ScienceDaily (Nov. 29, 2011) - Je mehr graue Substanz Sie im entscheidungs- und gedankenverarbeitenden Teil Ihres Gehirns haben, desto besser können Sie Belohnungen und Konsequenzen bewerten. Das mag wie eine offensichtliche Schlussfolgerung erscheinen, aber eine neue Studie, die am Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums durchgeführt wurde, ist die erste, die diesen Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion bei gesunden Menschen zeigt - und der Beeinträchtigung von Struktur und Funktion bei Menschen, die von Kokain abhängig sind .
"Diese Studie dokumentiert zum ersten Mal, wie wichtig es ist, die Verarbeitung der strukturellen Integrität der grauen Substanz in den Teilen des präfrontalen Kortex des Gehirns zu belohnen, die an der Exekutivfunktion höherer Ordnung beteiligt sind, einschließlich Selbstkontrolle und Entscheidungsfindung", sagte Muhammad Parvaz. ein Postdoktorand am Brookhaven Lab und ein Co-Hauptautor des Papiers.
"Frühere Studien, die in Brookhaven und anderswo durchgeführt wurden, haben die strukturelle Integrität des präfrontalen Kortex bei der Drogenabhängigkeit und die funktionellen Komponenten der Belohnungsverarbeitung untersucht. Diese Studien wurden jedoch separat durchgeführt", sagte Parvaz. "Wir wollten wissen, ob die spezifische Funktion der Belohnungsverarbeitung auf die zugrunde liegende Gehirnstruktur 'abgebildet' werden kann - ob und wie diese beiden zusammenhängen", fügte er hinzu.
Unterschiede im Volumen der grauen Substanz - der Menge an Hirnsubstanz, die aus Nervenzellkörpern besteht, im Gegensatz zu den Axonen der „weißen Substanz“, die die Verbindungen zwischen Zellen bilden - wurden bei einer Reihe von neuropsychiatrischen Erkrankungen im Vergleich zu gesunden Zuständen beobachtet, erklärt Anna Konova, die andere Co-Hauptautorin des Papiers. "Wir wollten mehr darüber wissen, was diese Unterschiede bei gesunden und drogenabhängigen Personen funktionell bedeuten", sagte sie.
Um diese Struktur-Funktions-Beziehung zu untersuchen, führten die Wissenschaftler Magnetresonanztomographien (MRT) durch, um das Gehirnvolumen bei 17 gesunden Menschen und 22 Kokainkonsumenten zu messen. Die Scans erfassen Strukturmessungen für das gesamte Gehirn und können Voxel für Voxel - das Äquivalent dreidimensionaler Pixel - analysiert werden, um detaillierte Messungen für einzelne Gehirnregionen zu erhalten.
Innerhalb eines kurzen Zeitraums der MRT-Untersuchungen verwendeten die Wissenschaftler auch Elektroden auf der Kopfhaut der Versuchspersonen, um ein bestimmtes elektrisches Signal zu messen, das als P300 bekannt ist (ein ereignisbezogenes Potential, das aus einem fortlaufenden Elektroenzephalogramm (EEG) abgeleitet wird, dh Zeit-. an ein bestimmtes Ereignis gebunden). Diese spezifische Maßnahme kann die Gehirnaktivität im Zusammenhang mit der Belohnungsverarbeitung indizieren. Während dieser elektrischen Aufzeichnungen führten die Probanden eine zeitgesteuerte psychologische Aufgabe aus (Drücken von Knöpfen gemäß einem bestimmten Regelwerk) mit der Aussicht, unterschiedliche Geldprämien zu verdienen, von keinem Geld bis zu 45 Cent für jede richtige Antwort mit einer potenziellen Gesamtbelohnung von 50 $.
Frühere Studien des Forschungsteams haben gezeigt, dass bei gesunden Probanden das P300-Signal mit der Höhe der angebotenen finanziellen Belohnung zunimmt. Kokainabhängige Personen zeigen diese differenzielle Reaktion im P300-Maß der Gehirnaktivität jedoch nicht, obwohl sie wie die gesunden Probanden die Aufgabe als interessanter und spannender empfinden, wenn die potenzielle Belohnung größer ist.
Die aktuelle Studie erweiterte diese Ergebnisse, indem sie sie erstmals mit den Strukturmessungen verknüpfte.
Die Wissenschaftler verwendeten statistische Methoden, um nach Korrelationen zwischen dem Unterschied in der Gehirnaktivität zu suchen, der unter Bedingungen mit hoher Belohnung und ohne Belohnung beobachtet wurde - wie stark sich die P300-Reaktion des Gehirns mit zunehmender Belohnung änderte - und dem Volumen der grauen Substanz in verschiedenen Teilen des Gehirns als gemessenes Voxel für Voxel in den MRT-Scans.
Bei gesunden Probanden korrelierte das Ausmaß der Veränderung des P300-Signals mit zunehmender Belohnung am stärksten mit dem Volumen der grauen Substanz in drei Regionen des präfrontalen Kortex.
"Je höher das Volumen der grauen Substanz in diesen bestimmten Regionen ist, desto höher ist die Gehirnaktivität für die höchste finanzielle Belohnung im Vergleich zur Nichtbelohnungsbedingung", sagte Konova.
Die kokainabhängigen Personen hatten in diesen Regionen im Vergleich zu den gesunden Probanden ein verringertes Volumen an grauer Substanz und keine nachweisbaren Unterschiede zwischen den Belohnungsbedingungen im P300-Maß für die Gehirnaktivität. Es gab auch keine signifikanten Korrelationen zwischen ersteren und letzteren - Struktur- und Funktionsmaßnahmen - bei den kokainabhängigen Probanden.
"Diese Ergebnisse legen nahe, dass eine beeinträchtigte Belohnungsverarbeitung auf Defizite in der strukturellen Integrität des Gehirns zurückzuführen ist, insbesondere in präfrontalen kortikalen Regionen, die an kognitiven und emotionalen Funktionen höherer Ordnung beteiligt sind", sagte Parvaz. "Diese Studie bestätigt daher die Verwendung der durch MRT erhaltenen strukturellen Maßnahmen als Hinweis auf funktionelle Defizite."
Die Implikationen sind wichtig für das Verständnis des potenziellen Kontrollverlusts und der nachteiligen Entscheidungsfindung, die bei Menschen mit Drogenabhängigkeit auftreten können, erklärte Konova: „Diese Struktur-Funktions-Defizite können sich in der realen Welt in dysfunktionalen Verhaltensweisen niederschlagen. Insbesondere eine beeinträchtigte Fähigkeit, Belohnungen zu vergleichen, und eine verringerte graue Substanz im präfrontalen Kortex können zu einer beeinträchtigten Fähigkeit führen, Vergnügen zu erfahren und das Verhalten zu kontrollieren, insbesondere in Situationen mit hohem Risiko - zum Beispiel bei Verlangen oder unter Stress -, zu denen Personen führen Drogenkonsum trotz katastrophaler Folgen. “
Die Autoren erkennen an, dass es immer noch Fragen darüber gibt, ob diese Veränderungen in der Struktur und Funktion des Gehirns eine Ursache oder eine Folge von Abhängigkeit sind. Der Einsatz multimodaler Bildgebungsverfahren, wie in dieser Studie dargestellt, könnte neue Wege eröffnen, um diese und andere Fragen zu beantworten, die für das Verständnis der menschlichen Motivation sowohl im Gesundheits- als auch im Krankheitszustand von besonderer Relevanz für die Behandlung von Drogenabhängigkeit relevant sind.
Diese Forschung wurde im Brookhaven Lab unter der Leitung von Rita Goldstein, Direktorin der Neuropsychoimaging Group des Brookhaven Lab und der entsprechenden Autorin des Papiers, durchgeführt. Dardo Tomasi vom Nationalen Institut für Alkoholmissbrauch und Alkoholismus, der die MRT-Einrichtung in Brookhaven betreibt, und Nora Volkow, Direktorin des Nationalen Instituts für Drogenmissbrauch (NIDA), waren Mitautoren. Die Forschung wurde durch ein Stipendium der National Institutes of Health an Goldstein und durch das General Clinical Research Center der Stony Brook University finanziert.
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