Stefanie Biehl

• Theories of attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) aetiology have placed a focus on impaired behavioural inhibition presumably leading to executive function (EF) deficits. Neuroimaging studies report neurophysiological findings consistent with these hypothesised impairments, and investigations of functional brain activation from a network perspective report hypoactivation in the frontoparietal network as well as hyperactivation in the dorsal attention network. Studies investigating the acute effects of stimulant medication on EF showTheories of attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) aetiology have placed a focus on impaired behavioural inhibition presumably leading to executive function (EF) deficits. Neuroimaging studies report neurophysiological findings consistent with these hypothesised impairments, and investigations of functional brain activation from a network perspective report hypoactivation in the frontoparietal network as well as hyperactivation in the dorsal attention network. Studies investigating the acute effects of stimulant medication on EF show an improvement on behavioural EF measures including working memory. In addition, methylphenidate (MPH) was shown to up-regulate the task-positive/ frontoparietal network in children and adolescents with ADHD. So far, there are only few studies investigating the impact of ADHD on behavioural and neurophysiological EF measures as well as the effect of several weeks of stimulant medication in adult patients. The importance of the catechol-O-methyltransferase (COMT) enzyme for subcortical and cortical dopaminergic and noradrenergic functioning furthermore led to studies investigating a potential interactive impact of COMT genotype and ADHD on neuropsychological functioning, with a particular focus on working memory. The results of these studies were very heterogeneous. In addition, as none of the studies compared the results of ADHD patients to those of a healthy control group, possible differential effects of COMT in patients and healthy controls could not be examined. The aim of this dissertation was to investigate selective attention properties of the central executive component during a working memory task and to transfer this task to fMRI. A third study then aimed to investigate the effects of adult ADHD (aADHD), MPH, and COMT genotype on working memory with a particular focus on activation of the task-positive network during the analysis of the fMRI data. The first study (EEG) could replicate and extend the results from previous research. This study could furthermore connect the overall activation in frontal areas to suppression efficiency in posterior visual areas as well as establish the impact of hyperactive/ impulsive ADHD symptoms on task performance. The second study (fMRI) allowed the successful transfer of the paradigm to fMRI, and the further replication and extension of previous findings. In addition, this study showed the sensitivity of the task to the effects of the COMT genotype. The third study (fMRI) was one of the first studies that exploratorily investigated the effects COMT in a sample of aADHD patients and a comparable healthy control group. This study showed an interactive effect of these two factors on neuropsychological measures as well as on fMRI activation during a classic n-back working memory task. In addition, this task led to more activation in the task-positive network of the aADHD group compared to a healthy control group in the absence of performance differences, pointing towards compensatory activation in the aADHD group. Furthermore, activation in the frontal cortex was increased in patients taking MPH compared to a placebo. The fMRI data from the selective attention task moreover showed decreased activation in the right DLPFC of the patient group, which was associated with reduced suppression efficiency across all participants. The clinical effect of MPH in the third study was visible but did not reach significance, which is probably attributable to a lack of experimental power. The studies in this dissertation could successfully replicate and extend previous findings. A goal for future studies should be the further investigation of the interactive effects of COMT genotype and aADHD on neuropsychological test results and fMRI activation, but also on medication response and adverse effects. In this context, the adaptation of a network perspective during the analysis of fMRI data seems to be the best way to detect existing between-group differences.…
• Theorien zur Ätiologie der Aufmerksamkeitsdefizit-/ Hyperaktivitätsstö-rung (ADHS) konzentrieren sich oft auf defizitäre Prozesse der Verhaltensinhibition, die wiederum zu Defiziten der Exekutivfunktionen (EF) führen. Übereinstimmend mit diesen Beeinträchtigungen berichteten Neuroimaging-Studien von Hypoaktivierung im frontoparietalen Netzwerk sowie Hyperaktivierung im dorsalen Aufmerksamkeitsnetzwerk. Studien zur Wirkung von Stimulanzien zeigten eine Verbesserung von EF-Maßen einschließlich des Arbeitsgedächtnisses sowie eine HochregulierungTheorien zur Ätiologie der Aufmerksamkeitsdefizit-/ Hyperaktivitätsstö-rung (ADHS) konzentrieren sich oft auf defizitäre Prozesse der Verhaltensinhibition, die wiederum zu Defiziten der Exekutivfunktionen (EF) führen. Übereinstimmend mit diesen Beeinträchtigungen berichteten Neuroimaging-Studien von Hypoaktivierung im frontoparietalen Netzwerk sowie Hyperaktivierung im dorsalen Aufmerksamkeitsnetzwerk. Studien zur Wirkung von Stimulanzien zeigten eine Verbesserung von EF-Maßen einschließlich des Arbeitsgedächtnisses sowie eine Hochregulierung des aufgabenpositiven/ frontoparietalen Netzwerks durch Methylphenidat (MPH). Bis jetzt untersuchten nur wenige Studien die Auswirkungen von ADHS auf neurophysiologische und Verhaltensmaße der EF sowie den Effekt von länger andauernder Stimulanziengabe bei erwachsenen Patienten. Die Wichtigkeit des Enzyms Catechol-O-Methyltransferase (COMT) für subkortikale und kortikale dopaminerge und noradrenerge Funktionen führte darüber hinaus zu Studien, die eine potentielle Interaktion in der Wirkung des COMT Genotyps und ADHS auf neuropsychologische Funktionen und insbesondere auf das Arbeitsgedächtnis untersuchten. Die Ergebnisse dieser Studien waren recht heterogen. Da zudem keine der Studien die Ergebnisse der ADHS-Patienten mit denen einer gesunden Kontrollgruppe verglich, konnten möglicherweise vorhandene unterschiedliche Einflüsse von COMT bei Patienten und gesunden Kontrollprobanden nicht angemessen ermittelt werden. Das Ziel dieser Dissertation waren zunächst die Untersuchung von selektiven Aufmerksamkeitsprozessen, die durch die Zentrale Exekutive vermittelt werden, sowie die Übertragung der dazu verwendeten Arbeitsgedächtnisaufgabe ins fMRT. Eine dritte Studie strebte die Untersuchung der Auswirkungen von ADHS bei Erwachsenen (aADHS), MPH und COMT Genotyp auf das Arbeitsgedächtnis an. Ein besonderer Fokus bei der Analyse der fMRT-Daten lag hierbei auf der Aktivierung des aufgabenpositiven Netzwerks. Die erste Studie (EEG) konnte bisherige Forschungsergebnisse replizieren und erweitern. Zudem konnte diese Studie die Gesamtaktivierung in frontalen Bereichen mit der Unterdrückungseffizienz in posterioren visuellen Bereichen in Verbindung bringen sowie einen Einfluss von hyperaktiv/ impulsiver ADHS-Symptomatik auf die Verhaltensleistung feststellen. Die zweite Studie (fMRT) zeigte eine erfolgreiche Übertragung des Paradigmas auf das fMRT und eine weitergehende Replizierung und Erweiterung vorheriger Forschungsergebnisse. Es konnte außerdem die Sensitivität der Aufgabe für die Effekte des COMT Genotyps gezeigt werden. Die dritte Studie (fMRT) war eine der ersten Studien, die exploratorisch die Effekte von COMT in einer Stichprobe von aADHS-Patienten und einer vergleichbaren gesunden Kontrollgruppe untersuchte. Hier zeigte sich eine Interaktion von COMT Genotyp und aADHS auf die erhobenen neuropsychologischen Maße sowie auf die fMRT-Aktivierung während einer n-back Arbeitsgedächtnisaufgabe. Die Aufgabe führte zu mehr Aktivierung im aufgabenpositiven Netzwerk der aADHS-Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe. Da keine Leistungsunterschiede zwischen den Gruppen zu erkennen waren, weist diese Hyperaktivierung auf eine kompensatorische Aktivierung in der aADHS-Gruppe hin. Zudem zeigte sich eine erhöhte Aktivierung im Frontalkortex bei Patienten, die MPH statt einem Placebo einnahmen. Die fMRT-Daten der Aufgabe zur selektiven Aufmerksamkeit zeigten außerdem eine reduzierte Aktivierung im rechten DLPFC der Patientengruppe, die über alle Probanden hinweg mit einer reduzierten Unterdrückungseffizienz assoziiert war. Der klinische Effekt von MPH in der Patientenstichprobe war sichtbar, erreichte aber keine Signifikanz, was vermutlich auf eine zu geringe experimentelle Power zurückzuführen ist. Die Studien in dieser Dissertation konnten vorherige Befunde erfolgreich replizieren und erweitern. Ein Ziel für zukünftige Studien sollte die weitergehende Untersuchung dieser Fragestellungen sein. Vor allem in Bezug auf eine Interaktion von COMT Genotyp und aADHS auf neuropsychologische Testergebnisse und fMRT-Aktivierung, aber auch auf Medikamenten-Response und Nebenwirkungen ist dies von großer Bedeutung. Die Übernahme einer Netzwerkperspektive bei der Analyse von fMRT-Daten scheint zudem der beste Weg, existierende Unterschiede zwischen den Gruppen zu finden.…