Natalie Christine Dittert

• Angsterkrankungen sowie die posttraumatische Belastungsstörung sind weit verbreitete psychische Erkrankungen. Trotz gut evaluierter Therapiemethoden gibt es immer noch therapierefraktäre oder rezidivierend erkrankende Patienten, für die nicht-invasive Hirnstimulationsverfahren wie die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) eine zusätzliche Option darstellen können. Diese Studie untersuchte daher die förderliche Wirkung der tDCS auf das Extinktionslernen, dem neuronalen Hintergrundmechanismus der Expositionstherapie. Für die UntersuchungAngsterkrankungen sowie die posttraumatische Belastungsstörung sind weit verbreitete psychische Erkrankungen. Trotz gut evaluierter Therapiemethoden gibt es immer noch therapierefraktäre oder rezidivierend erkrankende Patienten, für die nicht-invasive Hirnstimulationsverfahren wie die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) eine zusätzliche Option darstellen können. Diese Studie untersuchte daher die förderliche Wirkung der tDCS auf das Extinktionslernen, dem neuronalen Hintergrundmechanismus der Expositionstherapie. Für die Untersuchung der Extinktionsprozesse wurde ein Ein-Tages-Furchtkonditionierungsparadigma mit weiblichen Gesichtern als konditionierte Stimuli (CS) und einem 95 dB lauten weiblichen Schrei als unkonditionierten Stimulus verwendet. Die tDCS zielte darauf ab den ventromedialen präfrontalen Kortex (vmPFC), ein wichtiges Kontrollareal der Extinktion, zu aktivieren, wohingegen furchtgenerierende dorsomediale Hirnareale von der Stimulation ausgespart bleiben sollten. Hierfür wurden zwei ca. 4 x 4 cm große Elektroden in bitemporaler Anordnung etwas unterhalb der EEG 10-20-Positionen F7 und F8 appliziert und ein Gleichstrom mit einer Stärke von 1.5 mA verwendet. Die 20- minütige Stimulation startete während einer 10-minütigen Pause zwischen Akquisition und Extinktion und lief bis zum Ende der Extinktion durch. Die gesunden Probanden wurden randomisiert und doppelt verblindet zwei sham- und zwei real-Stimulationsgruppen mit jeweils entgegengesetzten Stromflussrichtungen zugeordnet. Zur Messung der Furchtreaktion dienten die elektrodermale Reaktion sowie subjektive Arousal- und Valenzbewertungen. Zusätzlich wurde die Kontingenzerwartung sowie verschiedene Fragebögen zu Depressivität, Affekt, State- und Trait-Angst, Angstsensitivität und Händigkeit erhoben. Die Untersuchung der Effekte von tDCS und Stromflussrichtung erfolgte bei allen erfolgreich konditionierten Probanden (N = 84) mittels generalisierten Schätzgleichungen. Erwartet wurde insbesondere eine Verbesserung des frühen Extinktionslernens in den real-Stimulationsgruppen, wobei vermutetet wurde, dass rechts und links anodaler Stromfluss nicht zu identischen Resultaten führen würde. Die Ergebnisse wiesen auf eine Verbesserung der frühen Extinktion unter tDCS hin. Der Effekt spiegelte sich in den Maßen der elektrodermalen Aktivität in einer stärkeren Reduktion der CS+/CS- Diskrimination und einem beschleunigten Reaktionsverlust auf CS+ wider. Der vermittelnde Mechanismus kann im intendierten Aktivitätsanstieg des vmPFC liegen, eine Steigerung der dopaminergen Neurotransmission ist jedoch ebenso denkbar. Zusätzlich ist auch die Verbesserung der Prozessierung von prediction errors durch die Veränderung der Dopaminsekretion bzw. Aktivitätssteigerung im vmPFC, Orbitofrontalkortex und mittleren temporalen Gyrus möglich. Die subjektiven Valenz- und Arousalbewertungen zeigten sich während des gesamten Experiments unbeeinflusst von der tDCS. Neben diesem Haupteffekt kam es zu weiteren nicht erwarteten Effekten. Einer dieser bedeutsamen Nebeneffekte war ein kurzer initialer Reaktionsanstieg auf den CS- zu Beginn des ersten und zweiten Extinktionsblocks in beiden real-Stimulationsgruppen, der u. a. mitverantwortlich für deren stärkeren Verlust der CS+/CS- Diskrimination war. Auch negative Auswirkungen auf die stimulierten Personen – insbesondere in Kombination mit Angsterkrankungen – können eine denkbare Folge hiervon sein. Daher stellt dieser Nebeneffekt eine wichtige Limitation des Hauptergebnisses dar, dessen Ursachen dringend in weiteren Studien evaluiert werden sollten. Als mögliche Gründe werden ein Verlust der Sicherheitsinformation des CS-, Angstgeneralisierungseffekte sowie ein erhöhtes Maß an sustained fear vermutet. Darüber hinaus wurden unerwarteterweise auch keinerlei Unterschiede der Stromflussrichtung während der frühen Extinktion manifest, in der späten bzw. gesamten Extinktion zeigten sich jedoch verschiedene Vor- und Nachteile. Vorteilhaft an der rechts anodalen im Vergleich zur links anodalen Stimulation war ein geringerer gemittelter Reaktionsanstieg auf CS+ und CS- zu Beginn des zweiten Extinktionsblocks. Dieser Effekt beruhte vermutlich auf einer Steigerung der Emotionsregulation durch Stimulation des rechten inferioren frontalen Gyrus. Als nachteilig erwies sich jedoch, dass die Reduktion der State-Angst während der Extinktion unter rechts anodaler tDCS geringer ausfiel. Bei Angstpatienten gibt es Hinweise auf eine Unteraktivierung des linken Frontalkortex, sodass angstreduzierende Effekte durch linksfrontale Aktivierung denkbar sind. Die Wahl der Stromflussrichtung sollte demnach je nach gewünschten Effekten und Angstausmaß der stimulierten Probanden abgewogen werden. Aufgrund der experimentellen Anordnung ergeben sich einige Limitationen dieser Studie. Der gesamte Extinktionsvorgang war in allen Gruppen nur von sehr kurzer Dauer, dadurch hielten auch die positiven Effekte in den real-Stimulationsgruppen nicht lange an. Zudem fand keine Testung des Extinktionsrecalls statt, sodass keine Aussage über die langfristige Wirkung der tDCS gemacht werden kann. Da die Stimulation direkt nach der Akquisition gestartet wurde, kann es neben bzw. anstelle einer Verbesserung des Extinktionslernens auch zu einer Störung der Furchtkonsolidierung und dadurch zu einer geringeren Furchtexpression gekommen sein. Zudem ist der vmPFC, das Hauptstimulationsziel dieser Studie, ebenso an der Suppression von Furchtreaktionen beteiligt, somit könnte auch dieser Mechanismus für die gefundenen Effekte verantwortlich sein. Eine Replikation der Studienergebnisse in einem mehrtägigem Konditionierungsparadigma wäre damit sinnvoll, um die Dauer und Hintergründe der gefundenen Effekte besser zu verstehen. Insgesamt bilden die Ergebnisse dieser Studie eine gute Basis zur Anwendung der tDCS des vmPFC zur Verbesserung des Extinktionslernens. Die Schwächen des hier getesteten Stimulationsprotokolls sollten jedoch in künftigen Studien weiter evaluiert und reduziert werden. Falls Testungen an Angstpatienten schließlich zu Erfolgen führen, könnte die tDCS des vmPFC als günstige und leicht anwendbare Ergänzung zu Expositionstherapien bei Patienten mit bisher therapieresistenten oder rezidivierenden Angsterkrankungen eingesetzt werden.…
• Anxiety disorders as well as the posttraumatic stress disorder are widely spread mental disorders. Despite well evaluated therapy methods there are still patients with recurrent or therapy-refractory anxiety diseases, for which non-invasive brain-stimulation techniques like transcranial direct current stimulation (tDCS) might be an additional option. Thus, this study examined the favorable effects of tDCS on extinction learning, the main functional factor of exposure-based anxiety therapies. For testing extinction processes, a one-day fearAnxiety disorders as well as the posttraumatic stress disorder are widely spread mental disorders. Despite well evaluated therapy methods there are still patients with recurrent or therapy-refractory anxiety diseases, for which non-invasive brain-stimulation techniques like transcranial direct current stimulation (tDCS) might be an additional option. Thus, this study examined the favorable effects of tDCS on extinction learning, the main functional factor of exposure-based anxiety therapies. For testing extinction processes, a one-day fear conditioning paradigm with female faces as conditioned stimuli (CS) and a 95-dB female scream as unconditioned stimulus (US) was implemented. The tDCS targeted to stimulate the ventromedial prefrontal cortex (vmPFC), one of the main controlling brain regions for extinction processes, whereas fear generating dorsomedial brain areas should be omitted. Therefore, two approximately 4 x 4 cm electrodes were applied bitemporally around at the EEG 10-20-positions F7 and F8. The 20-minute stimulation with a direct current of 1.5 mA started during a ten-minute break between acquisition and extinction and went on over all extinction trials. The healthy participants were randomly assigned in a double-blinded process into two sham stimulation groups and two real stimulation groups with opposite current flow directions. To measure fear reactions skin conductance responses (SCR) and subjective ratings of valence and arousal were recorded. Additionally, contingency expectations and questionnaires about depression, affect, state- and trait-anxiety, anxiety sensitivity and handedness were conducted. The assessment of tDCS and current flow direction effects was performed with generalized estimating equation models for all subjects that showed a successful conditioning (N = 84). An improvement of extinction most notably during early extinction learning was expected and differential outcomes of right and left anodal current flow were assumed. The results showed an improvement of early extinction learning in real stimulated subjects with a stronger CS+/CS- discrimination loss and a faster reaction decrease on CS+ in the SCR. On the one hand these effects could have been caused by the intended increase of activity in the vmPFC, on the other hand changes in the dopamine secretion could be responsible as well. Additionally, tDCS may have improved extinction learning by enhancing the processing of prediction errors, initiated by changes of the dopamine secretion or the activity in the vmPFC, orbitofrontal cortex and middle temporal gyrus. According to the subjective ratings of valence and arousal no tDCS effects could be found. Apart from the above described main effects some unexpected side effects occurred. One crucial negative side effect, which also jointly drove the CS+/CS- discrimination loss, was an initial SCR increase on CS- in the beginning of the first and second extinction learning block in both real stimulation groups. Additionally, it can have negative consequences for the stimulated persons, especially for patients with anxiety disorders. Thus, this aspect limits the results of this study crucially and should be investigated further to avoid it in future studies. Feasible reasons for the SCR increase on CS- might be an interference with safety learning, fear generalization effects and the elevation of sustained fear. Further, the current flow direction had no effect during early extinction, but distinct advantages and disadvantages during the whole course of extinction. In the beginning of the second extinction block right anodal stimulated subjects showed a lower SCR increase on CS+ and CS- than left anodal stimulated subjects. Thus, right anodal stimulation seems to enhance emotion regulation, maybe mediated by activation of the right inferior frontal gyrus, an important brain area regarding to emotion regulation processes. On the contrary, right anodal stimulation led to a lower loss of subjectively rated state anxiety during extinction learning. There is some evidence that anxiety patients show a lower left frontal brain activation than healthy persons, thus, the stimulation of left frontal areas with left anodal tDCS may possibly reduce anxiety. The intended stimulation effects and the anxiety extent of the stimulated subjects should thereby influence the decision which current flow direction to prefer. Additionally, some limitations of this study must be considered. The whole extinction learning process was of short duration in all groups, thus, the positive effects in the real stimulation groups faded quickly as well. Besides, longterm consequences of the stimulation remain unkown as no extinction recall test was conducted. The stimulation took place directly after the acquisition of fear conditioning, thereby, instead of improved extinction learning a disruption of fear consolidation could have reduced the fear expression as well. Furthermore, the vmPFC, the main stimulation target of this study, is also involved in the suppression of fear reactions, which could have interfered with the effects as well. A replication of this study’s results with a more-day conditioning paradigm and a extinction recall test could help to clarify the background of the effects. Overall, the results of this study provide an important basis for the improvement of extinction learning with tDCS of the vmPFC. Nevertheless, the negative aspects of the tested stimulation protocoll should be evaluated further in future research. If tests with anxiety patients finally lead to successful results, tDCS may be used as a simple and easy applicable add-on to exposure therapies for patients with therapy-refractory or recurrent anxiety disorders in the future.…