Neural alterations of fronto-striatal circuitry during reward anticipation in euthymic bipolar disorder

Abstract

Background: Bipolar disorder (BD), with the hallmark symptoms of elevated and depressed mood, is thought to be characterized by underlying alterations in reward-processing networks. However, to date the neural circuitry underlying abnormal responses during reward processing in BD remains largely unexplored. The aim of this study was to investigate whether euthymic BD is characterized by aberrant ventral (VS) activation patterns and altered connectivity with the prefrontal cortex in response to monetary gains and losses. Methods: During fMRI 20 euthymic BD patients and 20 age-, gender-, and IQ-matched healthy controls completed a monetary incentive delay paradigm, to examine neural processing of reward and loss anticipation. A priori defined regions-of- interests (ROIs) included the VS and the anterior prefrontal cortex (aPFC). Psychophysiological interactions (PPIs) between these ROIs were estimated and tested for group differences for reward and loss anticipation separately. Results: BD participants, relative to healthy controls, displayed decreased activation selectively in the left and right VS during anticipation of reward, but not during loss anticipation. PPI analyses showed decreased functional connectivity between the left VS and aPFC in BD patients compared to healthy controls during reward anticipation. Conclusions: This is the first study showing decreased VS activity and aberrant connectivity in the reward- processing circuitry in euthymic, medicated BD patients during reward anticipation. Our findings contrast with research supporting a reward hypersensitivity model of BD, and add to the body of literature suggesting that blunted activation of reward processing circuits may be a vulnerability factor for mood disorders.

Hintergrund: Die bipolare affektive Störung (BD) mit ihrer Kernsymptomatik von Phasen erhöhter beziehungsweise depressiver Stimmung, steht in Verdacht durch Veränderungen von neuronalen Netzwerken, die an der Belohnungsverarbeitung beteiligt sind, gekennzeichnet zu sein. Nichtsdestotrotz sind die Zusammenhänge neuronaler Netzwerke, die an Belohnungsprozessen beteiligt sind, wenig untersucht. Das Ziel der vorliegenden Studie war es zu untersuchen, ob veränderte Aktivierungsmuster des ventralen Striatums sowie eine veränderte Konnektivität mit dem präfrontalen Cortex während Belohnungsprozessen in Form von monetären Gewinnen und Verlusten, bei euthymen Probanden mit bipolarer affektiver Störung vorliegen. Methode: 20 euthyme Probanden mit bipolarer affektiver Störung sowie 20 alters-, geschlechts- und IQ-gematchte gesunde Kontrollen unterliefen funktioneller Magnetresonanztomografie-Messungen während eines monetären Belohnungsparadigmas, um neuronale Prozesse während der Antizipation von Gewinnen bzw. Verlusten zu untersuchen. A priori definierte Regionen (Regions-of-interests) umfassten das ventrale Striatum sowie den anterioren präfrontalen Cortex. Psychophysiologische Interaktionen (PPI) zwischen diesen Regionen wurden geschätzt und auf Gruppenunterschiede bezüglich Gewinn- und Verlustantizipation separat getestet. Ergebnisse: Probanden mit bipolarer affektiver Störung zeigten im Vergleich mit gesunden Kontrollen eine verminderte Aktivierung im linken und rechten Striatum während der Antizipation von Belohnung, aber nicht von Verlusten. Psychophysiologische Interaktionsanalysen zeigten eine verminderte funktionelle Konnektivität zwischen dem linken ventralen Striatum und dem anterioren präfrontalen Cortex bei Probanden mit bipolarer affektiver Störung im Vergleich mit gesunden Kontrollen während der Antizipation von Belohnung. Schlussfolgerung: Hierbei handelt es sich um die erste Studie, die eine verminderte Aktivität des ventralen Striatums und eine veränderte Konnektivität in den neuronalen Netzwerken unter der Antizipation von Belohnung bei euthymen, medizierten Probanden mit bipolarer affektiver Störung zeigt. Unsere Ergebnisse kontrastieren bisherige Studien, die ein Belohnungs-Hypersensitivitäts-Model der bipolaren affektiven Störung annahmen und unterstreichen bisherige Studienergebnisse, die eine verminderte Aktivierung in belohnungsassoziierten neuronalen Netzwerken bei der bipolaren affektiven Störung insbesondere bei unmedizierten Probanden als Vulnerabilitätsfaktor zeigen konnten.