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Humans and other animals share choice preference for smaller-but-sooner over later-but-larger rewards, indicating that the subjective value of a reward is discounted as a function of time. This phenomenon referred to as delay discounting (DD), represents one facet of impulsivity which is inherently connected with reward processing and, within a certain range, adaptive. Maladaptive levels, however, can lead to suboptimal decision-making and represent important characteristics of psychopathologies such as attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). In line with a proposed influence of dysregulated dopamine (DA) levels on impulsivity, neural structures involved in DD (the ventral-striatum [VS]; orbitofrontal cortex [OFC]) are highly innervated by dopaminergic neurons. However, studies explicitly testing the triadic interplay of dopaminergic neurotransmission, impulsivity and brain activation during intertemporal choice are missing. Therefore, the first study of the thesis examined the effect of different DA-bioavailability levels, indicated by a genetic polymorphism (Val158Met) in the gene of the catechol-O-methyltransferase, on the association of delay discounting and OFC activation. OFC response to monetary rewards that varied by delay-to-delivery was recorded with functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a sample of 49 healthy human subjects. The results suggest a DA-related enhancement in OFC function from low (low DA level) to partial (intermediate DA level) and full (high DA level) reward delay sensitivity. Furthermore, DA-bioavailability was shown to moderate the association of neural reward delay sensitivity and impulsivity: OFC reward delay sensitivity was strongly correlated with impulsivity at intermediate DA-levels, but not at low or high DA-levels where impulsivity was related to delay-independent OFC amplitudes. It is concluded that DA-level should be considered as a crucial factor whenever impulsivity-related brain activation, in particular to reward delay, is examined in healthy subjects. Dysfunctional reward processing, accompanied by a limited ability to tolerate reward delays (delay aversion), has been proposed as an important feature in ADHD putatively caused by striatal hypo-dopaminergia. Therefore, the aim of the second study of this thesis was to examine subcortical processing of reward delays and to test for neural indicators of a negative emotional response to delay periods. Using functional magnetic resonance imaging (fMRI), brain activation in adult patients with ADHD (n=14) and healthy control subjects (n=12) was recorded during the processing of immediate and delayed rewards. Compared with healthy control subjects, hyporesponsiveness of the VS reward system was evident in patients with ADHD for both immediate and delayed rewards. In contrast, delayed rewards evoked hyperactivation in the dorsal caudate nucleus and the amygdala of ADHD patients, corroborating the central predictions of the delay aversion hypothesis. In combination both studies support the conception of a close link between delay discounting, brain activation and dopaminergic neurotransmission. The results implicate that studies on neural correlates of DD have to account for the DA-bioavailability level and for a negative emotional response to reward delays.
The aim of this project was to investigate whether reflex-like innate facial reactions to tastes and odors are altered in patients with eating disorders. Qualitatively different tastes and odors have been found to elicit specific facial expressions in newborns. This specificity in newborns is characterized by positive facial reactions in response to pleasant stimuli and by negative facial reactions in response to unpleasant stimuli. It is, however, unclear, whether these specific facial displays remain stable during ontogeny (1). Despite the fact that several studies had shown that taste-and odor-elicited facial reactions remain quite stable across a human’s life-span, the specificity of research questions, as well as different research methods, allow only limited comparisons between studies. Moreover, the gustofacial response patterns might be altered in pathological eating behavior (2). To date, however, the question of whether dysfunctional eating behavior might alter facial activity in response to tastes and odors has not been addressed. Furthermore, changes in facial activity might be linked to deficient inhibitory facial control (3). To investigate these three research questions, facial reactions in response to tastes and odors were assessed. Facial reactions were analyzed using the Facial Action Coding System (FACS, Ekman & Friesen, 1978; Ekman, Friesen, & Hager, 2002) and electromyography.
Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) zeichnet sich durch eine starke klinische Heterogenität aus, deren Ursachen bislang noch nicht völlig geklärt sind. Als erfolgversprechendes Erklärungsmodell hat sich das Endophänotypenkonzept herausgestellt, das davon ausgeht, dass unterschiedliche Dysfunktionen den vielfältigen klinischen Phänotypen der ADHS zugrunde liegen. Emotional-motivationalen Defiziten wird hierbei eine große Bedeutung beigemessen, allerdings wurden diese bislang kaum untersucht. Die wenigen vorliegenden Studien bezogen sich auf subjektive Daten und differenzierten nicht nach klinischen Subgruppen, wodurch sich heterogene Ergebnisse ergaben. Die vorliegende Arbeit hatte somit zum Ziel, einen emotional-motivationalen Endophänotyp der ADHS bei unterschiedlichen klinischen Subgruppen von ADHS-Patienten mit subjektiven und objektiven psychophysiologischen Daten zu untersuchen. Dies wurde mithilfe eines emotionalen Bilderparadigmas untersucht, bei dem neben subjektiven Bildbewertungen die affektmodulierte Startlereaktion als Valenzindikator und die elektrodermale Aktivität als Arousalindikator emotional-motivationaler Reaktivität gemessen wurden. Studie 1 (N = 325) konzentrierte sich auf die klinischen Subtypen der ADHS bei erwachsenen Patienten. Diese Studie konnte aufzeigen, dass ADHS-Patienten in Abhängigkeit vom ADHS-Subtypus Defizite in der emotional-motivationalen Reaktivität aufwiesen. Der Mischtypus und der hyperaktiv-impulsive Typus zeichneten sich durch eine verminderte Reaktivität auf positive Stimuli aus, was sich in einer reduzierten Startleinhibition widerspiegelte. Der hyperaktiv-impulsive Typus reagierte zudem vermindert auf negative Stimuli, was sich in einer verringerten Startlepotenzierung zeigte. Im Gegensatz dazu reagierte der unaufmerksame Typus vergleichbar zu Kontrollpersonen mit einer leicht geringeren Startleinhibition bei positiven Stimuli. Die besonders beeinträchtigte emotionale Reaktivität des hyperaktiv-impulsiven Typus spiegelte sich auch in einem Bias zu positiveren Bewertungen aller Bilder und einer verminderten Arousaleinschätzung negativer Stimuli bei Männern dieses Typus wider. Die ADHS-Patienten zeigten keine elektrodermalen Arousaldysfunktionen, wobei auch hier der hyperaktiv-impulsive Typus deskriptiv auffallend abgeflachte Werte in der Reaktivität auf emotionale Stimuli aufwies. Die gefundenen Dysfunktionen könnten zu hyperaktiv-impulsivem Verhalten und Sensation Seeking durch die Suche nach Verstärkern führen. Gleichzeitig könnten die Ergebnisse die starken sozialen Dysfunktionen und antisoziales Verhalten von ADHS-Patienten mit hyperaktiv-impulsiven Symptomen erklären. Zur Berücksichtigung von Entwicklungsaspekten im Endophänotypenmodell und Untersuchung des emotional-motivationalen Endophänotyps bei Kindern mit ADHS konzentrierte sich Studie 2 (N = 102) auf Jungen mit ADHS, die mit und ohne Methylphenidat untersucht wurden. Durch die zusätzliche Methylphenidatgruppe sollten die klinische Relevanz emotional-motivationaler Dysfunktionen belegt und Erkenntnisse zur Wirkweise von Methylphenidat gewonnen werden. Diese Studie konnte aufzeigen, dass sich ADHS-Kinder ohne Methylphenidat durch Hypoarousal auszeichneten, was sich in verminderten Hautleitfähigkeitsreaktionen auf die Bilder und Startletöne sowie einem verminderten tonischen Hautleitfähigkeitsniveau widerspiegelte. Diese Dysfunktionen wurden durch Methylphenidat normalisiert. Die Startledaten konnten aus methodischen Gründen die affektive Modulation bei den Kindern nicht abbilden. Diese Daten lieferten jedoch Hinweise, dass Methylphenidat die emotional-motivationale Reaktivität steigerte, da die ADHS-Kinder mit Methylphenidat eine verstärkte Startlereaktivität während der Bildbetrachtung aufwiesen. Das gefundene Hypoarousal auf Stimuli könnte dazu führen, dass vermindert auf Umweltreize und auch auf Belohnung und Bestrafung reagiert wird. Dies könnte soziale Dysfunktionen und externalisierendes Verhalten nach sich ziehen. Hyperaktiv-impulsives Verhalten und Sensation Seeking könnten kompensatorisch zur Anhebung des Arousals resultieren. Unaufmerksamkeit könnte durch einen suboptimalen Aktiviertheitsgrad bedingt sein. Methylphenidat könnte durch eine Steigerung des Arousals und die Verstärkung der emotionalen Reaktivität diesen Symptomen entgegenwirken. Die vorliegende Arbeit konnte somit als erste einen emotional-motivationalen Endophänotyp der ADHS unter Berücksichtigung valenz- und arousalbezogener Maße bei unterschiedlichen klinischen Subgruppen mit objektiven psychophysiologischen Parametern aufzeigen. Die Normalisierung des Hypoarousals von der Kindheit zum Erwachsenenalter könnte mit der Veränderung der ADHS-Symptome über die Entwicklung zusammenhängen. Die weitere Erforschung des Endophänotypenmodells der ADHS ist eine wichtige Aufgabe für die Zukunft. Die vorliegende Arbeit versuchte, hierzu einen Beitrag zu leisten.
Der Einfluss von Methylphenidat auf die affektive Bildverarbeitung bei erwachsenen AD(H)S Patienten
(2010)
Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des ADHS-Forschungsprojektes der Universität Würzburg zur Identifikation von Endophänotypen der ADHS durchgeführt. Im Fokus des Interesses stand dabei die Untersuchung emotionaler Verarbeitungsprozesse bei erwachsenen ADHS-Patienten. Conzelmann und Kollegen (Conzelmann, et al., 2009) konnten zeigen, dass erwachsene ADHS-Patienten vom Mischtypus und vom hyperaktiv/ impulsiven Typus eine defizitäre affektive Startle Modulation aufweisen. Basierend auf diesen Ergebnissen stellte sich in der vorliegenden Arbeit die Frage, ob dieser defizitäre Schreckreflex auf emotionale Bilder des International Affective Picture Systems (IAPS) zunächst replizierbar und falls ja, durch die Einnahme eines Methylphenidatpräparats (MPH) vermindert oder gänzlich aufgehoben werden kann. Um dieser Frage nachzugehen, wurden zunächst im Rahmen einer Vorstudie 15 erwachsene ADHS-Patienten (Mischtypus) aus der Studie von Conzelmann et al. (2009) nach einer Zeitspanne von einem bis zwei Jahren ein weiteres Mal getestet. Etwa eine Stunde vor der zweiten Testung erhielten die Patienten die Instruktion, ihr MPH-Präparat einzunehmen. Im Anschluss daran wurden den Patienten positive, neutrale und negative IAPS-Bilder präsentiert. Diese Bilddarbietung wurde in unregelmäßigen Abständen von einem akustischen Störgeräusch unterbrochen, den die Patienten möglichst ignorieren sollten. Im zweiten Teil der Untersuchung wurden die Probanden sowohl während der ersten als auch während der zweiten Testung angewiesen, die einzelnen Bilder hinsichtlich ihrer Valenz (angenehm versus unangenehm) und ihres Arousals (aufregend versus ruhig) zu bewerten. Von den 15 getesteten Patienten konnten 13 in die Auswertung mit einbezogen werden (2 Patienten hatten unzureichend auf den Ton reagiert). Unterschiede zwischen den beiden Testzeitpunkten (also ohne und mit MPH) konnten bezüglich der affektiven Startle Modulation lediglich auf Bilder mit hohem Arousal festgestellt werden. Für diese spezifischen Stimuli zeigten die Patienten ohne MPH keine verringerte Startle Reaktion während der Betrachtung positiver Bilder. Mit MPH konnte dieses Ausbleiben der Startle Attenuation aufgehoben werden. Anders als bei der affektiven Startle Modulation, konnte bei den zusätzlich erhobenen physiologischen Maßen weder ein systematischer Einfluss durch die IAPS-Bilder noch durch die Medikation festgestellt werden. Gleiches ließ sich bei den Valenz- und Arousalratings feststellen. Ob sich diese positive MPH-Wirkung auf die affektive Startle Modulation auch unabhängig vom Arousalgehalt der betrachteten Bilder zeigt, sollte im Anschluss an diese Vortestung mittels einer zusätzlichen Studie mit wesentlich größerem Stichprobenumfang untersucht werden. Die Hauptstudie wurde sowohl doppelblind als auch placebo-kontrolliert und im cross-over Design durchgeführt. Die Testprozedur am Computer war vergleichbar mit dem Ablauf der Vortestung. Im Rahmen der Hauptstudie wurden 71 AD(H)S-Patienten (60 vom Mischtypus, 11 vom vorwiegend unaufmerksamen Typus) zweimal getestet. Von diesen 71 Patienten konnten letztlich 61 in die Auswertung der Haupttestung mit einbezogen werden (ein ADHS-Patient (Mischtypus) kam zur zweiten Testung nicht und 9 ADHS-Patienten (Mischtypus) hatten unzureichend auf den Startle-Ton reagiert). Dabei konnte zunächst für die Bilder mit hohem Arousal die defizitäre Startle Modulation auf positive Bilder repliziert werden. Durch die MPH-Einnahme ließ sich dieses Defizit jedoch nicht beheben. Da Conzelmann et al. (2009) lediglich beim Mischtypus und hyperaktiv-impulsiven Typus eine defizitäre Startle Modulation nachweisen konnten, wurde eine vergleichbare Auswertung für die Subgruppe der 51 ADHS-Patienten vom Mischtypus durchgeführt. Dabei unterschieden sich die Ergebnisse dieser Subgruppe im Wesentlichen nicht von der Gesamtstichprobe. Auch bei der Überprüfung der genetischen Hypothesen ließ sich keine Interaktion zwischen der Medikation und dem DRD4-7r, dem COMT Val/Met und dem DAT1-10r Polymorphismus feststellen. Die Ergebnisse zeigen zum einen eine defizitäre Startle Modulation der 61 AD(H)S-Patienten, die vergleichbar ist mit dem gezeigten Defizit von Conzelmann et al. (2009) bei Patienten des Mischtypus. Ein positiver Effekt durch die MPH-Einnahme konnte dabei ebenso wenig bestätigt werden wie eine mögliche Interaktion verschiedener dopaminerger Genpolymorphismen auf die MPH-Wirkung. Zusätzliche Studien werden zeigen, ob diese defizitäre Verarbeitung tatsächlich durch die MPH-Einnahme unbeeinflusst bleibt oder ob letztlich mittels medikamentöser Interventionen doch noch eine entsprechende Symptomverbesserung bei erwachsenen AD(H)S-Patienten zu erzielen ist.