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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
07/2008 [email protected] MPI FOR NEUROLOGICAL RESEARCH, COLOGNE
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
07/2008 [email protected] MPI FOR NEUROLOGICAL RESEARCH, COLOGNE
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)
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Verstärkungslernen und Handlungsüberwachung
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Handlungsüberwachung und Dopamine
Satoh et al., 2003; Schultz et al. 1997-2005
firing rate of DA neurons
D'Ardenne et al., 2007
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Dopamin D2 Receptor (DRD2) Gen
Noble, 2003
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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)
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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
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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%
07/2008 [email protected] MPI FOR NEUROLOGICAL RESEARCH, COLOGNE
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'
**
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Rückmeldungsverarbeitung
Insula
RCZ
NAC
MFG
group differences (A1- > A1+):RCZ, NAC, MFG
RCZ
Klein, Neumann, Reuter, Hennig, von Cramon, Ullsperger,Science, 2007
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PPI: Interaktion Überwachung – Gedächtnis
Kopplung der RCZ mit anderen Hirnregionen
(1. Drittel > 3. Drittel)
Klein, Neumann, Reuter, Hennig, von Cramon, Ullsperger, Science, 2007
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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
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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.
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Beibehalten der neuen Regel nach Wechsel
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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
07/2008 [email protected] MPI FOR NEUROLOGICAL RESEARCH, COLOGNE
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
07/2008 [email protected] MPI FOR NEUROLOGICAL RESEARCH, COLOGNE
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
*
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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?
07/2008 [email protected] MPI FOR NEUROLOGICAL RESEARCH, COLOGNE
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