dc.contributor.author
Klein, Nicola
dc.date.accessioned
2018-06-07T17:21:24Z
dc.date.available
2011-11-08T10:41:41.324Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/3722
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-7922
dc.description.abstract
Belohnungsassoziierte Lernprozesse lösen in kortikalen und subkortikalen
Hirnstrukturen Aktivierungen aus, die über dopaminerge und glutamaterge
Neurone vermittelt werden. In Tierversuchen können während
belohnungsankündigender und belohnungserhaltender Aufgaben schnell feuernde
Dopaminneurone in mesencephalen Regionen wie der Area ventralis tegmentalis
aktiviert werden. Mesencephale Dopaminneurone projizieren in frontale und
subkortikale Strukturen, unter anderem in das Ventrale Striatum, dessen
Aktivierung auch beim Menschen während Belohnungsaufgaben nachweisbar ist.
Diese beziehen widerum aus glutamaterg dominierten Arealen wie dem Hippokampus
und dem Gyrus Cinguli Informationen über belohnende Stimuli. Pharmakologische
Studien legen nahe, dass die belohnungsassoziierten Dopaminsignale glutamaterg
moduliert werden. Veränderungen in einem der Transmittersysteme, führen zu
einem Über- oder Unterangebot im jeweils anderen. Bei psychiatrischen
Erkrankungen wie der Schizophrenie wird bislang eine Dysregulation im
Dopaminsystem postuliert, die mit verminderten kognitiven Fähigkeiten
assoziiert ist und mit Dopaminantagonisten therapiert wird, jedoch gibt es
auch Hinweise über verminderte Glutamatkonzentrationen in
belohnungsassoziierten Hirnarealen. Wir untersuchten in einer multimodalen
Studie an der Physikalisch-technischen Bundesanstalt mit funktioneller
Magnetresonanztomografie und Magnetresonanzspektrospie 23 gesunde Probanden
auf einen Zusammenhang zwischen Aktivitäten in einem der Kernorte während des
Be-lohnungslernen, dem Nucleus Accumbens und Glutamatkonzentrationen in
Hirnregionen, die nachweislich in belohnungsassoziiertes Lernen involviert
sind. Mittels einfacher Paradigmata wie einem Gewinnspiel können beim Menschen
in vivo Belohnungsprozesse mittels funktioneller Magnetresonanztomografie
untersucht werden. Anhand eines etablierten Gewinnspielparadigma konnte die
Aktivität des Nucleus Accumbens zum Zeitpunkt der Antizipation einer möglichen
Gewinnsituation sichtbar gemacht werden. Zu diesem Zeitpunkt wird in
tierexperimentellen Studien eine dopaminerge Aktivität in dieser Region
nachgewiesen. In der gleichen Sitzung erfolgte die Magnetresonanzspektroskopie
zur Erfassung der absoluten Glutamatkonzentrationen in drei
belohnungsverarbeitungsrelevanten Arealen, dem Anterioren Cingulum, dem
Hippokampus und dem Nucleus Accumbens. Es konnte wie postuliert in der
statistischen Auswertung mittels Regressionsanalysen ein negati-ver
Zusammenhang zwischen der Glutamatkonzentration im Anterioren Cingulum und der
Aktivierung im Nucleus Accumbens während der Belohnungsantizipation
beschrieben werden (B = -1,832; T = -2,605; p = 0,017). Eine erhöhte Aktivität
im Nucleus Accumbens geht somit einer verminderter Glutamatkonzentration in
präfrontalen Regionen wie dem ACC einher. Für die Glutamatspektren des
Hippokampus und des Nucleus Accumbens ergaben sich keine signifikan-ten
Zusammenhänge mit der Antizipationsaktivität. In der Analyse der
Einflussfaktoren Raucher/Nichtraucher, Alter, Geschlecht und Bildungsstatus
konnte ein signifikanter Alterseffekt beschrieben werden (B = 0,42; T = 2,655;
p = 0,015). Je höher das Alter der Probanden, desto höher die Aktivität im NAc
während der Antizipation. Wir konnten beim Menschen die Hypothese einer
modulierenden Funktion zweier Hirnareale, die unterschiedlichen
Transmittersystemen zugeordnet werden können und in der Verarbeitung von
Belohnungen funktionell miteinander verbunden sind, untermauern.
Tierexperimentell ist ein modulierenden Einfluss der Neurotransmitter Dopamin
und Glutamat in belohnungsassoziierten Lernvorgangen bekannt. Eine sich
gegenseitig modulierende Dopamin-Glutamat-Verbindung über frontal-subkortikale
Schleifen, könnte die Pathogenese einiger psychiatrischer Erkrankungen, bei
denen bekanntermaßen eines der beiden Transmitter dysreguliert ist, neu
klären. Hieraus könnten neue Therapieansätze für Erkrankungen wie die
Schizophrenie oder Sucht-erkrankungen entstehen, bei denen bislang nur eines
der beiden Transmittersysteme als dysreguliert angenommen wurde. Der
Alterseffekt wird mit bekannten altersabhängigen Effekten im Dopaminsystem
interpretiert. Es werden entwicklungsspezifische Veränderungen diskutiert, die
bei Adoleszenten von einem unterentwickelten Dopaminsystem und
volumenveränderten subkortikalen Regionen ausgehen. SCHLAGWORTE: Dopamin,
Nucleus accumbens, Glutamat, Belohnungssystem, funktionelle
Magnetresonanztomographie, 1H-Magnetresonanzspektroskopie, monetäres
Gewinnspielparadigma
de
dc.description.abstract
Reward-related learning recruits cortical and subcortical brain areas through
dopaminergic and glutamate transmission. Animal research demonstrated that
rewarding and reward-anticipatory tasks involve fast-firing dopaminergic
neurons in the ventral tegmentum of the mesencephalon. These neurons project
into the ventral striatum where increased activity during reward-associated
experimental tasks has been shown in humans. processes are influenced by
retrieval of stored information about the reward value of stimuli via
converging projections from hippocampus and gyrus cinguli where transmission
is mainly glutamate-dependent. Pharmacological investigations also suggest a
modulation of dopaminergic reward-processing through glutamate. Alterations in
one of these transmitter-systems might produce excessive or insufficient
activity in the other. Models about psychiatric conditions such as
schizophrenia postulate a dysregulation of dopaminergic transmission causing
psychotic symptoms and cognitive decline treated with dopamine-antagonists,
yet there are indications for a pathogenic role of reduced glutamate in
reward-related brain areas. We investigated the relationship between the
activity in the nucleus accumbens and regions involved in reward-related
learning in 23 healthy subjects using a multimodal approach with BOLD-fMRI and
MR-spectroscopy. Human reward-processes can be explored using functional
imaging methods employing established experimental paradigm involving monetary
rewards in a game. We replicated results from Knutson et al. showing an
increased BOLD-signal in the nucleus accumbens during anticipation of a
monetary reward which is thought to be due to dopamine-release as indicated by
animal-research and PET-Imaging in humans. During the same session we assessed
absolute measures of glutamate concentration in the anterior cingulate cortex
(ACC), hippocampus and nucleus accumbens – structures implicated in the
processing of reward. As we hypothesized our results revealed a negative
relationship between ACC glutamate and the nucleus accumbens BOLD-signal
during anticipation of reward. Thus, increased Nac activity correlates with
decreased glutamate in prefrontal regions such as the ACC. There was no
significant correlation between glutamate in hippocampus and NACC with
anticipatory activity. Further analysis showed a significant effect or age
indicating a positive correlation of NAC BOLD activity and the age of the
subjects. In Summary our results support the hypothesis of NAC and ACC as
functionally connected brain regions both involved in processing rewards which
bear on distinct transmitter-systems. This idea has been evidenced in animal
research. Reciprocal modulation of dopamine and glutamate transmission via
frontal-subcortical circuits might add to the understanding of psychiatric
conditions such as schizophrenia or addiction where dysregulation of one of
those transmitters is widely assumed. Furthermore, a more detailed
appreciation of reciprocal processes in glutamate and dopaminergic
transmission could yield new therapeutic strategies. The finding of an age-
effect on dopamine can be interpreted in the light of studies reporting
similar results and discussing developmental changes in the dopamine-system in
adolescents.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
monetary incentive delay task
dc.subject
nucleus accumbens
dc.subject
anterior cingulate cortex
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Interaktion der Neurotransmitter Glutamat und Dopamin in
belohnungsassoziierten Hirnstrukturen bei gesunden Menschen
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. med. J. Gallinat
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. D. Rujescu, Prof. Dr. med. U. Hegerl
dc.date.accepted
2011-11-18
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000024995-2
dc.title.translated
The interaction of dopamine and glutamate neurotransmission in reward-related
brain areas in healthy subjects
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000024995
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000009968
dcterms.accessRights.dnb
free
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open access