktioneller und struktureller Ebene, mit dorsolate-ralen präfrontalen Hirnregionen assoziiert, die für Exekutivfunktionen und die Aufmerk-samkeitskontrolle zuständig sind. Stärkere Ausprägungen von IA und H/I gingen mit ver-ringerter Aktivität im rechten ventrolateralen präfrontalen Cortex (PFC), einer zentralen Struktur für die Inhibition von Antworten, einher. Moderationsanalysen ergaben, dass diese H/I-assoziierte geringere Aktivität nicht direkt mit Einschränkungen auf Verhaltens-ebene zusammenhing: Die Hirnaktivierung war nur in Abwesenheit von H/I Symptomen ein signifikanter Prädiktor der Sorgfaltsleistung, was bei stärkerer ADHS-Symptomatik nicht der Fall war. Darüber hinaus wiesen die Ergebnisse auf einen Zusammenhang zwi-schen H/I und dysfunktionaler Belohnungsverarbeitung hin. Beide Symptombereiche korrelierten während der Belohnungserwartung positiv mit Aktivität im Hippocampus (HC). Zusätzlich zeigte sich, dass bei stark ausgeprägten H/I-Symptomen eine höhere HC-Aktivierung mit höherer Motivation auf Verhaltensebene einher ging. Dies deutet da-rauf hin, dass Lernprozesse und ein Bewusstsein für Kontingenz bei der Verarbeitung von Belohnungen bei ADHS eine Rolle spielen könnten. 
In einer zweiten Studie wurde eine mögliche serotonerge Modulation von WI und dem WI-ADHS Zusammenhang betrachtet. Eine Teilstichprobe von 86 Probanden aus Studie I wurde untersucht. Eine funktionelle Genvariante des Enzyms, welches den entschei-denden Schritt in der Serotonin-Synthese im Gehirn katalysiert, wurde bezüglich seiner Effekte auf WI-Verhalten sowie Struktur und Funktion des WI-Netzwerks getestet. Mode-rationsanalysen zeigten, dass auf Verhaltensebene eine negative Korrelation zwischen IA und der Sorgfaltsleistung bei GG-Homozygoten, aber kein signifikanter Zusammenhang für Träger des T-Allels bestand. Unterschiedliche Effekte von serotonerger Modulation auf die Aufmerksamkeitsleistung in Abhängigkeit von ADHS-Symptomatik wurden be-reits in der Literatur berichtet. Ein Trend-Effekt für die Interaktion zwischen Genotyp und IA und dem Volumen des rechten Gyrus frontalis medius wurde als Hinweis auf eine Be-teiligung des PFC in diesem Zusammenhang interpretiert. Auf Grund möglicher Entwick-lungseffekte, ist aber ein komplexeres Zusammenspiel der verschiedenen Faktoren an-zunehmen. Interaktionseffekte von Genotyp und IA für Aktivität der Amygdala (AMY) und dem HC sowie für H/I und Genotyp bezüglich des Volumens der rechten AMY könn-ten auf eine serotonerge Modulation der emotionalen Bewertung von Belohnung hindeu-ten, die je nach ADHS-Symptomatik unterschiedlich ausfällt. 
Zusammenfassend zeigte sich, dass mittels des 4-CSRTT ADHS-relevante Aspekte von Impulsivität untersucht werden können: Schwierigkeiten der Antwortinhibition im Kontext von Belohnungserwartung. Sowohl IA als auch H/I hatten unterschiedlichen Einfluss auf WI. Sie sollten in der ADHS-Forschung differenziert betrachtet werden. Die Ergebnisse der zweiten Studie verdeutlichen, dass die serotonerge Transmission bei ADHS beson-ders bei Aufmerksamkeitsprozessen und emotionaler Verarbeitung eine Rolle spielt. Die vorliegenden Befunde sollten in homogeneren Alterskohorten überprüft werden. Sie ma-chen jedoch Hoffnung, dass mittels des 4-CSRTT und dimensionaler Forschungsansätze psychiatrische Störungen der Impulskontrolle besser verstanden werden können.
KW  - Aufmerksamkeitsdefizit-Syndrom
KW  - Impulsivität
KW  - ADHD
KW  - Waiting Impulsivity
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246368
ER  - 
TY  - THES
A1  - Plichta, Michael M.
T1  - Neural correlates of delay discounting: Effects of dopamine bioavailability and implications for attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD)
T1  - Neuronale Korrelate des Delay Discounting: Effekte der Dopamin-Bioverfügbarkeit und Implikationen für das Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndrom (ADHS)
N2  - Humans and other animals share choice preference for smaller-but-sooner over later-but-larger rewards, indicating that the subjective value of a reward is discounted as a function of time. This phenomenon referred to as delay discounting (DD), represents one facet of impulsivity which is inherently connected with reward processing and, within a certain range, adaptive. Maladaptive levels, however, can lead to suboptimal decision-making and represent important characteristics of psychopathologies such as attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). In line with a proposed influence of dysregulated dopamine (DA) levels on impulsivity, neural structures involved in DD (the ventral-striatum [VS]; orbitofrontal cortex [OFC]) are highly innervated by dopaminergic neurons. However, studies explicitly testing the triadic interplay of dopaminergic neurotransmission, impulsivity and brain activation during intertemporal choice are missing. Therefore, the first study of the thesis examined the effect of different DA-bioavailability levels, indicated by a genetic polymorphism (Val158Met) in the gene of the catechol-O-methyltransferase, on the association of delay discounting and OFC activation. OFC response to monetary rewards that varied by delay-to-delivery was recorded with functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a sample of 49 healthy human subjects. The results suggest a DA-related enhancement in OFC function from low (low DA level) to partial (intermediate DA level) and full (high DA level) reward delay sensitivity. Furthermore, DA-bioavailability was shown to moderate the association of neural reward delay sensitivity and impulsivity: OFC reward delay sensitivity was strongly correlated with impulsivity at intermediate DA-levels, but not at low or high DA-levels where impulsivity was related to delay-independent OFC amplitudes. It is concluded that DA-level should be considered as a crucial factor whenever impulsivity-related brain activation, in particular to reward delay, is examined in healthy subjects. Dysfunctional reward processing, accompanied by a limited ability to tolerate reward delays (delay aversion), has been proposed as an important feature in ADHD putatively caused by striatal hypo-dopaminergia. Therefore, the aim of the second study of this thesis was to examine subcortical processing of reward delays and to test for neural indicators of a negative emotional response to delay periods. Using functional magnetic resonance imaging (fMRI), brain activation in adult patients with ADHD (n=14) and healthy control subjects (n=12) was recorded during the processing of immediate and delayed rewards. Compared with healthy control subjects, hyporesponsiveness of the VS reward system was evident in patients with ADHD for both immediate and delayed rewards. In contrast, delayed rewards evoked hyperactivation in the dorsal caudate nucleus and the amygdala of ADHD patients, corroborating the central predictions of the delay aversion hypothesis. In combination both studies support the conception of a close link between delay discounting, brain activation and dopaminergic neurotransmission. The results implicate that studies on neural correlates of DD have to account for the DA-bioavailability level and for a negative emotional response to reward delays.
N2  - Menschen und andere Spezies zeigen eine Präferenz für sofortige Belohnung mit geringerem Wert gegenüber zeitlich verzögerter Belohnung mit höherem Wert. Dies weist darauf hin, dass der subjektiv empfundene Wert einer Belohnung in Abhängigkeit der Verzögerung bis zur Aushändigung abnimmt. Dieses Phänomen wird als Delay Discounting (DD) bezeichnet und stellt eine Facette von Impulsivität dar, die direkt mit Belohnungsverarbeitung verknüpft und innerhalb eines bestimmten Rahmens adaptiv ist. Ein maladaptives Ausmaß an DD hingegen kann zu suboptimaler Entscheidungsfindung führen und repräsentiert eine wichtige Eigenschaft psychischer Erkrankungen wie der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitäts-störung (ADHS). In Einklang mit der Annahme eines Zusammenhangs von dysreguliertem Dopaminhaushalt und Impulsivität sind neuronale Strukturen, die während DD aktiv sind (Ventrales Striatum [VS]; Orbitofrontaler Cortex [OFC]) stark durch dopaminerge Neurone innerviert. Bislang fehlen allerdings Studien, die explizit Interaktionen von dopaminerger Neurotransmission, Impulsivität und Hirnaktivierung während intertemporaler Entscheidungsaufgaben untersuchen. Studie I der vorliegenden Promotionsschrift untersucht daher den Einfluss unterschiedlicher Dopamin (DA)-Bioverfügbarkeit (anhand eines genetischen Polymorphismus (Val158Met) im Gen der Catechol-O-Methyltransferase) auf den Zusammenhang von DD und OFC Aktivierung. Mittels funktioneller Nah-Infrarot Spektroskopie (fNIRS) wurde in einer Gruppe von 49 gesunden Versuchspersonen die OFC Aktivität bei sofortiger und verzögerter Belohnung aufgezeichnet. Die Ergebnisse zeigen eine DA-abhängige Erweiterung der Funktion des OFC von schwacher (niedrige DA Verfügbarkeit), über eine partielle (mittlere DA Verfügbarkeit) bis hin zu starker (hohe DA Verfügbarkeit) Sensitivität für Belohnungsverzögerungen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die DA-Verfügbarkeit den Zusammenhang von neuronaler Sensitivität für Belohnungsverzögerungen und Impulsivität moderiert: ein starker Zusammenhang konnte bei mittlerer DA-Verfügbarkeit gezeigt werden, nicht aber bei niedriger oder hoher DA-Verfügbarkeit. Bei letzteren korrelierte Impulsivität mit der Höhe der OFC-Aktivität unabhängig von Belohnungsverzögerungen. Die DA-Verfügbarkeit sollte demnach als ein wichtiger Faktor berücksichtigt werden, wenn impulsivitätsabhängige Hirnaktivierung, insbesondere die Verarbeitung von Belohnungsverzögerungen betreffend, untersucht wird. Eine dysfunktionale Belohnungsverarbeitung, verbunden mit einer eingeschränkten Toleranz von Belohnungsverzögerungen, wird als ein wichtiges Merkmal von ADHS angenommen, dessen Ursache möglicherweise eine verminderte DA-Konzentration im Striatum ist. Das Ziel von Studie II der vorliegenden Promotionsschrift ist daher, subkortikale Verarbeitung von Belohnungsverzögerung zu untersuchen und Hinweise für eine negative emotionale Reaktion auf Verzögerung zu prüfen. Mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) wurde die Hirnaktivierung adulter Patienten mit ADHS (n=14) und gesunder Kontrollpersonen (n=12) während der Verarbeitung von sofortiger und verzögerter Belohnung aufgezeichnet. Im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen zeigte sich bei Patienten mit ADHS eine Minderaktivierung auf sofortige und verzögerte Belohnung im ventral-striatalen Belohnungssystem. Im Gegensatz dazu führte verzögerte Belohnung bei Patienten mit ADHS zu einer Überaktivierung im dorsalen Nucleus Caudatum sowie in der Amygdala. Diese Ergebnisse stützen die zentrale Annahme der Verzögerungsaversions-Hypothese bei ADHS. Gemeinsam weisen beide Studien auf eine enge Verbindung von DD, Hirnaktivierung und dopaminerger Neurotransmission hin. Die Ergebnisse implizieren, dass Untersuchungen der neuronalen Korrelate von DD sowohl die DA-Bioverfügbarkeit, als auch negative emotionale Reaktionen auf Belohnungsverzögerung berücksichtigen sollten.
KW  - Impulsivität
KW  - Dopamin
KW  - Aufmerksamkeits-Defizit-Syndrom
KW  - Hirnforschung
KW  - Funktionelle NMR-Tomographie
KW  - Verstärkung
KW  - NIR-Spektroskopie
KW  - Delay Discounting
KW  - Orbitofrontaler Kortex (OFC)
KW  - Catechol-O-Methyltransferase (COMT)
KW  - Delay Discounting
KW  - orbitofrontal cortex (OFC)
KW  - Catechol-O-Methyltransferase (COMT)
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-35953
ER  -