Kognitive Funktionen beruhen auf fronto-striatalen neuronalen Verbindungen, die ihrerseits stark dopaminerg innerviert sind. Veränderungen im dopaminergen System, wie sie bei Morbus Parkinson oder der Schizophrenie beobachtet werden, gehen auch mit kognitiven Defiziten einher. Die vorliegende Dissertation trägt zum Verständnis des Zusammenhangs zwischen dopaminerger Neurotransmission und kognitiver Leistung bei. Speziell das Arbeitsgedächtnis, welches das Fundament für zahlreiche kognitive Fähigkeiten bildet und zur flexiblen Verhaltensanpassung an die Umwelt notwendig ist, ist stark von der dopaminergen Neurotransmission im präfrontalen Kortex abhängig. Eine zentrale Bedeutung des Striatums für das Arbeitsgedächtnis und weitere kognitive Funktionen ist durch die fronto-striatalen Regelkreise, die diesen Funktionen zugrunde liegen, gegeben. Studien haben bisher in Bezug auf den Zusammenhang dopaminerger Neurotransmission im Striatum und kognitiver Funktionen inkonsistente und teilweise konträre Ergebnisse gezeigt. In der vorliegenden Studie wurde an 42 gesunden, jungen Probanden die Dopaminsynthese¬kapazität im Striatum mittels Positronen-Emissions-Tomographie mit [18F]-6-Fluoro-Dihydroxyphenylalanin (FDOPA) als Liganden gemessen und zusätzlich die individuelle Arbeitsgedächtniskapazität sowie vier weitere kognitive Leistungsparameter behavioral erhoben. Getestet wurden das Kurzzeitgedächtnis, assoziatives Lernen, kognitive Flexibilität und verbale Intelligenz. Es zeigte sich ein signifikanter positiver linearer Zusammenhang zwischen der Dopaminsynthesekapazität im rechten Striatum, besonders im sensomotorischen Teil, und der Arbeitsgedächtniskapazität. Auch nach Kontrolle des Einflusses von Alter, Geschlecht und den vier weiteren kognitiven Funktionen blieb dieser Effekt signifikant. Keines der weiteren vier kognitiven Leistungsparameter (Kurzzeitgedächtnis, assoziatives Lernen, kognitive Flexibilität und verbale Intelligenz) korrelierte mit der striatalen Dopaminsynthesekapazität. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung striataler dopaminerger Neurotransmission für Funktionen des Arbeitsgedächtnisses und damit für die kognitive Kontrolle und an die Umwelt angepasstes Verhalten. Die Studie erreicht in einer post-hoc Poweranalyse eine Teststärke von etwa 0,77. In zukünftigen Studien wäre auf Grundlage dieser Untersuchung eine Replikation des Befundes in einer größeren Anzahl an Probanden interessant, sowie eine weitere Untersuchung mittels multimodaler Bildgebung, um die den kognitiven Funktionen zugrundeliegenden neuronalen Netzwerke zu identifizieren.
Cognitive functions are based on fronto-striatal neuronal connections which are strongly relying on dopaminergic neurons. Changes in the dopaminergic system, as observed in Parkinson’s Disease or Schizophrenia, are accompanied by cognitive deficits. Understanding the relation of dopaminergic neurotransmission and cognitive performance is essential for the treatment of cognitive deficits and for the comprehension of interindividual differences in cognitive performance. Working memory, being fundamental for numerous cognitive functions and for adjusting behavior to the environment, is especially dependent on dopaminergic neurotransmission in the prefrontal cortex (PFC). Because of fronto-striatal connections linking the PFC with the striatum, both regions are of great significance for working memory and other cognitive functions which are based on these connections. Nevertheless, studies investigating the relation of striatal dopaminergic neurotransmission and cognition revealed rather inconsistent and partly contrary results. In this study 42 healthy young participants were examined with positron-emission-tomography (PET) using [18F]-6-Fluoro-Dihydroxyphenylalanin (FDOPA) as a tracer. Striatal dopamine synthesis capacity was estimated and tested for associations with performance in a digit span task measuring working memory capacity and with four other cognitive parameters including short-term memory, associative learning, flexible switching and verbal intelligence. Digit span correlated positively with the individual dopamine synthesis capacity in the right striatum, especially in the sensorimotor subregion. This correlation remained significant after controlling for age, sex and the performance in the other four cognitive tasks. There were no significant correlations between the other four cognitive domains and striatal dopamine synthesis capacity. These findings emphasize the importance of striatal dopaminergic neurotransmission for working memory functioning and therefore for cognitive control and behavioral adjustment. As a limitation, this study reaches a post-hoc power of only 0.77. Analysis revealed that the sample size was too low. Future studies need to investigate this hypothesis with more participants and should also combine and complement PET with functional imaging to identify neuronal correlates of cognition and their relation to the dopaminergic system.
