Cognitive regulation effects on neural responses to reward and drug- conditioned cues in healthy participants and current smokers

Abstract

To have satisfying and rich social, professional, or inner lives, we have to be able to produce and express positive feelings. Sometimes however, we have to regulate immediate positive feelings in order to be able to pursue “better” actions, that is, actions that will lead to delayed beneficial outcomes or avoid detrimental ones. Thus, emotion regulation (ER) contributes to the preservation of mental and bodily health. Conversely, the inability to regulate pathological desire for rewarding drugs is a central characteristic of addictive disorders such as nicotine addiction. In this dissertation, I used functional magnetic resonance imaging to investigate three important questions: (a) Is the ER strategy of distancing suited to regulate reward- related desire and motivation as well as neural signals that underlie the computation of reward? (b) What are the neural processes that underpin successful regulation of reward? (c) Can smokers learn to use ER to successfully regulate both craving and neural smoking cue responses? In study I, I show that healthy subjects are able to use ER to diminish feelings of reward anticipation and pleasure in the context of monetary reward. Furthermore, I demonstrate that ER diminishes ventral striatal signals that underlie the expectation (i.e., expected value [EV] signals) and evaluation (i.e., prediction error [PE] signals) of reward. These results suggest that healthy subjects that are willing to modify disagreeable reward-related behavior—for instance, the excessive consumption of sweets—may use ER to reduce EV signals pertaining to reward predicting cues (e.g., the sight of a chocolate bar) and may thus diminish their craving for reward. Furthermore, the ER effects on reward PE suggest that during the consumption of reward, subjects can influence how much pleasure they experience. In study II, I show that distancing from monetary reward also diminishes behaviorally measurable motivation to obtain reward. Moreover, I provide evidence that in the putamen reward motivation is converted into action and that ER prevents such conversion via modulation of the putamen. Finally, I demonstrate that successful regulation of neural EV encoding is partly mediated by DLPFC modulation of the putamen. In sum, the results of study II show that ER can reduce behavioral and neural markers of the motivation to obtain reward. Furthermore, the results shed further light on the mechanisms of prefrontal- subcortical interactions during ER. In study III, I can show that both satiated and overnight abstinent smokers can use ER to regulate craving for smoking when they are exposed to smoking cues in a safe laboratory environment. Moreover, degree of nicotine dependence does not impair this ability to regulate craving via ER. At the neural level, I demonstrate that ER reduces neural responses to smoking cues in smoking status-independent (VMPFC) as well as in abstinence-specific (caudate, amygdala, and subgenual ACC) brain regions. However, I also show that in the left caudate, ER-related reductions of smoking cue responses decreased with increasing degree of nicotine dependence. In sum, the results of study III suggest that smokers can really be trained to use ER skills to control craving for smoking as well as neural smoking cue responses in addiction-relevant areas. Future studies have to investigate whether such effects are replicable under field conditions, where smoking cues are omnipresent and cigarettes available.

Die Fähigkeit positive Gefühle hervorzubringen und auszudrücken ist eine unerlässliche Voraussetzung für ein befriedigendes Sozial-, Berufs-, oder Innenleben. Ab und zu ist es jedoch notwendig, positive Gefühle herunterzuregulieren, um Handlungen zu verfolgen, die langfristig vorteilhaftere Ergebnisse einbringen oder schädliche vermeiden. Die Fähigkeit der Emotionsregulation (ER) trägt also zur Bewahrung der körperlichen und seelischen Gesundheit bei. Umgekehrt ist es ein charakteristisches Merkmal von Suchterkrankungen, dass die Betroffenen ihr pathologisches Verlangen nach der Droge nicht regulieren können. In dieser Dissertation untersuchte ich mittels funktioneller Magnetresonanztomographie drei Fragestellungen: (a) Ist die ER Strategie des Distanzierens dazu geeignet, belohnungsbezogenes Verlangen und neuronale Signale zu modulieren, die zur Berechnung von Belohnung beitragen? (b) Welches sind die neuronalen Prozesse, die der erfolgreichen ER zugrunde liegen? (c) Können Raucher ER dazu benutzen ihr Rauchverlangen und Rauchhinweisreiz (RHR) bezogene Hirnaktivierungen zu mindern? Studie I belegt, dass ER bei Gesunden zu einer Verminderung von Vorfreude und Freude angesichts finanzieller Belohnungen führt. Des Weiteren führt Distanzieren zu einer Verminderung von ventralen striatalen Signalen, die der Belohnungserwartung (Erwartungswert, EW) und der Belohnungsevaluierung (Prädiktionsfehler, PF) zugrunde liegen. Die Ergebnisse legen nahe, dass Gesunde, die unliebsames Verhalten (z. Bsp. der übermäßige Konsum von Süßigkeiten) verändern möchten, ER dazu verwenden können, EW Signale von Belohnungsreizen (z. Bsp. der Anblick eines Schoko-Riegels) zu modulieren und ihr Verlangen zu mindern. Die Effekte auf PF Signale suggerieren, dass Gesunde mittels ER beeinflussen können, wie viel Freude sie während des Konsums empfinden. In Studie II zeige ich, dass Distanzieren von finanziellen Belohnungen auch zu einer Reduktion von behavioral messbarer Motivation führt. Darüber hinaus belege ich, dass belohnungsbezogene Motivation im Putamen in Handlung umgesetzt wird, und dass ER diese Umwandlung zeitweilig unterbindet. Schließlich demonstriere ich, dass die erfolgreiche Modulation von EW Signalen mittels ER teilweise auf eine Modulierung des Putamen seitens des DLPFC zurückzuführen ist. Die Ergebnisse zeigen, dass ER neuronal und behavioral messbare, belohnungsbezogene Motivation mindert. Weiterhin erhellen die Ergebnisse die Natur präfontal- subkortikaler Interaktionen während der ER. In Studie III schließlich belege ich, dass saturierte und abstinente Raucher im Labor während der Präsentation von RHR per ER ihr Rauchverlangen mindern können, eine Fähigkeit, die nicht negativ durch die Schwere der Nikotinabhängigkeit beeinflusst wird. Im Gehirn führt ER zu einer Reduktion von RHR bezogenen Aktivierungen in Status unabhängigen (VMPFC) und in Abstinenz spezifischen (Caudatus, Amygdala, subgenualer ACC) Arealen. Allerdings zeige ich auch, dass im linken Caudatus ER induzierte Aktivierungsminderungen mit der Schwere der Nikotinabhängigkeit abnehmen. Zusammengenommen legen die Befunde nahe, dass Raucher tatsächlich trainiert werden können, mittels ER ihr Rauchverlangen sowie RHR bezogene Aktivierungen in suchtrelevanten Hirnarealen herunterzuregulieren. Zukünftige Studien müssen prüfen, ob die Laboreffekte einer Prüfung im Feld standhalten, wo RHR allgegenwärtig und Zigaretten ständig verfügbar sind.