Veränderungen der Belohnungsverarbeitung bei Alkoholabhängigkeit

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1 Veränderungen der Belohnungsverarbeitung bei Alkoholabhängigkeit Dr. Christian Bellebaum Institut für Kognitive Neurowissenschaft, Ruhr-Universität Bochum IDIKOS III Interdisziplinäres Kolloquium Sucht Bochum, 19. Februar 2009

2 Überblick Allgemeine Einleitung neuronale Verarbeitung von Belohnungsreizen und belohnungsabhängiges Lernen Veränderungen der Belohnungsverarbeitung bei Alkoholabhängigkeit aktuelle Befunde laufende Studie: Belohnungsbasiertes Lernen bei Alkoholabhängigkeit

3 belohnungsbasiertes Lernen Lernen von positivem oder negativem Feedback Prinzipien operanter Konditionierung Verhalten, das von positiven Konsequenzen begleitet wird, nimmt an Häufigkeit zu negative Konsequenzen - Häufigkeit des Verhaltens nimmt ab Lernen: Assoziation von Verhalten und Konsequenzen

4 belohnungsbasiertes Lernen Lernen von positivem oder negativem Feedback Rescorla-Wagner-Modell (1972): Lernen hängt von der Diskrepanz zwischen erwarteten und tatsächlichen Konsequenzen ab kein Lernen, wenn die Konsequenzen bereits perfekt vorhergesagt werden Der Prediction Error positiv negativ Schultz, Nat. Rev. Neurosci., 2000

5 belohnungsbasiertes Lernen Belohnungsabhängige Signale im Gehirn mesolimbisches Belohnungssystem Dopamin (DA)-Neurone Striatum ACC orbitofrontaler Cortex

6 belohnungsbasiertes Lernen Verschiedene Arten belohnungsabhängiger Signale DA-Neurone: Striatum:» Aktivität spiegelt den pos. oder neg. Prediction Error wider Lernsignal : Neuronale Signale kodieren wieviel bei dem gemeinsamen Auftreten von Verhalten und Belohnung gelernt wird» bewegungsabhängige Aktivität wird moduliert durch Belohnung Verbindung von Verhalten und Konsequenzen orbitofrontaler Cortex:» Neurone kodieren relative Belohnungspräferenz und integrieren verschiedene belohnunsgbezogene Variablen wie belohnend ist die Belohnung? Warum des Verhaltens (Schultz et al., 2000)

7 belohnungsbasiertes Lernen Verstärker primäre Verstärker: Nahrung, Flüssigkeit etc. Leistungsrückmeldung: richtig vs. falsch sekundäre Verstärker: z.b. Geld

8 Aktivierung des ventralen Striatums durch primäre und sekundäre Verstärker Fruchtsaft Wasser Geld Lob (Review Knutson und Cooper, 2005) - Alkohol! (Gilman et al., 2008)

9 belohnungsbasiertes Lernen Effekt der Belohnungsgröße Aging affects acquisition and reversal of reward-based associative learning. Julia Weiler, Christian Bellebaum, Irene Daum. Learning & Memory, 2008

10 belohnungsbasiertes Lernen Lernaufgabe: experimenteller Ablauf in einem Durchgang Zeit Entscheidung Weiler J, Bellebaum C, Daum I. Learn Mem. 2008

11 belohnungsbasiertes Lernen Umkehrlernen Akquisition grün rot probabilistisches Lernen: Belohnung nur in 80% der Durchgänge Weiler J, Bellebaum C, Daum I. Learn Mem. 2008

12 90 belohnungsbasiertes Lernen Effekt der Belohnungsgröße: Ergebnisse 80 percent correct Weiler J, Bellebaum C, Daum I. Learn Mem. 2008

13 belohnungsbasiertes Lernen Effekt der Belohnungsgröße je größer die (monetäre) Belohnung, desto größer der Lernzuwachs Ältere mit Beeinträchtigungen im belohnungsabhängigen Lernen zeigen nur bei höheren Belohnungen einen Lernzuwachs, der dem bei Jüngeren vergleichbar ist. Weiler J, Bellebaum C, Daum I. Learn Mem. 2008

14 Ventrales Striatum als zentrale Schaltstelle für Belohnungsassoziationen O Doherty et al. (2004) instrumentelle Konditionierung klassische Konditionierung Aktivität im Zusammenhang mit Prediction Error im ventralen Striatum dorsalen Striatum ventrales Striatum: Stimulus Belohnungs Assoziationen dorsales Striatum: Stimulus Reaktions - Belohnungs Assoziationen

15 Lernen aus positiven und negativen Rückmeldungen Seymour et al. (2007): Aktivität im mittleren/dorsalen Striatum spiegelt negativen Prediction Error wider Aktivität im ventralen Striatum assoziiert mit positivem Prediction Error Patienten mit umschriebenen Läsionen im dorsalen Striatum Defizite beim Umkehrlernen (Bellebaum et al., 2008)

16 Frank et al., 2004: Doppelte Dissoziation bei Parkinson-Patienten on und off Medikation neue Kombinationen: A... B... PD-off lernen besser von negativem PD-on besser von positivem Feedback

17 Veränderungen von Struktur und/oder Funktion des Belohnungssystems bei Alkoholabhängigkeit akute Wirkungen von Alkohol vs. Belohnungsverarbeitung bei Patienten mit einer Abhängigkeitserkrankung alkoholassoziierte Reize aktivieren Teile des Belohnungssystems (z.b. Heinz et al., 2004) Sie können als konditionierte Stimuli zu verstärktem Alkoholkonsum führen chronischer Alkoholkonsum führt zu einer Anpassungsreaktion des Belohnungssystems Auswirkungen auf die Verarbeitung von konventionellen Belohnungen?

18 Wrase et al., 2007: Veränderungen belohnungsbezogener Aktivität bei Alkoholabhängigkeit 16 männliche alkoholabhängige Patienten 16 gesunde Kontrollpersonen Messung neuronaler Aktivität während der monetary incentive delay task (s.u.) im Zusammenhang mit alkoholassoziierten und neutralen Stimuli Zusammenhang mit craving

19 Wrase et al., 2007: Veränderungen belohnungsbezogener Aktivität bei Alkoholabhängigkeit - stärkere Aktivierung des ventralen Striatums bei nicht-alkoholikern im Zusammenhang mit der Erwartung von monetärem Gewinn oder Verlust - negative Korrelation zwischen striataler Aktivität und craving bei Alkoholikern - größere Aktivierung des rechten ventralen Striatums als Reaktion auf alkoholassoziierte im Vergleich zu neutralen Stimuli bei Alkoholikern, aber nicht bei gesunden Kontrollpersonen - positive Korrelation mit craving bei Alkoholikern

20 Wrase et al., 2007: Diskussion reduzierte Aktivität des ventralen Striatums bei monetärer Belohnung (oder Bestrafung) und erhöhte Aktivität bei alkoholassoziierten Stimuli korrelieren mit Craving keine generell reduzierte Aktivierung des Belohnungssystems Alkoholismus lenkt motivationale Ressourcen weg von konventionellen Verstärkern hin zu alkoholassoziierten Stimuli erhöhte Anfälligkeit für Rückfälle Langzeitfolgen chronischen Alkoholismus im ventralen Striatum geringere präsynaptische Dopamin-Produktion geringere Dichte und Funktionalität von D2-Rezeptoren verringerte Fähigkeit auf (neue) Belohnungsreize zu reagieren Implikationen für belohnungsabhängiges Lernen?

21 Laufende Studie: Belohnungsbasiertes Lernen bei Patienten mit Alkoholabhängigkeit Effekte monetärer und alkoholassoziierter Belohnungen Daniel Jokisch 1, Christian Bellebaum 1, Martin Brüne 2, Georg Juckel 2, Irene Daum 1 1 Institut für Kognitive Neurowissenschaft, Abteilung Neuropsychologie, Ruhr-Universität Bochum 2 LWL-Klinik, Ruhr-Universität Bochum

22 Laufende Studie: Patienten und Kontrollpersonen bisher untersucht 13 abstinente Patienten (6 Frauen, 7 Männer, 47 Jahre (SD=8)) keine neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen kein weiterer Substanzmissbrauch 13 gesunde Kontrollpersonen (6 Frauen, 7 Männer, 45 Jahre (SD=8)) gematched nach Alter und IQ neuropsychologische Hintergrundvariablen Arbeitsgedächtnis Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit/kognitive Flexibilität

23 Laufende Studie: Lernaufgabe Zeit Entscheidung

24 Umkehrlernen Akquisition grün rot probabilistisches Lernen

25 Laufende Studie: vorläufige Ergebnisse Akquisition % Richtige Kontrollpersonen Patienten * Block * Block x Belohnung Block

26 Laufende Studie: vorläufige Ergebnisse Umkehrlernen 80 Kontrollpersonen Patienten % Richtige (*) Block Block

27 Laufende Studie: Diskussion mehr Probanden! erstaunlich gute Lernleistung der Patienten für monetäre Belohnung niedriger Dopamin-Level - Lernen aus negativem Feedback? erstaunlich schlechte Lernleistung für alkoholassoziierten Stimulus Anreizcharakter? deklarative Komponente soziale Erwünschtheit? signifikant schlechter als Zufallsniveau? Subgruppen/Einzelfälle?

28 Gesamtdiskussion Neuronale Verarbeitung von Belohnungsreizen bei Alkoholabhängigen reduzierte neuronale Reaktion auf konventionelle Belohnungsreize reduzierte neuronale Reaktion auf Gabe von Methylphenidat geht einher mit reduzierter subjektiv belohnender Wirkung (Volkow et al., 2007) größere Mengen notwendig, um den gleichen Effekt zu erzielen aber: erhöhte neuronale Reaktion bei alkoholassiziierten Stimuli Volkow et al. (2007) Projektionen aus dem präfrontalen Cortex modulieren Aktivität von Dopamin Neuronen im Mittelhirn bei Alkoholikern: Entkopplung kein modulierender Einfluss Implikationen für Prognose/Therapie?! Dopamin-Anstieg

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit