Katharina Peters

• 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.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.…
• 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 derIm 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.…