Orbitofrontale EEG-Aktivierung bei Belohnung und Bestrafung

Abstract

Die Rolle des orbitofrontalen Cortex bei der Verarbeitung von Belohnung und Bestrafung war in den letzten Jahren zunehmend Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen. Die Daten-lage spricht stark für eine Beteiligung des orbitofrontalen Cortex bei der Belohnungsverarbei-tung, wozu eine Vielzahl von Studien vorliegt: Läsionsstudien, Einzelzell-Ableitungen bei Primaten und auch Studien mit den bildgebenden Verfahren PET und MRT. Die genaue Funktion des OFC bei der Belohnungsverarbeitung ist jedoch nach wie vor umstritten, wobei die Annahme gut belegt ist, dass im orbitofrontalen Cortex der Belohnungswert eines Stimu-lus repräsentiert wird.

Ein limitierender Faktor, dem PET- und fMRT-Studien unterliegen, ist die relativ schlechte zeitliche Auflösung im Sekundenbereich. Hier bietet das EEG eine ideale Ergänzung: mithilfe neuerer Lokalisationsmethoden wie der in dieser Studie verwendeten LORETA (Low resolu-tion tomography analysis) gelingt eine korrekte, wenn auch etwas verschwommene Lokalisa-tion der Quellen eines EEGs mit einer zeitlichen Auflösung im Millisekundenbereich.

Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit die Klärung der folgenden Hypothese, sowie der sich anschließenden Frage:

1\. Hypothese: Der Belohnungswert eines abstrakten Stimulus (Belohnung, Bestrafung, neutral) moduliert die orbitofrontale hirnelektrische Aktivität.

2\. Frage: In welchem Zeitbereich (in ms) nach dem Stimulus ist die vermutete (von der Belohnungswertigkeit modulierte) orbitofrontale Aktivität nachzuweisen?

Hierzu wurde eine probabilistische Variante des object reversal tests (ORT) bei einer Stich-probe von 29 gesunden Probanden verwendet. Während der Durchführung des pORT wurde ein 32-Kanal-EEG aufgezeichnet. In der Analyse der evozierten Potentiale zeigte sich bei Belohnung und Bestrafung im Vergleich zu neutral eine signifikante Reduktion der Amplitu-de des Peaks an der Elektrode Fz. In der sich anschließenden Quellenanalyse, die den Zeitbe-reich dieses Peaks umfasste (302-450 ms), fanden sich folgende Ergebnisse: Sowohl bei Be- strafung als auch bei Belohnung war nach Stimuluspräsentation im Vergleich zur Baseline signifikant höhere orbitofrontale Aktivität zu beobachten. Im statistischen Vergleich Beloh-nung versus neutral (LORETA-t-Test) fiel eine Minderaktivierung des linken orbitofrontalen Cortex bei Belohnung auf. Im statistischen Vergleich Bestrafung versus neutral konnte kein signifikanter Aktivitätsunterschied festgestellt werden.

Aufgrund der existierenden Datenlage der Literatur ist eine orbitofrontale Quelle, die bei Be-lohnung weniger stark aktiv ist im Vergleich zu neutraler Bewertung als unwahrscheinlich anzusehen. Daher wird als Interpretation der Ergebnisse folgendes vorgeschlagen: Mögli-cherweise sind im orbitofrontalen Cortex bei Durchführung des pORT zwei oder mehr Quel-len aktiv, wovon eine spezifisch den Belohnungswert eines Stimulus repräsentiert und deren Anordnung zur anderen zu einer Verminderung des Potentials auf der Kopfhaut führt.

During the last years the role of the orbitofrontal cortex (OFC) in the processing of reward and punishment has increasingly been subject of scientific studies. There is much evidence for an involvement of the orbitofrontal cortex in the processing of reward: lesion studies, single cell studies in primates and functional imaging studies such as PET and fMRI. The precise role of the orbitofrontal cortex in the processing of reward is still debated, but there is much evidence that the reward value of a stimulus is represented in the OFC.

A factor of limitation of PET and fMRI studies is the comparatively poor temporal resolution (sec range). The electroencephalogram (EEG) in contrast, has a high temporal resolution (msec range) and using new methods of localisation such as LORETA (low resolution tomography analysis) in this study, a correct, but blurred localisation can be obtained. Thus the EEG offers to be an ideal complementary method.

We intended to clarify the following hypothesis and question:

1. Hypothesis: The reward value of an abstract stimulus (reward, punishment, neutral) modulates orbitofrontal electrical activity 2. Question: When (in msec after the stimulus) does the activity we assumed occur?

To address these issues, we used a probabilistic version of the object reversal test (ORT) in a sample of 29 normal subjects. During the accomplishment of the test an EEG (32 channels) was registered. The analysis of event-related potentials showed a significant lower amplitude in reward and punishment compared to neutral feed back (electrode Fz). In source localisation we obtained in the time frame of this peak (302-450 msec) the following results: In both reward and punishment there was significant higher orbitofrontal activity after stimulus presentation compared to the baseline. LORETA-t-test showed lower activity of left orbitofrontal cortex after reward than after neutral feed back. No significant difference in activation could be found after punishment compared with neutral feed back.

Taking into account previous studies, the existence of one orbitofrontal source with lower activity after reward than after neutral feed back seems to be unlikely. Thus, we suggest the following interpretation: Possibly two or more sources in orbitofrontal cortex might be active during pORT. One of them could specifically represent the reward value of the stimulus. The localisation of these sources may decrease the potential on the scull surface.