Neural Correlates of Joy and Fear Evoked by Musical Stimulation: Extensive Investigations of Network Differences and Modulations by fMRI Scanner Noise, fMRI Magnetic Field Strength and a Physiological Measure of Emotional Personality

Abstract

The research conducted for the present doctoral dissertation aimed to expand the knowledge on the neural correlates of joy and fear as well as to investigate the extent to which such correlates can be influenced by fMRI magnetic field strength, fMRI scanner noise and the Eκ physiological index taken to reflect emotional personality. To this purpose, a specialized psychoacoustically balanced stimulus set comprising of happy, neutral and fearful musical excerpts was created and utilized in five fMRI experiments. The findings suggest the superficial amygdala to be the brain structure exhibiting the greatest increases in activity and centrality during joy, compared to fear. Moreover, this difference in activity is influenced by fMRI magnetic field strength, being statistically significant at 3 Tesla but not at 1.5 Tesla. Findings also suggest the auditory cortex to be significantly more active during joy than fear. Additionally to the amygdala, the auditory cortex was found to posess an important role related to the processing of emotions elicited through musical stimulation. The auditory cortex was found to exhibit emotion-specific functional connectivity with a variety of visual, parietal, and limbic/paralimbic structures. Furthermore, the centrality of the auditory cortex was found to be greater in participants with higher values of the Eκ index. The findings also suggested that together with the visual cortex, the auditory cortex is the locus of a statistical interaction effect between scanner noise and emotion.

Die im Rahmen dieser Doktorarbeit durchgeführten Studien verfolgen das Ziel, neue Erkenntnisse über die neuronalen Korrelate von Freude und Furcht zu gewinnen. Außerdem untersuchen sie die Beeinflussung dieser Korrelate durch die magnetische Feldstärke und den Lärmpegel des Magnetresonanztomographen sowie durch das physiologische Maß emotionaler Persönlichkeitsmerkmale Ek. Zu diesem Zweck wurden spezielle, psychoakustisch ausbalancierte Stimuli aus fröhlichen, neutralen und furchteinflößenden Musikausschnitten zusammengestellt und in fünf fMRT-Experimenten verwendet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Amygdala die Hirnstruktur mit der größten Zunahme an Aktivität und Zentralität während des Erlebens von Furcht im Vergleich zu Freude ist. Dieser Aktivitätsunterschied wird durch die magnetische Feldstärke des Magnetresonanztomographen beeinflusst und ist für 3 Tesla aber nicht für 1,5 Tesla statistisch signifikant. Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass der auditorische Kortex bei Freude signifikant stärker aktiviert ist als bei Furcht. Ferner scheint der auditorische Kortex neben der Amygdala eine wichtige Rolle in durch Musik evozierter emotionaler Verarbeitung zu spielen und weist eine emotionsspezifische funktionale Konnektivität mit einer Vielzahl visueller, parietaler und limbischer/paralimbischer Strukturen auf. Desweiteren gibt es einen positiven Zusammenhang zwischen der Zentralität des auditorischen Kortex' und den Werten des Ek-Index'. Die Ergebnisse zeigen zudem einen statistischen Interaktionseffekt im auditorischen Kortex (und im visuellen Kortex) zwischen dem Lärmpegel des Magnetresonanztomographen und Emotion.