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07/2008 [email protected] MPI FOR NEUROLOGICAL RESEARCH, COLOGNE

Markus Ullsperger

Die Rolle des Dopamins bei der Handlungsüberwachung

des Menschen

MAX PLANCK INSTITUTEFOR NEUROLOGICAL RESEARCH

COLOGNE

INDEPENDENT JUNIOR RESEARCH GROUPCOGNITIVE NEUROLOGY


Errare humanum est


Reaktion

-200 800 ms

- µV

+

falsch

richtig

Rückmeldung

Korrelate der Fehlerverarbeitung

error-related negativity (ERN, Ne) 50-100 ms, 5-15 µV

Quellenlokalisation, simultanes EEG/fMRT pMFC Dehaene et al., 1994; Ullsperger & von Cramon, 2001; Gehring & Willoughby, 2002; Debener, Ullsperger, Siegel, Fiehler, von Cramon, Engel, 2005


posteriorer frontomedianer Kortex (pMFC)

• Metaanalyse– 58 bildgebende Studien

1997 – 04/2004– eingeschlossen:

• 38 fMRT-Studien• 71 Koordinaten

34 Handlungskonflikt

6 Entscheidungsunsicherheit

23 Handlungsfehler

8 negative Rückmeldung

Ridderinkhof, Ullsperger, Crone, Nieuwenhuis, Science, 2004

• fMRT-Signalanstieg bei Fehlern: rostral cingulate zone (RCZ)


Verstärkungslernen und Handlungsüberwachung


Handlungsüberwachung und Dopamine

Satoh et al., 2003; Schultz et al. 1997-2005

firing rate of DA neurons

D'Ardenne et al., 2007


Dopamin D2 Receptor (DRD2) Gen

Noble, 2003


GA SNP in Taq IA mit funktionellem Effekt

Genotyp: Prävalenz: D2-Rezeptordichte:

A1A1 2-3%

A1A2 27%

A2A2 70%

A1+ zeigen Reduktion der DRD2-Dichte um ca. 30%

linkage disequilibrium mit exonischen SNPs des D2 Rezeptorgens(Zhang et al., PNAS, 2007)

A1+

A1-

DRD2 TAQ IA Polymorphismus (ANKK1)


Lernaufgabenach M. J. Frank et al. (2004)

besser schlechterA B80% 20%

C D70% 30%

E F60% 40%

jedes Paar 140x präsentiert462 Durchgänge mit null events

A1- (A2/A2) n=14; 27.7 JahreA1+ (A1/A2, A2/A2) n=12; 26.0 Jahre


Post-Test

• Verhaltenstest der Lernleistung nach der Lernphase im MRT• Neukombination der Symbole

A-C, A-D, A-E, A-F; B-C, B-D, B-E, B-F

• nach "Bauchgefühl" antworten,keine Rückmeldung

• Bevorzugung des 'guten' 80%-Gewinn Symbols vs.Vermeidung des 'schlechten' 20%-Gewinn Symbols

A B80% 20%

C D70% 30%

E F 60% 40%


Post-Test

• InteraktionGenotyp * Symbolpaarung

• A1-: stärkere Vermeidung des schlechten Symbols 'B' als A1+

• A1+: stärkere Bevorzugung des guten Symbols 'A' als Vemeidung des schlechten Symbols 'B'

**


Rückmeldungsverarbeitung

Insula

RCZ

NAC

MFG

group differences (A1- > A1+):RCZ, NAC, MFG

RCZ

Klein, Neumann, Reuter, Hennig, von Cramon, Ullsperger,Science, 2007


PPI: Interaktion Überwachung – Gedächtnis

Kopplung der RCZ mit anderen Hirnregionen

(1. Drittel > 3. Drittel)

Klein, Neumann, Reuter, Hennig, von Cramon, Ullsperger, Science, 2007


Zusammenfassung

Träger des A1+ Genotyps (weniger D2 Rezeptoren) zeigen:

• geringere Vermeidung von Handlungen mit negativen Folgen• geringere Entscheidungssicherheit• geringere rückmeldungsbezogene Aktivität im pFMC und NAC• geringere hippocampale Aktivität• geringere Interaktion der Überwachungs- und Gedächtnissysteme

Dopamin ist wichtig für die Verarbeitung negativer Handlungs-ergebnisse

geringere D2-Rezeptordichte assoziiert mit geringerer Nutzung negativer Rückmeldungen für das Regel-/Vermeidungslernen


Probabilistische Antwortumkehraufgabe

Fixation: variable length 300, 700, 1200, 1800, 2500 ms

Stimulus: max. 1000 ms

Feedback delay (100 ms) after response

Feedback:800 ms duration

Fixation until 5 s from trial start elapsed

Rev.


Verhalten

* *

A1+ N = 13A1- N = 15


Beibehalten der neuen Regel nach Wechsel


Negative vs. positive Rückmeldung

x = 4 y = 27z = 2

A1 -

A1 +

Jocham, Klein, Neumann, von Cramon, Reuter, Ullsperger, subm.

z-score > 3.09

RCZ ant. Ins. MFG


Final reversal error vs. reversal error

A1 -

A1 +

Jocham, Klein, Neumann, von Cramon, Reuter, Ullsperger, subm.

z = - 11

z = - 4

y = 6

y = 7z-score > 3.09

A1 - vs A1 + OFC


Integration über mehrere Durchgänge

A1 - vs A1 + Neg+2 > Neg+0

negative feedback - pMFC

time (s) relative to event onset0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

% S

ign

al c

han

ge

(mea

n +

SE

M)

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5 A1- NEG+0A1- NEG+1A1- NEG+2A1+ NEG+0A1+ NEG+1A1+ NEG+2

* ** * * *

*

*

HRF amplitude

NEG+0 NEG+1 NEG+2

HR

F a

mp

litu

de

(bas

e to

pea

k, m

ean

+ S

EM

)0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

· · · · · ·neg neg neg +0 +1 +2

*


Zusammenfassung und Schlußfolgerung

• reduzierte striatale D2-Rezeptordichte (A1+)– kein Anstieg der RCZ Aktivität mit der Anzahl

vorausgegangender negativer Rückmeldungen– weniger wechselbezogene Aktivität im ventr. Striatum u. OFC– weniger stabile Regelrepräsentation, mehr Exploration?

DA spielt wichtige Rolle bei Handlungsüberwachung und resultierenden Anpassungs- und Lernprozessen

Veränderungen im gesamten Netzwerk (RCZ, Striatum, OFC) direkte oder indirekte DA-Wirkung?


independent junior research group "Cognitive Neurology"MPI f. Neurological Research, Cologne MPI f. Human Cognitive & Brain Sciences, Leipzig

Claudia Danielmeier Sabrina DöringTheo O.J. Gründler Jan R. WesselGerhard Jocham Adrian FischerTilmann A. Klein Yansong Li

collaborators

D. Yves von Cramon (Leipzig, Cologne)Jane Neumann (Leipzig)Martin Reuter (Bonn)K. Richard Ridderinkhof (Amsterdam)Stefan Debener (Southampton)

Joseph A. KingSebastian Seifert

funding

DFGBMBF

MaxnetAging

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