Bellebaum Belohnungsverarbeitung IDIKOS III

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Veränderungen der Belohnungsverarbeitung
bei Alkoholabhängigkeit
Dr. Christian Bellebaum
Institut für Kognitive Neurowissenschaft, Ruhr-Universität Bochum
IDIKOS III – Interdisziplinäres Kolloquium Sucht
Bochum, 19. Februar 2009
IDIKOS III, Bochum, 19.02.2009 – Dr. Christian Bellebaum
Überblick
• Allgemeine Einleitung
– neuronale Verarbeitung von Belohnungsreizen und
belohnungsabhängiges Lernen
• Veränderungen der Belohnungsverarbeitung bei
Alkoholabhängigkeit
– aktuelle Befunde
– laufende Studie: Belohnungsbasiertes Lernen bei
Alkoholabhängigkeit
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belohnungsbasiertes Lernen
Lernen von positivem oder negativem
Feedback
• Prinzipien operanter Konditionierung
– Verhalten, das von positiven Konsequenzen
begleitet wird, nimmt an Häufigkeit zu
– negative Konsequenzen Häufigkeit des Verhaltens
nimmt ab
– Lernen: Assoziation von Verhalten und Konsequenzen
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belohnungsbasiertes Lernen
Lernen von positivem oder negativem
Feedback
Rescorla-Wagner-Modell (1972):
Lernen hängt von der Diskrepanz zwischen erwarteten und
tatsächlichen Konsequenzen ab
kein Lernen, wenn die Konsequenzen bereits perfekt
vorhergesagt werden
Der „Prediction Error“
positiv
negativ
Schultz, Nat. Rev. Neurosci., 2000
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belohnungsbasiertes Lernen
Belohnungsabhängige Signale im Gehirn
mesolimbisches
Belohnungssystem
–
–
–
–
Dopamin (DA)-Neurone
Striatum
ACC
orbitofrontaler Cortex
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belohnungsbasiertes Lernen
Verschiedene Arten
belohnungsabhängiger Signale
•
DA-Neurone:
» Aktivität spiegelt den pos. oder neg. „Prediction Error“ wider
„Lernsignal“: Neuronale Signale kodieren „wieviel“ bei
dem gemeinsamen Auftreten von Verhalten und Belohnung
gelernt wird
•
Striatum:
» bewegungsabhängige Aktivität wird moduliert durch Belohnung
Verbindung von Verhalten und Konsequenzen
•
orbitofrontaler Cortex:
» Neurone kodieren relative Belohnungspräferenz und
integrieren verschiedene belohnunsgbezogene Variablen – wie
belohnend ist die Belohnung?
„Warum des Verhaltens“ (Schultz et al., 2000)
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belohnungsbasiertes Lernen
Verstärker
• primäre Verstärker: Nahrung, Flüssigkeit etc.
• Leistungsrückmeldung: „richtig“ vs. „falsch“
• sekundäre Verstärker: z.B. Geld
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Aktivierung des ventralen Striatums durch
primäre und sekundäre Verstärker
–
–
–
–
Fruchtsaft
Wasser
Geld
Lob
(Review Knutson und Cooper, 2005)
- Alkohol! (Gilman et al., 2008)
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belohnungsbasiertes Lernen
Effekt der Belohnungsgröße
Aging affects acquisition and reversal of reward-based
associative learning.
Julia Weiler, Christian Bellebaum, Irene Daum.
Learning & Memory, 2008
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belohnungsbasiertes Lernen
Lernaufgabe: experimenteller Ablauf in einem
Durchgang
it
Ze
Entscheidung
Weiler J, Bellebaum C, Daum I. Learn Mem. 2008
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belohnungsbasiertes Lernen
Akquisition
Umkehrlernen
grün
rot
probabilistisches Lernen:
Belohnung nur in 80% der Durchgänge
Weiler J, Bellebaum C, Daum I. Learn Mem. 2008
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belohnungsbasiertes Lernen
Effekt der Belohnungsgröße: Ergebnisse
90
percent correct
80
70
60
50
Weiler J, Bellebaum C, Daum I. Learn Mem. 2008
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belohnungsbasiertes Lernen
Effekt der Belohnungsgröße
• je größer die (monetäre) Belohnung, desto größer der
Lernzuwachs
• Ältere mit Beeinträchtigungen im belohnungsabhängigen Lernen
zeigen nur bei höheren Belohnungen einen Lernzuwachs, der
dem bei Jüngeren vergleichbar ist.
Weiler J, Bellebaum C, Daum I. Learn Mem. 2008
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Ventrales Striatum als zentrale Schaltstelle für
Belohnungsassoziationen
O‘Doherty et al. (2004)
instrumentelle
Konditionierung
klassische
Konditionierung
Aktivität im Zusammenhang mit
Prediction Error im
ventralen Striatum
dorsalen Striatum
ventrales Striatum: Stimulus – Belohnungs Assoziationen
dorsales Striatum: Stimulus – Reaktions - Belohnungs Assoziationen
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Lernen aus positiven und negativen
Rückmeldungen
Seymour et al. (2007):
• Aktivität im mittleren/dorsalen Striatum
spiegelt negativen Prediction Error wider
• Aktivität im ventralen Striatum assoziiert
mit positivem Prediction Error
• Patienten mit umschriebenen Läsionen
im dorsalen Striatum – Defizite beim
Umkehrlernen (Bellebaum et al., 2008)
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Frank et al., 2004: Doppelte Dissoziation bei
Parkinson-Patienten on und off Medikation
neue Kombinationen:
A....
B....
• PD-off lernen besser von negativem
• PD-on besser von positivem Feedback
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Veränderungen von Struktur und/oder Funktion des
Belohnungssystems bei Alkoholabhängigkeit
• akute Wirkungen von Alkohol vs. Belohnungsverarbeitung bei
Patienten mit einer Abhängigkeitserkrankung
• alkoholassoziierte Reize aktivieren Teile des Belohnungssystems
(z.B. Heinz et al., 2004)
• Sie können als konditionierte Stimuli zu verstärktem Alkoholkonsum
führen
• chronischer Alkoholkonsum führt zu einer Anpassungsreaktion des
Belohnungssystems
Auswirkungen auf die Verarbeitung von „konventionellen“
Belohnungen?
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Wrase et al., 2007: Veränderungen belohnungsbezogener Aktivität bei Alkoholabhängigkeit
• 16 männliche alkoholabhängige Patienten
• 16 gesunde Kontrollpersonen
• Messung neuronaler Aktivität
– während der „monetary incentive delay task“ (s.u.)
– im Zusammenhang mit alkoholassoziierten und neutralen Stimuli
• Zusammenhang mit craving
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Wrase et al., 2007: Veränderungen belohnungsbezogener Aktivität bei Alkoholabhängigkeit
- stärkere Aktivierung des ventralen Striatums
bei nicht-Alkoholikern im Zusammenhang mit
der Erwartung von monetärem Gewinn oder Verlust
- negative Korrelation
zwischen striataler Aktivität
und craving bei Alkoholikern
- größere Aktivierung des rechten ventralen Striatums als Reaktion auf alkoholassoziierte im
Vergleich zu neutralen Stimuli bei Alkoholikern, aber nicht bei gesunden Kontrollpersonen
- positive Korrelation mit craving bei Alkoholikern
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Wrase et al., 2007: Diskussion
• reduzierte Aktivität des ventralen Striatums bei monetärer
Belohnung (oder Bestrafung) und erhöhte Aktivität bei
alkoholassoziierten Stimuli korrelieren mit Craving
– keine generell reduzierte Aktivierung des Belohnungssystems
– Alkoholismus lenkt motivationale Ressourcen weg von
„konventionellen“ Verstärkern hin zu alkoholassoziierten Stimuli
erhöhte Anfälligkeit für Rückfälle
• Langzeitfolgen chronischen Alkoholismus im ventralen Striatum
– geringere präsynaptische Dopamin-Produktion
– geringere Dichte und Funktionalität von D2-Rezeptoren
verringerte Fähigkeit auf (neue) Belohnungsreize zu reagieren
Implikationen für belohnungsabhängiges Lernen?
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Laufende Studie:
Belohnungsbasiertes Lernen bei Patienten
mit Alkoholabhängigkeit – Effekte monetärer
und alkoholassoziierter Belohnungen
Daniel Jokisch1, Christian Bellebaum1, Martin Brüne2, Georg
Juckel2, Irene Daum1
1 Institut
für Kognitive Neurowissenschaft, Abteilung Neuropsychologie, Ruhr-Universität Bochum
2 LWL-Klinik, Ruhr-Universität Bochum
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Laufende Studie:
Patienten und Kontrollpersonen
bisher untersucht
• 13 abstinente Patienten (6 Frauen, 7 Männer, 47 Jahre (SD=8))
– keine neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen
– kein weiterer Substanzmissbrauch
• 13 gesunde Kontrollpersonen (6 Frauen, 7 Männer, 45 Jahre (SD=8))
– gematched nach Alter und IQ
• neuropsychologische Hintergrundvariablen
– Arbeitsgedächtnis
– Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit/kognitive Flexibilität
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Laufende Studie: Lernaufgabe
it
Ze
Entscheidung
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Akquisition
Umkehrlernen
grün
rot
probabilistisches Lernen
IDIKOS III, Bochum, 19.02.2009 – Dr. Christian Bellebaum
Laufende Studie: vorläufige Ergebnisse
Akquisition
Kontrollpersonen
80
Patienten
% Richtige
70
lo
e
k
c xB
o
l
* B lock
*B
60
ng
u
hn
50
40
1
2
3
1
4
2
3
4
Block
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Laufende Studie: vorläufige Ergebnisse
Umkehrlernen
80
Kontrollpersonen
Patienten
c
o
l
B
)
*
(
% Richtige
70
k
60
50
40
1
2
3
1
4
2
3
4
Block
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Laufende Studie: Diskussion
• mehr Probanden!
• erstaunlich gute Lernleistung der Patienten für monetäre Belohnung
– niedriger Dopamin-Level - Lernen aus negativem Feedback?
• erstaunlich schlechte Lernleistung für alkoholassoziierten Stimulus
– Anreizcharakter?
– deklarative Komponente – soziale Erwünschtheit? – signifikant
schlechter als Zufallsniveau?
• Subgruppen/Einzelfälle?
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Gesamtdiskussion
• Neuronale Verarbeitung von Belohnungsreizen bei Alkoholabhängigen
– reduzierte neuronale Reaktion auf konventionelle Belohnungsreize
– reduzierte neuronale Reaktion auf Gabe von Methylphenidat geht einher
mit reduzierter subjektiv belohnender Wirkung (Volkow et al., 2007)
größere Mengen notwendig, um den gleichen „Effekt“ zu erzielen
aber: erhöhte neuronale Reaktion bei alkoholassiziierten Stimuli
• Volkow et al. (2007)
Dopamin-Anstieg
– Projektionen aus dem präfrontalen Cortex modulieren Aktivität von
Dopamin Neuronen im Mittelhirn
– bei Alkoholikern: Entkopplung –
kein modulierender Einfluss
Implikationen für Prognose/Therapie?!
IDIKOS III, Bochum, 19.02.2009 – Dr. Christian Bellebaum
Vielen Dank
für Ihre Aufmerksamkeit
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