Strukturelle Veränderungen des Gehirns in Verbindung mit der Inhibitionskontrolle bei Alkoholabhängigkeit: oder: Decreased gray matter volume in inferior frontal gyrus is related to stop-signal task performance in alcohol dependent patients

Abstract

Verhaltensstudien zeigen, dass es bei alkoholabhängigen Patienten (ADP) eine automatische Tendenz gibt, sich Alkohol anzunähern (Alkoholannäherungs-bias). Man weiß wenig über die Prozesse im Gehirn, die dieser automatischen Annäherung bei der Sucht unterliegen. “Cognitive bias modification“ (CBM) Training, welches einen Annäherungs-bias herunterregulieren kann, reduziert bei ADP das Craving nach Alkohol sowie die Rückfallraten. Somit untersuchten wir die Effekte dieses Trainings mittels Reizantworten bei ADP. Zusätzlich soll eine Beeinträchtigung der Inhibitionskontrolle einen Einfluss auf den habituellen Alkoholkonsum haben. Es konnte gezeigt werden, dass ADP einen Verlust der grauen Substanz des Gehirnes (GMV) besonders in präfrontalen Regionen aufweisen, welche wiederum mit der Inhibitionskontrolle assoziiert sind. Wir evaluierten, ob diese präfrontalen GMV-Reduktionen im Gehirn mit dem Verlust der Inhibitionskontrolle bei der Alkoholabhängigkeit vergesellschaftet sind. Wir untersuchten dazu 32 abstinente ADP und 21 gesunde Kontrollen mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI) während einer Annäherungs-/Vermeidungsaufgabe (approach-avoidance task; AAT). Die ADP erhielten entweder ein CBM oder Sham-Training. Die Reizantwort auf Alkohol wurde mittels fMRI vor und nach dem Training gemessen. Unterschiede im lokalen GMV zwischen beiden Gruppen wurden durch den Mittelwert mit voxel-based morphometry (VBM) bestimmt. Anschließend wurden die gemittelten lokalen GMV- Verminderungen extrahiert und nur bei den ADP mit einem Verhaltenstest, der Stop-signal task (SST) korreliert. Im Vergleich zu den gesunden Kontrollen wiesen die ADP auf Verhaltensebene einen stärkeren Annäherungs-bias bei Reizen verbunden mit Alkohol auf. Es zeigten sich bei den ADP im Alkoholannäherungs- Kontrast stärkere blood-oxygen-level-dependent (BOLD)-Aktivierungen im Nucleus accumbens und dem medialen präfrontalen Kortex. Außerdem korrelierten die Alkohol-Craving-Scores positiv mit der Aktivität in der Amygdala. Vor dem Training wurde eine alkoholbezogene Aktivität bilateral in der Amygdala beobachtet. Diese korrelierte mit dem Craving und den Erregungsskalen für Alkoholstimuli. Nach dem Training zeigte die CBM-Training-Gruppe mehr Reduktionen in einer reizabhängigen Aktivierung der bilateralen Amygdala und in behaviorellen Erregungsskalen von Alkoholbildern als die Gruppe mit dem Sham-Training. Wir fanden heraus, dass sich – verglichen mit den gesunden Kontrollen – bei den ADP eine GMV-Verminderung im linken, unteren frontalen Gyrus (IFG) befindet. Außerdem korrelierte das mittlere lokale GMV in dieser Region positiv mit der Reaktionszeit der “Go“-Aufgaben in der SST bei den ADP. Unsere Ergebnisse suggerieren, dass Gehirnregionen, die eine Schlüsselfunktion im Belohnungs- und Motivationssystem haben, mit dem automatischen Alkoholannäherungs-bias bei ADP assoziiert sind. CBM Training wirkt sich auf eine alkoholbezogene, reizinduzierte Gehirnaktivität im mesolimbischen System aus. Verminderungen in neuronalen Antwortprozessen könnten somit mit einer therapeutischen Effektivität gekoppelt sein. GMV-Verminderungen im IFG bei ADP sind mit einem impulsiveren Verhalten bei der SST assoziiert.

Behavioral studies have shown an alcohol-approach bias in alcohol-dependent patients (ADP): there is an automatic tendency to faster approach than avoid alcohol. Little is known about the brain processes underlying automatic action tendencies in addiction. Cognitive bias modification (CBM) training, which aims to retrain approach biases, has been shown to reduce alcohol craving and relapse rates. We investigated effects of this training on cue reactivity in ADP. Impairment in inhibitory control has been proposed to contribute to habitual alcohol use. Moreover, ADP have shown a loss of gray matter volume (GMV) in the brain, specifically in prefrontal areas, which are also associated with response inhibition. We evaluated whether prefrontal GMV reduction is related to response inhibition in alcohol dependence. We examined 32 abstinent ADP and 21 healthy controls (HC) with fMRI, while performing an implicit AAT. The ADP received either CBM training or sham training. Alcohol cue reactivity was measured with functional magnetic resonance imaging (fMRI) before and after training. Differences in local GMV between ADP and HC were assessed by means of voxel-based morphometry (VBM). Moreover, mean local GMV reductions were extracted and correlated with behavioral performance on the Stop-signal task (SST) in ADP only. In comparison with HC, ADP had stronger behavioral approach tendencies for alcohol cues than for soft-drink cues. In the approach-alcohol fMRI contrast ADP showed larger blood-oxygen-level- dependent (BOLD) responses in the Nucleus accumbens and medial prefrontal cortex and alcohol-craving scores were positively correlated with activity in the amygdala. Before training, alcohol cue-evoked activation was observed in the Amygdala bilaterally. Activation in the amygdala correlated with craving and arousal ratings of alcohol stimuli. After training, the CBM group showed greater reductions in cue-evoked activation in the amygdala bilaterally and in behavioural arousal ratings of alcohol pictures, compared with the sham training group. We found a decreased GMV in the left inferior frontal gyrus (IFG) in ADP compared to HC. Further, mean local GMV in this area correlated positively with reaction times on Go trials during the SST in ADP. Our data suggest that brain regions that have a key role in reward and motivation are associated with the automatic alcohol-approach bias in ADP. CBM affects alcohol cue-induced mesolimbic brain activity. Reductions in neural reactivity may be a key underlying mechanism of the therapeutic effectiveness of this training. GMV losses in the IFG in ADP are related to more impulsive behavior on the SST.