Mechanismen der appetitiven klassischen Konditionierung und Extinktion bei gesunden Probanden

Abstract

Die appetitiven Pawlow’schen Lernmechanismen der Konditionierung, Extinktion und des Reinstatements sind von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der Entstehung, Aufrechterhaltung, Therapie und Rückfallphänomene von Abhängigkeitserkrankungen. Bislang mangelt es an Studien, die appetitive Konditionierungs- und Extinktionsprozesse im Humanmodell untersuchen, während Reinstatement-Effekte gänzlich unerforscht sind. Dieser Mangel wird gewöhnlich auf die Schwierigkeit zurückgeführt, ein geeignetes psychophysiologisches Maß zu finden, das sensitiv konditionierte Reaktionen beim Menschen erfasst. Die vorliegende Dissertation zielte daher darauf ab, die behavioralen, physiologischen und neuronalen Korrelate appetitiver Pawlow’scher Lernprozesse in gesunden Probanden zu erkunden. Studie I untersuchte die Eignung von Eyetracking-Maßen zur Abbildung konditionierter Reaktionen in appetitiven Lernparadigmen und verglich diese mit weiteren psychophysiologischen Maßen. Zusätzlich wurde geprüft, ob sich Lernprozesse anhand des Pupillenverhaltens mit Hilfe computationaler Modellierung ableiten lassen. Konditionierte Reaktionen zeigten sich durch stärkere Pupillendilatation, längere Blickverweildauer und eine kürzere Lidschlagdauer auf den belohnungsankündigenden Stimulus. Das Pearce-Hall-Modell mit aufmerksamkeitsgewichtetem Prädiktionsfehler konnte die Pupillenreaktion am besten vorhersagen. In Studie II wurde untersucht, ob sich der appetitive Reinstatement-Effekt als Modell des Rückfallgeschehens psychophysiologisch abbilden lässt und welche neuronalen Strukturen diesem Lernprozess zugrunde liegen. Ein erfolgreiches Reinstatement konnte anhand der Hautleitfähigkeitsreaktion festgestellt werden und wurde auf neuronaler Ebene durch eine erhöhte Amygdala-Aktivierung gezeigt. Die vmPFC-Aktivität korrelierte negativ mit dem beobachteten Reinstatement-Effekt der Hautleitfähigkeit. Diese Ergebnisse belegen den Wert von Eyetracking-Maßen als robuste und sensitive Indizes appetitiver Konditionierungsprozesse und weisen der Amygdala und dem vmPFC gegenläufige Funktionen bei Pawlow’schen Rückfallprozessen zu. Damit tragen die Ergebnisse zu einem größeren Verständnis von appetitiven Lernprozessen beim Menschen bei und liefern wertvolle neue Maße und Erkenntnisse, um Abhängigkeitserkrankungen besser zu untersuchen und zu verstehen.

Appetitive Pavlovian learning mechanisms like conditioning, extinction and reinstatement are of fundamental importance for the understanding of the etiology, maintenance, treatment and relapse of addiction disorders. The investigation of appetitive conditioning and extinction in humans remains sparse, while reinstatement has thus far never been successfully modeled in humans. This paucity is commonly attributed to the lack of an adequate psychophysiological measure that sensitively reflects conditioned responding. The aim of this thesis was to explore the behavioral, physiological and neural correlates of appetitive Pavlovian learning processes in healthy participants. Study I evaluated the applicability of eye-tracking measures for representing conditioned responding and compared them to further psychophysiological measures. Additionally, this study investigated whether learning mechanisms could be inferred from the pupil response using computational modeling techniques. Conditioned responding was reflected through greater pupil dilation, longer gaze duration and shorter eye blink duration on the reward-predicting stimulus. A Pearce-Hall attention-weighted model most accurately predicted the trial-by-trial pupil response. Study II examined whether appetitive reinstatement could be psychophysiologically modeled in humans and what neural structures underlie this learning process. Successful reinstatement was indicated through an enhanced skin conductance response and correlated positively with amygdala activation, while vmPFC activation correlated negatively with the reinstatement effect observed in the skin conductance response. These results emphasize the value of eye-tracking measures as robust and sensitive indices for measuring appetitive conditioning processes and assign amygdala and vmPFC opposing roles in the return of Pavlovian reinstatement processes. These results thereby contribute to our knowledge of appetitive learning mechanisms in humans and provide valuable new measures and insights for exploring and understanding addiction disorders.