Maria Waltmann

• Binge Eating Disorder (BED) is a common, early-onset mental health condition characterised by uncontrollable episodes of overeating followed by negative emotions such as guilt and shame. An improved understanding of the neurocognitive mechanisms underlying BED is central to the development of more targeted and effective treatments. This thesis comprises a systematic review and three empirical studies contributing to this endeavour. BED can be thought of as a disorder of cognitive-behavioural control. Indeed, self-report evidence points towardsBinge Eating Disorder (BED) is a common, early-onset mental health condition characterised by uncontrollable episodes of overeating followed by negative emotions such as guilt and shame. An improved understanding of the neurocognitive mechanisms underlying BED is central to the development of more targeted and effective treatments. This thesis comprises a systematic review and three empirical studies contributing to this endeavour. BED can be thought of as a disorder of cognitive-behavioural control. Indeed, self-report evidence points towards enhanced impulsivity and compulsivity in BED. However, retrospective self-reports do not capture the mechanisms underlying impulsive and compulsive lapses of control in the moment. The systematic review therefore focussed on the experimental literature on impulsivity and compulsivity in BED. The evidence was very mixed, although there was some indication of altered goal-directed control and behavioural flexibility in BED. We highlight poor reliability of experimental paradigms and the failure to properly account for weight status as potential reasons for inconsistencies between studies. Moreover, we propose that impulsivity and/or compulsivity may be selectively enhanced in negative mood states in BED and may therefore not be consistently detected in lab-based studies. In the empirical studies, we explored the role of behavioural flexibility in BED using experimental and neuroimaging methods in concert with computational modelling. In the first empirical study, we assessed the reliability of a common measure of behavioural flexibility, the Probabilistic Reversal Learning Task (PRLT). We demonstrate that the behavioural and computational metrics of the PRLT have sufficient reliability to justify past and future applications if calculated using hierarchical modelling. This substantially improves reliability by reducing error variance. The results support the use of the PRLT in the second and third empirical studies on development and BED. Because a majority of patients develop BED as adolescents or young adults, we speculated that it may emerge as a consequence of disrupted or deficient maturation of behavioural flexibility. Little is known about typical development in this domain. We therefore investigated normative development of reversal learning from adolescence to adulthood in the second empirical study. Typically- developing adolescents exhibited less adaptive and more erratic and explorative behaviour than adults. This behaviour was accounted for by reduced sensitivity to positive feedback in a reinforcement learning model, and partially mediated by reduced activation reflecting uncertainty in the medial prefrontal cortex, a region known to mature substantially during adolescence. In the third empirical study, we investigated reversal learning in BED, paying special attention to potential biases associated with learning from wins vs learning from losses. We speculated that negative urgency could make it more difficult for BED patients to learn and make decisions under pressure to avoid losses. To dissociate between effects of excess weight and BED, we collected data from obese individuals with and without BED as well as normal-weight controls. As hypothesised, there were subtle neurocognitive differences between obese participants with and without BED with regard to learning to obtain rewards and to avoid losses. Obese individuals showed relatively impaired learning to obtain rewards, while BED patients showed relatively impaired learning to avoid losses. This was reflected in differential learning signals in the brain and associated with BED symptom severity. In sum, this thesis shows that the evidence on impulsivity and compulsivity in BED is inconsistent and offers potential explanations for this inconsistency. It highlights the need for reliability in interindividual difference research and indicates ways to improve it. Further, it charts the typical development of reversal learning from adolescence to adulthood and underscores the relevance of exploration in the context of learning and decision-making in adolescence. Finally, it demonstrates qualitative differences between BED and obesity, hinting at a pivotal role of aversive states in loss of control in BED.…
• Binge-Eating-Störung (BES) ist eine weit verbreitete psychische Erkrankung, die häufig im Jugend- oder jungen Erwachsenenalter beginnt und von Episoden unkontrollierten Überessens gefolgt von negativen Emotionen wie Schuld und Scham gekennzeichnet ist. Ein verbessertes Verständnis der neurokognitiven Mechanismen, die der BES zugrunde liegen, ist zentral für die Entwicklung zielgerichteterer und effektiverer Therapieansätze. Die vorliegende Dissertation umfasst eine systematische Übersichtsarbeit und drei empirische Studien, die zu diesemBinge-Eating-Störung (BES) ist eine weit verbreitete psychische Erkrankung, die häufig im Jugend- oder jungen Erwachsenenalter beginnt und von Episoden unkontrollierten Überessens gefolgt von negativen Emotionen wie Schuld und Scham gekennzeichnet ist. Ein verbessertes Verständnis der neurokognitiven Mechanismen, die der BES zugrunde liegen, ist zentral für die Entwicklung zielgerichteterer und effektiverer Therapieansätze. Die vorliegende Dissertation umfasst eine systematische Übersichtsarbeit und drei empirische Studien, die zu diesem Vorhaben beitragen. BES kann als eine Störung der kognitiven oder Verhaltenskontrolle betrachtet werden. Selbsteinschätzungsdaten aus Fragebogenstudien deuten klar auf erhöhte Impulsivität und Zwanghaftigkeit hin. Retrospektive Selbsteinschätzungsdaten können jedoch wenig Aufschluss über die Mechanismen geben, die impulsiven und zwanghaften Kontrollverlusten zugrunde liegen. Als Ausgangspunkt dieser Arbeit haben wir daher eine systematische Übersicht der experimentellen Literatur zu Impulsivität und Zwanghaftigkeit bei BES erstellt, die in dieser Hinsicht mehr Einblick verspricht. Die Studienlage war sehr heterogen, aber es gab vorläufige Hinweise auf veränderte zielgerichtete Kontrolle und Verhaltensflexibilität bei BES. Wir zeigen auf, dass unzureichende Reliabilität experimenteller Paradigmen und mangelnde Berücksichtigung wichtiger Störvariablen wie Körpergewicht mögliche Gründe für die großen Inkonsistenzen zwischen Studien sein könnten. Weiterhin vermuten wir, dass Impulsivität und/oder Zwanghaftigkeit im Rahmen der BES selektiv erhöht sein könnten, wenn Patient*innen sich in negativen Gemütszuständen befinden, und daher in Laborstudien nicht konsistent nachgewiesen werden können. Die empirischen Studien untersuchten die Rolle von Verhaltensflexibilität bei BES anhand experimenteller und bildgebender Verfahren sowie mathematischer Modellierung. In der ersten empirischen Studie untersuchten wir die Reliabilität der Probabilistic Reversal Learning Task (PRLT), eines gängigen Maßes der Verhaltensflexibilität. Wir konnten zeigen, dass die Verhaltensmaße und Metriken der mathematischen Modelle der PRLT adäquate Reliabilität aufweisen – allerdings nur, wenn sie anhand von hierarchischen Modellen errechnet werden. Letzteres reduziert die Fehlervarianz und verbessert die Reliabilität damit erheblich. Die Ergebnisse stützen die Verwendung der PRLT in unseren Studien zu Verhaltensflexibilität in der Entwicklung und bei BES. Da BES seine Erstmanifestation oft im Jugend- oder frühen Erwachsenenalter hat, liegt die Vermutung nahe, dass sie sich als Folge einer gestörten oder defizitären Reifung der Verhaltensflexibilität entwickeln könnte. Da jedoch wenig über die typische Entwicklung in diesem Bereich bekannt ist, haben wir in der zweiten empirischen Studie zunächst die normative Entwicklung von Reversal- Learning vom Jugend- zum Erwachsenenalter untersucht. Gesunde Jugendliche zeigten weniger adaptives, erratischeres und explorativeres Verhalten als Erwachsene. Unser mathematisches Modell des Verstärkungslernens erklärt dieses Muster durch eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber positivem Feedback. Zudem konnten wir zeigen, dass dieses Verhalten teilweise durch reduzierte Aktivierung des medialen prefrontalen Kortex vermittelt war, einer Region, die im Jugendalter eine substanzielle Reifung durchmacht. In der dritten empirischen Studie haben wir schließlich Reversal-Learning bei BES untersucht und dabei spezielles Augenmerk auf potenzielle Verzerrungen im Lernen zum Erlangen von Belohnungen im Gegensatz zum Lernen zur Verlustvermeidung gelegt. Um Effekte von BES und Adipositas zu unterscheiden, haben wir Daten von adipösen Personen mit und ohne BES, sowie gesunden Normalgewichtigen erhoben. Wie erwartet gab es subtile neurokognitive Unterschiede zwischen adipösen Proband*innen mit und ohne BES im Hinblick auf Lernen zum Erlangen von Belohnungen und Vermeiden von Verlusten. So war Adipositas durch relativ beeinträchtigtes Lernen zum Erlangen von Belohnungen gekennzeichnet, während BES durch relativ beeinträchtigtes Lernen zur Vermeidung von Verlusten gekennzeichnet war. Dieser Unterschied spiegelte sich in der neuronalen Kodierung von Lernsignalen wieder und korrelierte mit der Symptomschwere der BES. Zusammenfassend zeigt diese Dissertation, dass die Literatur zu Impulsivität und Zwanghaftigkeit in BES inkonsistent ist und legt Gründe für diese Inkonsistenzen nahe. Sie hebt die kritische Rolle der Reliabilität von Instrumenten in der Forschung in differentieller und klinischer Psychologie sowie Psychiatrie hervor und zeigt Möglichkeiten auf, diese zu verbessern. Weiterhin zeichnet sie ein Bild der Entwicklung von Reversal Learning vom Jugend- zum Erwachsenenalter und unterstreicht die Relevanz von Explorationsverhalten im Kontext von Lernen und Entscheiden im Jugendalter. Schließlich zeigt sie qualitative Unterschiede zwischen BES und Adipositas auf und legt weitere Forschung in Hinblick auf eine möglicherweise zentrale Rolle negativer Emotionen für Kontrollverlust bei BES nahe.…