Belohnungsassoziiertes Lernen und kortikale Dicke bei Patienten mit Morbus Alzheimer

Abstract

Theoretischer Hintergrund und Ziel der Studie: Die zerebrale Belohnungsverarbeitung ist essentiell für Verhaltenssteuerung und zielgerichtetes Handeln. Empirische Untersuchungen weisen sowohl im tier- als auch humanexperimentellen Bereich auf eine kritische Involvierung des orbitofrontalen Kortex (OFC) in Prozesse des belohnungsassoziierten Lernens hin. Die Frage, ob Atrophien des OFC als Teil des zerebralen Belohnungssystems eine Rolle bei Patienten mit Alzheimer-Demenz (AD) spielen, ist derzeit noch unklar. Studien an Patienten mit AD liefern jedoch erste Beschreibungen zu Veränderungen in dieser Hirnregion (z.B. Präfrontaler Kortex: Salat, Kaye und Janowsky, 2001; Tau-Ablagerungen im OFC: Van Hoesen, Parvizi und Chu, 2000) im Vergleich zu gesunden Personen. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, belohnungsassoziiertes Lernen bei Patienten mit AD im Vergleich zu alters- und bildungsübereinstimmenden Kontrollpersonen zu untersuchen, Unterschiede bezüglich kortikaler Dicke, v.a. im Bereich des OFC, zu überprüfen sowie Zusammenhänge zwischen belohnungsassoziiertem Lernen auf Verhaltensebene und den hirnstrukturellen Daten zu betrachten. Methodik: Insgesamt konnten 33 Patienten mit AD, sechs Patienten mit Depression sowie 38 Kontrollpersonen (KG) in zwei Pilotstudien und eine Hauptuntersuchung eingeschlossen werden. Die Probanden wurden anhand von halbstrukturierten Interviews auf psychiatrische Störungen hin untersucht. Kognitive Leistung wurde mittels neuropsychologischer Testbatterie, belohnungsassoziiertes Lernen mit Hilfe des probabilistic Object Reversal Task (pORT; Reischies, 1999), einem Umlernparadigma, erfasst. Die kortikale Dicke konnte über strukturelle Magnetresonanztomographie und anschließende Hirnrekonstruktion bestimmt werden. Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigten erwartungsgemäß deutliche Gruppenunterschiede in der kognitiven Leistung und im belohnungsassoziierten Lernen, keine Unterschiede in der Dicke des gesamten Kortex, mittlere bis starke Effekte bezüglich signifikanter Differenzen in der kortikalen Dicke des OFC und einige Zusammenhänge zwischen belohnungsassoziiertem Lernen und den untersuchten OFC-Strukturen, v. a. laterale und mediale Anteile bei Patienten mit AD bzw. laterale und frontale Anteile bei der KG. Diskussion: In bisherigen Studien wurden in Bezug auf das Störungsbild der AD vor allem Gedächtnisdefizite in Assoziation zu temporalen und temporoparietalen Hirnstrukturen berichtet. Die vorliegende Arbeit liefert jedoch Hinweise, dass bereits in frühen Stadien der AD ein Abbau der kortikalen Dicke orbitofrontaler Strukturen beobachtbar ist. Insbesondere mediale und laterale Anteile konnten für Patienten mit AD in Zusammenhang mit Defiziten im belohnungsassoziierten Lernen gebracht werden, was für Schwierigkeiten in der Unterdrückung zuvor belohnter Reaktionen sowie in der Assoziation zuvor nicht belohnter mit aktuell belohnten Stimuli sprechen könnte. Die Ergebnisse stehen in Einklang mit behavioralen und funktionalen Befunden zu alters- und krankheitsbedingt eingeschränktem Belohnungslernen. Für differenziertere Interpretationen der Ergebnisse sind weiterführende Untersuchungen an größeren Stichproben unerlässlich.

Background and Objectives: Cerebral reward processing is essential in behavioural control and goal-directed behaviour. Empirical findings indicate that the orbitofrontal cortex (OFC) is critically involved in reward-dependent learning. The role of atrophies in the OFC as part of the cerebral reward system in patients with Alzheimer’s disease (AD) remains unclear. Few studies have reported on patients with changes in this region of the brain (e.g. prefrontal cortex: Salat et al., 2001; Tau deposition in the OFC: Van Hoesen et al., 2000) compared to healthy control participants. The purpose of the presented work was therefore to examine reward-dependent learning in patients with AD as well as in both age-matched and education-matched control participants, to examine differences in cortical thickness, particularly in the OFC, and the relationship between reward-dependent learning on a behavioural level and brain imaging data. Methods: A total of 33 patients with AD, six patients with depression, and 38 control participants were included in two pilot studies and the main study. All participants were interviewed for psychiatric disturbances. Cognitive performance was assessed by a neuropsychological test battery; reward-dependent learning by a probabilistic object reversal task (pORT; Reischies, 1999). Cortical thickness was determined using structural magnet resonance tomography and subsequent brain reconstruction. Results: As expected the results showed significant group differences with regard to cognitive performance and reward-dependent learning, however no differences in the thickness of the entire cortex, moderate to strong effects for significant differences in OFC thickness and some correlations between reward-dependent learning and OFC structures were found, particularly in the lateral and medial regions in patients with AD and in the lateral and frontal regions in control participants respectively. Discussion: Many previous studies mainly focused on memory dysfunctions with regard to AD and reported associations to temporal and temporoparietal brain structures. This work however suggests a decline in cortical thickness of orbitofrontal areas in early stages of AD. The medial and lateral regions were found to correlate with deficits in reward-dependent learning, which may implicate difficulties to suppress previously rewarded reactions as well as in associating previously unrewarded stimuli with currently rewarded ones. The results are in line with behavioral and fMRI data on disturbed reward learning due to age or pathological processes. Further studies on larger samples are necessary in order to interpret the presented findings properly.