Ralph Julian Endres

• Neuroimaging research has highlighted the relevance of well-balanced functional brain interactions as an essential basis for efficient emotion regulation. In contrast, abnormal coupling of fear-processing regions such as the amygdala, the anterior cingulate cortex (ACC) and the insula could be an important feature of anxiety disorders. Although activity alterations of these regions have been frequently reported in specific phobia, little is known about their functional interactions during phobogenic stimulus processing. To explore theseNeuroimaging research has highlighted the relevance of well-balanced functional brain interactions as an essential basis for efficient emotion regulation. In contrast, abnormal coupling of fear-processing regions such as the amygdala, the anterior cingulate cortex (ACC) and the insula could be an important feature of anxiety disorders. Although activity alterations of these regions have been frequently reported in specific phobia, little is known about their functional interactions during phobogenic stimulus processing. To explore these interrelationships in two subtypes of specific phobia – i.e., the blood-injection-injury subtype and the animal subtype – functional connectivity (FC) was analyzed in three fMRI studies. Two studies examined fear processing in a dental phobia group (DP), a snake phobia group (SP) and a healthy control group (HC) during visual phobogenic stimuli presentation while a third study investigated differences between auditory and visual stimuli presentation in DP and HC. Due to a priori hypotheses of impaired interactions between the amygdala, the ACC and the insula, a first analysis was conducted to explore the FC within these three regions of interest. Based on emerging evidence of functionally diverse subregions, the ACC was further divided into a subgenual, pregenual and dorsal ACC and the insula was divided into a ventral-anterior, dorsal-anterior and posterior region. Additionally, an exploratory seed-to-voxel analysis using the amygdala, ACC and insula as seeds was conducted to scan for connectivity patterns across the whole brain. The analyses revealed a negative connectivity of the ACC and the amygdala during phobogenic stimulus processing in controls. This connectivity was predominantly driven by the affective ACC subdivision. By contrast, SP was characterized by an increased mean FC between the examined regions. Interestingly, this phenomenon was specific for auditory, but not visual symptom provocation in DP. During visual stimulus presentation, however, DP exhibited further FC alterations of the ACC and the insula with pre- and orbitofrontal regions. These findings mark the importance of balanced interactions between fear-processing regions in specific phobia, particularly of the inhibitory connectivity between the ACC and the amygdala. Theoretically, this is assumed to reflect top-down inhibition by the ACC during emotion regulation. The findings support the suggestion that SP particularly is characterized by excitatory, or missing inhibitory, (para-) limbic connectivity, reflecting an overshooting fear response based on evolutionary conserved autonomic bottom-up pathways. Some of these characteristics applied to DP as well but only under the auditory stimulation, pointing to stimulus dependency. DP was further marked by altered pre- and orbitofrontal coupling with the ACC and the insula which might represent disturbances of superordinate cognitive control on basal emotion processes. These observations strengthen the assumption that DP is predominantly based on evaluation-based fear responses. In conclusion, the connectivity patterns found may depict an intermediate phenotype that possibly confers risks for inappropriate phobic fear responses. The findings presented could also be of clinical interest. Particularly the ACC – amygdala circuit may be used as a predictive biomarker for treatment response or as a promising target for neuroscience-focused augmentation strategies as neurofeedback or repetitive transcranial magnetic stimulation.…
• Neurowissenschaftliche Erkenntnisse der letzten Jahre verdeutlichten die Relevanz intakter neuronaler Netzwerke als Grundlage adäquater Emotionsregulationsmechanismen. Funktionelle Dysregulationen zwischen angstverarbeitenden Regionen wie der Amygdala, der Insula oder dem anterioren cingulären Cortex (ACC) könnten hingegen einen wichtigen pathophysiologischen Mechanismus von Angststörungen darstellen. Obwohl Aktivitätsunterschiede dieser Regionen wiederholt für spezifische Phobien beschrieben wurden, sind deren funktionelle InteraktionenNeurowissenschaftliche Erkenntnisse der letzten Jahre verdeutlichten die Relevanz intakter neuronaler Netzwerke als Grundlage adäquater Emotionsregulationsmechanismen. Funktionelle Dysregulationen zwischen angstverarbeitenden Regionen wie der Amygdala, der Insula oder dem anterioren cingulären Cortex (ACC) könnten hingegen einen wichtigen pathophysiologischen Mechanismus von Angststörungen darstellen. Obwohl Aktivitätsunterschiede dieser Regionen wiederholt für spezifische Phobien beschrieben wurden, sind deren funktionelle Interaktionen während phobischer Stimulusverarbeitung kaum erforscht. Zur Untersuchung dieser Interaktionen in zwei Subtypen der spezifischen Phobie – dem Blut-Spritzen-Verletzungs-Typus und dem Tier-Typus – wurden im Rahmen dieser Arbeit funktionelle Konnektivitäts-Analysen (FK) anhand dreier fMRT- (funktionelle Magnetresonanztomographie) Studien durchgeführt. Zwei Studien untersuchten die neurale Verarbeitung visueller phobischer Stimuli in einer dentalphobischen Gruppe (DP), einer schlangenphobischen Gruppe (SP) sowie einer Kontrollgruppe (KG). Ergänzend verglich eine dritte Studie den Einfluss visueller und akustischer Stimuli für die DP und eine KG. Basierend auf der a priori-Hypothese einer veränderten FK zwischen der Amygdala, der Insula und dem ACC wurden deren spezifische Konnektivitätsmuster untersucht. Aufgrund funktionell unterschiedlicher Subregionen erfolgte eine Untergliederung des ACC in eine subgenuale, perigenuale und dorsalen Region. Analog dazu wurde die Insula in eine ventral-anteriore, dorsal-anteriore und posteriore Region unterteilt. Um darüberhinausgehender Konnektivitätsmuster über das gesamte Gehirn zu ermitteln, wurde eine abschließende Seed-to-Voxel-Analyse mit den Seeds Amygdala, Insula und ACC durchgeführt. In der Auswertung zeigte sich eine negative FK der Amygdala und des ACC während phobischer Stimulusverarbeitung in der KG, die insbesondere auf die ventrale Division des ACC zurückzuführen war. Die phobischen Gruppen hingegen waren im Vergleich zu der Kontrollgruppe durch eine erhöhte Konnektivität der untersuchten Regionen gekennzeichnet. Dieser Effekt war bei der DP spezifisch für die akustische Stimulusmodalität. Bei visueller Stimuluspräsentation zeigten sich hingegen veränderte Konnektivitätsmuster des ACC und der Insula mit prä- und orbitofrontalen Regionen. Insbesondere die negative FK der Amygdala und des ACC, die theoretisch auf einer top-down-Inhibition des ACC über die Amygdala basiert, erscheint einen wichtigen Bestandteil einer effektiven emotionalen Kontrolle darzustellen. In beiden phobischen Gruppen fehlte diese Inhibition. Die erhöhte FK (para-)limbischer Konnektivität der SP könnte hingegen die verstärkte Rekrutierung autonomischer bottom-up-Prozesse als zugrundeliegendem Mechanismus der überschießenden und irrationalen Angstreaktion repräsentieren. Diese Charakteristika konnten in der DP nur für die akustische Stimulusmodalität beobachtet werden. Während der visuellen Stimuluspräsentation war die DP durch Dysregulationen prä- und orbitofrontaler Regionen gekennzeichnet, welche eine beeinträchtigte kognitive Kontrolle über grundlegende Emotionsprozesse widerspiegeln könnte. Dies entspricht der Annahme, dass die DP vor allem durch evaluationsbasierte Furchtreaktionen gekennzeichnet ist, während in der SP als Vertreter des Tier-Typus evolutionär konservierte, limbische Prozesse dominieren. Zusammenfassend bestätigen die Ergebnisse die Bedeutung funktioneller Netzwerke in der spezifischen Phobie, wobei die gefundenen Konnektivitätsmuster einen intermediären Phänotyp darstellen könnten, der möglicherweise das Risiko für das Auftreten dysfunktionaler phobischer Angstreaktionen vermittelt. Von klinischem Interesse ist vor allem die Amygdala – ACC-Vernetzung, die als prädiktiver Biomarker für das Therapieansprechen genutzt oder im Rahmen neuromodulatorischer Therapieansätze wie dem Neurofeedback oder der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation gezielt angesteuert werden könnte.…