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Even though exposure-based cognitive behavioral therapy (CBT) constitutes a first-line treatment for anxiety disorders, a substantial proportion of patients does not respond in a clinically significant manner. The identification of pre-treatment patient characteristics that are associated with treatment outcome might aid in improving response rates. Therefore, the present doctoral thesis aimed at investigating moderators of treatment outcome in anxiety disorders: first, we investigated the neural correlates of comorbidity among primary panic disorder/agoraphobia (PD/AG) and secondary social anxiety disorder (SAD) moderating treatment outcome towards exposure-based CBT. Second, pre-treatment functional resting-state connectivity signatures of treatment response in specific phobia were studied. Within the first study, we compared PD/AG patients with or without secondary SAD regarding their clinical and neurofunctional outcome towards a manualized CBT treatment focusing on PD/AG symptoms. Prior to treatment, PD/AG+SAD compared to PD/AG-SAD patients exhibited a specific neural signature within the temporal lobe, which was attenuated to the level of PD/AG-SAD patients afterwards. CBT was equally effective in both groups. Thus, comorbidity among those two anxiety disorders did not alter treatment outcome substantially. This might be due to the high overlap of shared pathophysiological features within both disorders. In the second study, we assessed pre-treatment functional resting-state connectivity within a sample of spider phobic patients that were treated with massed in virtuo exposure. We found responders already prior to treatment to be characterized by stronger inhibitory frontolimbic connectivity as well as heightened connectivity between the amygdala and regions related to the ventral visual stream. Furthermore, patients demonstrating high within-session extinction exhibited pronounced intrinsic prefrontal connectivity. Our results point to responders exhibiting a brain prepared for the mechanism of action of exposure. Taken together, results highlight the major impact of pre-treatment characteristics on treatment outcome. Both, PD/AG+SAD patients as well as responders within the SpiderVR study exhibited heightened activation or connectivity within the ventral visual pathway and the amygdala. Pronounced visual processing together with enhanced executive control and emotion regulation seem to constitute a fruitful soil for successful exposure. The results provide starting points for personalized treatment approaches in order to improve treatment success in the anxiety disorders. Future studies are needed to investigate the benefit of neuroscientifically informed CBT augmentation strategies such as repetitive transcranial magnetic stimulation.
Virtual reality exposure therapy (VRET) is an effective cognitive-behavioral treatment for anxiety disorders that comprises systematic confrontations to virtual representations of feared stimuli and situations.
However, not all patients respond to VRET, and some patients relapse after successful treatment. One explanation for this limitation of VRET is that its underlying mechanisms are not yet fully understood, leaving room for further improvement.
On these grounds, the present thesis aimed to investigate two major research questions: first, it explored how virtual stimuli induce fear responses in height-fearful participants, and second, it tested if VRET outcome could be improved by incorporating techniques derived from two different theories of exposure therapy. To this end, five studies in virtual reality (VR) were conducted.
Study 1 (N = 99) established a virtual environment for height exposure using a Computer Automatic Virtual Environment (CAVE) and investigated the effects of tactile wind simulation in VR. Height-fearful and non-fearful participants climbed a virtual outlook, and half of the participants received wind simulation. Results revealed that height-fearful participants showed stronger fear responses, on both a subjective and behavioral level, and that wind simulation increased subjective fear. However, adding tactile wind simulation in VR did not affect presence, the user's sense of 'being there' in the virtual environment. Replicating previous studies, fear and presence in VR were correlated, and the correlation was higher in height-fearful compared to non-fearful participants.
Study 2 (N = 43) sought to corroborate the findings of the first study, using a different VR system for exposure (a head-mounted display) and measuring physiological fear responses. In addition, the effects of a visual cognitive distractor on fear in VR were investigated. Participants' fear responses were evident on both a subjective and physiological level---although much more pronounced on skin conductance than on heart rate---but the virtual distractor did not affect the strength of fear responses.
In Study 3 (N = 50), the effects of trait height-fearfulness and height level on fear responses were investigated in more detail. Self-rated level of acrophobia and five different height levels in VR (1 m--20 m) were used as linear predictors of subjective and physiological indices of fear. Results showed that subjective fear and skin conductance responses were a function of both trait height-fearfulness and height level, whereas no clear effects were visible for heart rate.
Study 4 (N = 64 + N = 49) aimed to advance the understanding of the relationship between presence and fear in VR. Previous research indicates a positive correlation between both measures, but possible causal mechanisms have not yet been identified. The study was the first to experimentally manipulate both presence (via the visual and auditive realism of the virtual environment) and fear (by presenting both height and control situations). Results indicated a causal effect of fear on presence, i.e., experiencing fear in a virtual environment led to a stronger sense of `being there' in the virtual environment. However, conversely, presence increased by higher scene realism did not affect fear responses. Nonetheless, presence seemed to have some effects on fear responding via another pathway, as participants whose presence levels were highest in the first safe context were also those who had the strongest fear responses in a later height situation. This finding indicated the importance of immersive user characteristics in the emergence of presence and fear in VR.
The findings of the first four studies were integrated into a model of fear in VR, extending previous models and highlighting factors that lead to the emergence of both fear and presence in VR. Results of the studies showed that fear responses towards virtual heights were affected by trait height-fearfulness, phobic elements in the virtual environment, and, at least to some degree, on presence. Presence, on the other hand, was affected by experiencing fear in VR, immersion---the characteristics of the VR system---and immersive user characteristics. Of note, the manipulations of immersion used in the present thesis, visual and auditory realism of the virtual environment and tactile wind simulation, were not particularly effective in manipulating presence.
Finally, Study 5 (N = 34) compared two different implementations of VRET for acrophobia to investigate mechanisms underlying its efficacy. The first implementation followed the Emotional Processing Theory, assuming that fear reduction during exposure is crucial for positive treatment outcome. In this condition, patients were asked to focus on their fear responses and on the decline of fear (habituation) during exposures. The second implementation was based on the inhibitory learning model, assuming that expectancy violation is the primary mechanism underlying exposure therapy efficacy. In this condition, patients were asked to focus on the non-occurrence of feared outcomes (e.g., 'I could fall off') during exposure. Based on predictions of the inhibitory learning model, the hypothesis for the study was that expectancy-violation-based exposure would outperform habituation-based exposure.
After two treatment sessions in VR, both treatment conditions effectively reduced the patients' fear of heights, but the two conditions did not differ in their efficacy. The study replicated previous studies by showing that VRET is an effective treatment for acrophobia; however, contrary to the assumption, explicitly targeting the violation of threat expectancies did not improve outcome. This finding adds to other studies failing to provide clear evidence for expectancy violation as the primary mechanism underlying exposure therapy. Possible explanations for this finding and clinical implications are discussed, along with suggestions for further research.
Emotional-associative learning processes such as fear conditioning and extinction are highly relevant to not only the development and maintenance of anxiety disorders (ADs), but also to their treatment. Extinction, as the laboratory analogue to behavioral exposure, is assumed a core process underlying the treatment of ADs. Although exposure-based treatments are highly effective for the average patient suffering from an AD, there remains a gap in treatment efficacy with over one third of patients failing to achieve clinically significant symptom relief. There is ergo a pressing need for intensified research regarding the underlying neural mechanisms of aberrant emotional-associative learning processes and the neurobiological moderators of treatment (non-)response in ADs.
The current thesis focuses on different applications of the fundamental principles of fear conditioning and extinction by using two example cases of ADs from two different multicenter trials. First, we targeted alterations in fear acquisition, extinction, and its recall as a function of psychopathology in panic disorder (PD) patients compared to healthy subjects using fMRI. Second, exposure-based therapy and pre-treatment patient characteristics exerting a moderating influence on this essential learning process later on (i.e. treatment outcome) were examined using multimodal functional and structural neuroimaging in spider phobia.
We observed aberrations in emotional-associative learning processes in PD patients compared to healthy subjects indicated by an accelerated fear acquisition and an attenuated extinction recall. Furthermore, pre-treatment differences related to defensive, regulatory, attentional, and perceptual processes may exert a moderating influence on treatment outcome to behavioral exposure in spider phobia. Although the current results need further replication, on an integrative meta level, results point to a hyperactive defensive network system and deficient emotion regulation processes (including extinction processes) and top-down control in ADs. This speaks in favor of transdiagnostic deficits in important functional domains in ADs.
Deficits in transdiagnostic domains such as emotion regulation processes could be targeted by enhancing extinction learning or by means of promising tools like neurofeedback. The detection of pre-treatment clinical response moderators, for instance via machine learning frameworks, may help in supporting clinical decision making on individually tailored treatment approaches or, respectively, to avoid ineffective treatment and its related financial costs. In the long run, the identification of neurobiological markers which are capable of detecting non-responders a priori represents an ultimate goal.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirksamkeit einer Expositionstherapie in virtueller Realität bei Zahnbehandlungsphobikern untersucht. Über eine Vorher- und Nachher-Analyse sollte herausgefunden werden, inwieweit die Angst vor phobischen Stimuli reduziert werden kann.
Die Untersuchungen dieser Studie stützten sich auf zwei empirische EEG-Studien von Kenntner-Mabiala & Pauli (2005, 2008), die evaluierten, dass Emotionen, die Schmerzwahrnehmung und die Toleranz der Schmerzschwelle modulieren können. Zudem konnte in einer EEG-Studie von Leutgeb et al. (2011) gezeigt werden, dass Zahnbehandlungsphobiker eine Erhöhung der EKPs auf phobisches Stimulusmaterial aufwiesen. Die Frage nach dem Einfluss von emotionalen und phobischen Bildern auf die neuronale Verarbeitung sollte hier untersucht werden. Außerdem sollte herausgefunden werden welche Auswirkung emotionale und phobische Geräusche auf die Schmerzverarbeitung vor und nach der Therapie haben.
Die Probanden wurden an drei aufeinanderfolgenden Terminen untersucht. Der erste Termin beinhaltete die Diagnostik zur Zahnbehandlungsphobie und den experimentellen Teil, der sich in drei Teile pro Termin gliederte. Der erste Teil enthielt die Aufzeichnung des EEG unter Schmerzreizapplikation im Kontext emotionaler Geräusche (neutral, negativ, positiv & zahn) und das Bewerten dieser Schmerzreize bezüglich der Intensität und der Unangenehmheit des Schmerzes. Der zweite Teil enthielt Ratings zu Valenz und Arousal bezüglich dieser emotionalen Geräuschkategorien. Der dritte Teil enthielt die Aufzeichnung des EEG und das Rating zu Valenz und Arousal bezüglich emotionaler Bildkategorien (neutral, negativ, zahn).
Am zweiten Termin folgte die Expositionstherapie unter psychologischer Betreuung. Der dritte Termin diente zur Erfolgsmessung und verlief wie Termin eins.
Als Erfolgsmaße der Therapie dienten Selbstbeurteilungsfragebögen, Valenz- und Arousal-Ratings des Stimulusmaterials, Schmerzratings und die durch das EEG aufgezeichneten visuell Ereigniskorrelierten- und Somatosensorisch-Evozierten-Potentialen.
Die Ergebnisse zeigten, dass Geräusche mit unterschiedlichen emotionalen Kategorien zu eindeutig unterschiedlichen Valenz- und Arousalempfindungen bei Zahnbehandlungsphobikern führen. Die Studie konnte bestätigen, dass phobische Geräuschstimuli einen Einfluss auf die erhöhte Erregung bei Zahnbehandlungsphobikern haben, die nach der Intervention als weniger furchterregend empfunden werden. Zudem konnte erwiesen werden, dass Personen mit Zahnbehandlungsphobie durch das Hören phobischer Zahnbehandlungsgeräusche eine stärkere Schmerzempfindung aufwiesen als durch positive, neutrale und negative Geräusche. Die Ergebnisse der Somatosensorisch-Evozierten-Potenziale (N150, P260) im Vergleich der Vorher und Nachher-Analyse zeigten tendenzielle Modulationen, die jedoch nicht signifikant waren. Im Vergleich zur Prä-Messung nahm die N150 Amplitude in der Post-Messung für die schmerzhaften Stimuli während der phobischen und negativen Geräusche ab.
Außerdem wurden in dieser Studie parallel zum Geräuschparadigma weitere Sinnesmodalitäten mit phobie-relevanten Reizen anhand von Bildern getestet.
Parallel zu den Ergebnissen der Studie von Leutgeb et al. (2011) fanden wir eine verstärkte elektrokortikale Verarbeitung im Late-Positive-Potential (LPP) auf phobische Bilder bei Zahnbehandlungsphobikern. Die Erwartung, dass die verstärkte elektrokortikale Verarbeitung des LPPs auf phobische Bilder bei Zahnbehandlungsphobikern durch Intervention reduziert werden kann, konnte nicht belegt werden. Rein deskriptiv gehen die Ergebnisse aber in diese Richtung.
Auch das Verhalten änderte sich durch die Teilnahme an der Studie. Die Probanden gaben an, dass sich ihre Zahnbehandlungsangst nach der Expositionstherapie signifikant verringert hat. Das telefonische Follow-Up 6 Monate nach der Post-Messung zeigte, dass sich einige Probanden nach mehreren Jahren wieder in zahnärztliche Behandlung begeben haben.
Insgesamt kann diese Studie zeigen, dass Zahnbehandlungsphobie durch psychologische Intervention reduziert werden kann und auch die Angst vor phobischem Stimulusmaterial durch eine wiederholte Reizkonfrontation abnimmt. Jedoch konnte auf elektrokortikaler Ebene keine Modulation der Schmerzempfindung über emotionale Geräusche festgestellt werden.
Zusammenfassung Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Rolle von Sicherheitsverhalten in der Expositionstherapie von Panikstörung mit Agoraphobie. Neu an dieser Arbeit ist, dass die Ausgangslage des Patienten bezüglich des zu Therapiebeginn gezeigten Vermeidungsverhaltens, welches wiederum das in den Expositionen gezeigte Sicherheitsverhalten moderieren sollte, einbezogen wurde. Neben der Klärung dieser spezifischen Variablen sollten weitere Moderatoren, Mediatoren und Prädiktoren für Sicherheitsverhalten bzw. Therapieergebnis identifiziert werden. Hierfür wurde in dieser Studie erstmals die Wirkung von Faktoren wie Therapeutenbegleitung, Angst vor Körpersymptomen und Veränderungen kognitiver Prozesse auf Sicherheitsverhalten und Therapieergebnis mit Hilfe von Pfadanalysemodellen untersucht. Erwartungsangst und das Ausmaß der Depression zu Therapiebeginn wurden als Kovariate einbezogen. In die Berechnungen wurden nach Ausschluss der Drop-Outs N = 242 Patienten eingeschlossen. Nach den in dieser Arbeit durchgeführten Analysen sind weder das Ausmaß der Vermeidung zu Therapiebeginn noch die Therapeutenbegleitung während der Expositionen Prädiktoren für Sicherheitsverhalten. Es konnte zudem in den berechneten Pfadanalysemodellen kein signifikanter Zusammenhang zwischen Sicherheitsverhalten und Therapieergebnis gezeigt werden. Stattdessen weisen die hier gefundenen Ergebnisse darauf hin, dass sowohl die Reduktion der Angst vor Körpersymptomen als auch die Veränderung kognitiver Prozesse signifikant mit dem Therapieergebnis korrelieren. Hinsichtlich der einbezogenen Kovariaten zeigte sich, dass ein positiver Zusammenhang zwischen Erwartungsangst und Sicherheitsverhalten besteht und das Ausmaß der Depression zu Therapiebeginn wie erwartet keinen Einfluss auf Sicherheitsverhalten und Therapieergebnis hatte. Insgesamt bestätigen die hier gefundenen Ergebnisse, dass insbesondere die Reduktion der Angst vor Körpersymptomen und die Veränderung kognitiver Prozesse wichtige Elemente der Expositionstherapie sind und diese somit grundsätzlich einen wirkungsvollen Zugang zur Behandlung von Panikstörung mit Agoraphobie darstellt. Die Analysen weisen darauf hin, dass Sicherheitsverhalten entgegen den Erwartungen dabei eine eher untergeordnete Rolle zu spielen scheint. Dies sollte in weiterführenden Studien geklärt werden, wobei Sicherheitsverhalten insbesondere unter dem in dieser Arbeit aufgezeigten definitions- bzw. störungs-spezifischen Blickwinkel untersucht werden sollte.