Achtsamkeit wird mit vielen positiven Effekten für das psychische Wohlbefinden assoziiert, wobei Fähigkeiten wie Emotionsregulation (ER) und soziale Kognition (SC) zu den wichtigsten Mechanismen gehören. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde die Beziehung zwischen Achtsamkeit, ER und SC mit verschiedenen methodischen Ansätzen untersucht. In Studie I wurde mithilfe von Literatur und empirischen Modellen die Beziehung zwischen Achtsamkeit und ER ausgearbeitet und verschiedene psychologische und neurokognitive Mechanismen diskutiert. Studie II zielte darauf ab den ER-Mechanismus bei „Trait-Achtsamkeit“ zu entschlüsseln. Hier zeigte sich, dass es sowohl bei Probanden mit einer Borderline-Persönlichkeitsstörung als auch bei gesunden Teilnehmern einen mediierenden Effekt von Selbstmitgefühl gab, der Achtsamkeit mit ER-Merkmalen verband. Studie III untersuchte den Zusammenhang zwischen ER und SC mit Hilfe von Verhaltens- und Neuroimaging-Experimenten, mit Fokus auf dem Konzept der sozialen ER (die Fähigkeit, die Emotionen anderer zu modulieren). Es zeigte sich, dass bei der Regulierung der Emotionen anderer der eigene Stress reduziert wird, wobei wichtige "soziokognitive" Hirnregionen (z.B. Precuneus) an der Vermittlung dieser Effekte beteiligt sind. Studie IV untersuchte im Rahmen einer Neuroimaging-basierten randomisierten Kontrollstudie ER-Mechanismen während einer achtsamkeitsbasierten Intervention (MBI). Die Studie zeigte eine durch die MBI induzierte ER-Verhaltensplastizität im Gehirn, sowohl für die Eigen- als auch für die soziale ER. Ein Effekt im Vergleich zu SC (kognitive und emotionale Empathie) wurde nicht gezeigt. Unter Einbezug aller Ergebnisse wurde ein Modell postuliert, das den Austausch und die Regulierung von Emotionen im Kontext von sozialen Interaktionen integriert. Die Dissertation bietet neue Einblicke in die ER-Mechanismen der Achtsamkeit und beleuchtet die individuellen Determinanten sozialer Prozesse durch das Zusammenbringen von ER und SC. / Mindfulness, the capacity to fully attend to the present experience, has been linked to a myriad of mental health benefits, being abilities such as emotion regulation (ER) and social cognition (SC) of the main potential active mechanisms. The current doctorate thesis investigated the relationship between mindfulness and ER and SC using a range of methodological approaches from trait level individual differences to behavioral and brain mechanisms. Study one explored the relationship between mindfulness and ER by examining the diverse literature and empirical models, discussing different psychological and neuro-cognitive mechanisms. Study two intended to unravel the ER mechanism of trait mindfulness, showing in both borderline personality and healthy subjects the mediating effect of self-compassion linking mindfulness and ER traits. Study three further investigated the link between ER and SC using behavioral and neuro-imaging experiments, addressing the notion of social ER (the capacity to modulate others’ emotions). It showed that when regulating others’ emotions, an individual’s own distress is reduced, being key ‘sociocognitive’ brain regions (i.e. precuneus) engaged in mediating these effects. Study four investigated the fine-grained ER mechanisms of a mindfulness-based intervention (MBI), comparing the MBI with a reading group (READ), in the context of a neuroimaging-based randomized controlled trial. This study revealed ER brain behavioral plasticity induced by the MBI, for both self and social ER. It also showed a lack of effect over SC (cognitive and emotional empathy). Articulating overall findings, a model that integrates exchanges and regulation of emotions in the context of social interactions is proposed. The dissertation offers new insights into mindfulness’ ER mechanisms, from dispositions to neuro-behavioral levels, and also sheds light onto individual level determinants of social processes, linking ER and SC.

Die Adoleszenz beschreibt die entwicklungspsychologische Phase zwischen der Kindheit und des Erwachsenenalters, die durch rapide Veränderungen in der Physiologie, im Hormonhaushalt und Verhalten charakterisiert ist. Typische jugendliche Verhaltenstendenzen wie risikohaftes Verhalten und Impulsivität werden einer erheblichen biologischen Umstrukturierung des jugendlichen Gehirns attribuiert. Unklar ist jedoch, wie sich diese massiven biologischen Veränderungen auf spezifische Prozesse auswirken, welche in ein erhöhtes risikohaftes und impulsives Entscheidungsverhalten in der Adoleszenz resultieren. Die vorliegende Dissertation setzt sich zum Ziel, die kognitiven, affektiven und neuronalen Mechanismen der jugendlichen Impulsivität zu untersuchen. Hier wird der Pubertät eine besondere Rolle zugeschrieben und unterschiedliche Analyseebenen wie kognitive und affektive Maße mit biologischen Maßen wie Hormonen kombiniert, sowie Methoden der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) und kognitiven Modellierung angewandt. Die vorliegende Dissertation ist publikationsorientiert und besteht aus vier Projekten. Zum Zeitpunkt der Abgabe der Dissertation sind Kapitel I und Kapitel II erschienen, und Kapitel III und IV sind als vollständige Manuskripte bei unterschiedlichen peer-reviewed Journals eingereicht. Kapitel I gibt eine generelle Übersicht zum aktuellen Forschungsstand über den Zusammenhang zwischen Hormonen in der Pubertät, affektiver Verarbeitung und erhöhter Impulsivität und Risikobereitschaft in der Adoleszenz. Es werden Befunde von empirischen Studien mit Menschen und Tieren diskutiert, welche sich mit jugendlichen Verhalten, sowie Gehirnentwicklung während der Pubertät befassen, sowie zukünftige neue Forschungsschwerpunkte formuliert. Die folgenden drei weiteren Kapitel sind empirische Studien, welche sich mit den offenen Punkten aus dem ersten Kapitel befassen. Alle drei Studien untersuchen Ungeduld, da diese als eine spezifische Subkomponente von dem eher allgemein gefassten psychologischen Konstrukt der Impulsivität definiert ist (Romer, 2010). Während sich alle drei Studien auf die ungeduldige Entscheidungsfindung fokussieren, entscheiden sie sich dennoch in den untersuchten Mechanismen: Kapitel II fokussiert sich auf die Pubertät, speziell auf Testosteron und seinen Zusammenhang mit ungeduldiger Entscheidungsfindung. Konsistent mit früheren Studien ist das chronologische Alter (und nicht Testosteron) assoziiert mit einer generellen Abnahme der Diskontierung in der frühen Adoleszenz, während hingegen Testosteron (und nicht das Alter) mit einer erhöhten Sensitivität für sofortige Belohnungen einhergeht. Kapitel III untersucht die neuronalen Mechanismen, die der Beziehung zwischen Testosteron in der Pubertät und ungeduldigem Entscheidungsverhalten (dargestellt im vorherigen zweiten Kapitel) unterliegen. Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass Testosteron in der Pubertät speziell das dorsale, nicht jedoch das ventrale Striatum beeinflusst, welches mit der Entscheidung für kleinere, aber zeitlich früherer Belohnungen einhergeht. Die letzte Studie in Kapitel IV befasst sich mit der Frage, wie der affektive Inhalt einer Belohnung ungeduldige Entscheidungsfindung beeinflusst. Zwei unabhängige Studien haben gezeigt, dass erhöhte Levels an positiven Affekt mit einer Zunahme an ungeduldigen Entscheidungen assoziiert waren. Ein möglicher Mechanismus, der dieses Ergebnis erklären kann, ist eine Veränderung der Zeitwahrnehmung. Zusammenfassend untersucht die vorliegende Dissertation in sehr umfangreicher Art und Weise die zugrundeliegenden Mechanismen von ungeduldiger Entscheidungsfindung und kombiniert in einem multi Modell Ansatz Maße von Affekt und Hormonen mit Methoden, wie der fMRT und kognitiver Modellierung von aufgabenbezogenen Verhalten. Ergebnisse früherer Studien über jugendliches Verhalten und Gehirnentwicklung werden durch die vorliegende Doktorarbeit erweitert, indem Hormone in der Pubertät eine besondere Hervorhebung genießen und in diesem Zusammenhang spezifische Prozesse, die der impulsiven Entscheidungsfindung unterliegen, auf neuronaler und verhaltensbasierter Ebene umfangreich und sorgfältig analysiert werden. Schließlich wird die Rolle von Testosteron in der Pubertät neu definiert und es wird ein neues Framework vorgeschlagen, welches den Einfluss von Testosteron auf die kognitive Kontrolle in der Pubertät besonders hervorhebt und somit neuartige, spannende Ideen für die zukünftige Forschung darbietet / Adolescence describes the developmental phase between childhood and adulthood and is characterized by rapid changes in physiology, hormones and behavior. Typical adolescent behavioral tendencies such as risk taking and impulsivity are thought to evolve from a major biological reorganization of the adolescent brain. However, it remains unclear how these large scale biological changes impact specific processes that result in increases in risky and impulsive decision-making in adolescence. The current dissertation aims at elucidating the cognitive, affective and neural mechanisms of adolescent impulsivity by 1) highlighting the role of puberty and 2) combining different levels of analyses, including cognitive or affective measures, with biological measures such as pubertal hormones and functional magnetic resonance imaging (fMRI), in combination with cognitive modeling techniques. The dissertation is publication-oriented and consists of four pieces of work. At the time of submitting this dissertation, Paper I and Paper II have been published, and Paper III and Paper IV exist as complete drafts that have been submitted for publication. Paper I gives a general overview of the current state of the art on the relationship between pubertal hormones, affective processing and increased impulsive and risky decision-making in adolescence. It discusses findings of empirical studies focusing on both adolescent behavior and the brain in the light of pubertal maturation in humans and animals and formulates new research directions. The following three papers are empirical studies that tackle the questions made in Paper I, examining specifically impatience, which is defined as one subcomponent of the more broader construct of impulsivity (Romer, 2010). While each paper focuses on impatient decision-making, they differ in terms of the mechanism being investigated: Paper II focuses on puberty, in particular testosterone and its relationship to impatient decision making. Consistent with previous studies, age, but not testosterone is associated with an overall decline in discounting in early adolescence, while testosterone but not age is associated with increased sensitivity to immediate rewards. Paper III investigates the neural mechanisms underlying the relationship between pubertal testosterone and impatient decision making previously described in Paper II. Here, results indicated that testosterone specifically impacts the dorsal, but not the ventral striatum, which in turn lead to behavior that was biased towards choosing smaller sooner rewards. Finally, Paper IV focuses on affective processing, specifically on how the affective content of a reward impacts impatient decision-making. In two independent studies, increased levels of positive affect were consistently associated with an increase in impatient decisions. The underlying mechanism that may explain this increased impatient behavior is a shift in time judgment. In summary, this dissertation thoroughly investigated the underlying mechanisms of impatient decision-making by using a multimodal approach with measures of affect, fMRI, and hormonal assessment combined with cognitive modeling of task-related behavior. It extends previous findings on adolescent behavior and brain development by elucidating the role of pubertal hormones with regard to specific processes underlying impatient decision making, both on a behavioral and neural level. Finally, it redefines the role of pubertal testosterone by proposing a novel framework that highlights its impact on executive control, thus offering novel, exciting directions for future research.

Arbeitsgedächtnisdefizite lernbehinderter Kinder sind bisher vor allem im phonologischen Bereich nachgewiesen worden. Die eigene Studie untersucht mögliche Defizite im Bereich der zentralen Exekutive mit zwei Schwerpunkten: (a) Lassen sich bei der Steuerung selektiver Aufmerksamkeit spezifische Defizite Lernbehinderter identifizieren? (b) Zeigen sich Besonderheiten in den Alterszugewinnen selektiver Aufmerksamkeit? In der Untersuchung wurden Grundschulkinder gleichen mentalen und gleichen chronologischen Alters mit einer Gruppe lernbehinderter Kinder einer vierten Klasse verglichen. Zusätzlich wurden ältere Schulkinder (7. Klasse, 4. Klasse, 7. Klasse einer Sonderschule L) einbezogen, so dass auch prüfbar wird, inwiefern sich Alterszugewinne der kognitiven Funktionen bei lernbehinderten im Vergleich zu unauffälligen Schülern unterscheiden. Einbezogen wurden nur L-Schüler mit einem IQ < 85. Zur Erfassung der zentral-exekutiven selektiven Aufmerksamkeit wurden drei verschiedene Aufgabenanforderungen (TAP, Stopp-Signal, TEZEK) gewählt. Die Befunde deuten auf ein frühes Funktionsdefizit der lernbehinderten Kinder hin, das bis 14 Jahre weitgehend kompensiert werden kann.

Die visuelle Enkodierung emotionaler Gesichtsausdrücke stellt bisher ein Rätsel dar. Ziel der vorliegenden Dissertation war es daher, durch die Untersuchung von Blickbewegungen und ihrer Funktionalität für das Erkennen von Gesichtsausdrücken, neue Erkenntnisse zu den zugrundeliegenden Prozessen zu liefern. In vier Blickbewegungsexperimenten, in denen Probanden ärgerliche, angeekelte, fröhliche, traurige und neutrale Gesichtsausdrücke in statischer und dynamischer Darbietung kategorisieren sollten, wurde untersucht, ob allgemeine Strategien der Gesichterverarbeitung bereits auf der Ebene der visuellen Enkodierung anhand spezifischer Blickbewegungsmuster zu identifizieren sind und ob Unterschiede bei der initialen Aufnahme visueller Information als Folge unterschiedlicher Fixationspositionen das Erkennen von Gesichtsausdrücken beeinflussen. Die Ergebnisse zeigten, dass für statische Gesichtsausdrücke nur sehr wenige Fixationen gemacht werden, die hauptsächlich auf das Zentrum des Gesichts und auf emotionsspezifische, diagnostische Gesichtsmerkmale gerichtet sind, was eine kombiniert holistisch-merkmalsorientierte Enkodierungsstrategie nahelegt. Für weniger intensive und dynamische Gesichtsausdrücke deuten die Ergebnisse auf eine stärker konfigurale Enkodierungsstrategie mit mehreren Fixationen zu einer größeren Anzahl unterschiedlicher Gesichtsmerkmale hin. Darüber hinaus waren Blickbewegungsunterschiede relevant für die Emotionserkennung. Die Fixation diagnostischer Gesichtsmerkmale beschleunigte das Erkennen statischer Gesichtsausdrücke. Für das Erkennen dynamischer Gesichtsausdrücke war hingegen eine zentrale Fixationsposition vorteilhaft, vermutlich durch die Förderung von holistischer Gesichterverarbeitung und Veränderungserkennung. Insgesamt zeigte sich, dass allgemeine Strategien der Gesichterverarbeitung bereits auf der Ebene der visuellen Enkodierung identifizierbar sind und dass Unterschiede in diesen frühen Prozessen die Erkennungsleistung beeinflussen. / Processes that underlie the visual encoding of facial expressions still pose a conundrum. Therefore, this dissertation set out to provide new insights into these processes by investigating gaze behaviour and its functional role during the recognition of facial expressions. Four experimental studies were conducted to examine whether general face processing strategies are already reflected on the visual encoding stage of facial expression recognition indicated by specific fixation patterns and whether differences at the initial uptake of visual information as a consequence of varying fixation positions affect facial expression recognition. Gaze behaviour was recorded while participants were asked to categorise angry, disgusted, happy, sad, and neutral facial expressions in static and dynamic displays. Results revealed that gaze behaviour for static facial expressions was characterised by only a few fixations mainly directed to the centre and to expression-specific diagnostic facial features of the face, suggesting a combined holistic and featural encoding strategy. For less intense and dynamic facial expressions, results indicated a more configural encoding strategy with multiple fixations to a greater number of different facial features. In addition, differences in gaze strategy were relevant for facial expression recognition. Fixating diagnostic facial features accelerated the recognition of static facial expressions. In contrast, a central fixation position was beneficial for recognizing dynamic facial expressions, presumably by facilitating holistic face processing and change detection. Overall, findings demonstrated that general face processing strategies are already reflected on the visual encoding stage of facial expression recognition and that variations in these early processes affect recognition performance.

Der Geschmackssinn erfüllt eine grundlegende Funktion im Menschen indem er Substanzen auf ihre Essbarkeit überprüft, und beeinflusst Gesundheit, indem er die Lebensmittelauswahl prägt, was angesichts der Adipositas-Epidemie zunehmendes wissenschaftliches Interesse erzeugt. Zuerst habe ich die kortikale Signatur der Geschmacksenkodierung bzgl. synchronisierter neuronaler Aktivität untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das menschliche Gehirn sehr langsame Delta-Wellen rekrutiert, um Geschmacksinformationen zu verarbeiten, und dass die evozierten neuronalen Antwortmuster geschmackspezifisch und prädiktiv für das Antwortverhalten sind. Anschließend habe ich die Verarbeitungssequenz zur Geschmackserkennung bzgl. unterscheidbarer computationaler Zustände geprüft. Die Verarbeitungssequenz hat mit dem Geschmackskontrast variiert, so dass hedonisch unterschiedliche Geschmäcker gleichzeitig detektiert und kategorisiert wurden. Dies deutet darauf hin, dass die Valenz parallel zu sensorischen Geschmacksinformationen verarbeitet wird, was zu einer Schärfung der Geschmackskategorie führen könnte. Schließlich habe ich die evozierten geschmacklichen Antwortmuster zwischen normalgewichtigen und fettleibigen Individuen verglichen. Angesichts nicht unterscheidbarer Aktivierungsmuster haben beide Gruppen die gleichen mentalen Prozesse rekrutiert, um ein Geschmackserlebnis zu verarbeiten. Die Geschmacksrepräsentationen lassen jedoch bei adipösen Individuen früher nach, und zwar direkt mit dem Ende der Stimulation. Dieser Befund stimmt mit der Beobachtung hypoaktiver neuronaler Reaktionen bei Fettleibigkeit überein, wie bspw. einem abgeschwächten Belohnungserleben durch Essen. Die in der vorliegenden Arbeit dargestellten Ergebnisse vertiefen unser Verständnis des menschlichen Geschmackssystems. Angesichts der ernährungsbedingten Gesundheitskrise in der westlichen Welt bedarf es weiterer Forschung, eines der Schlüsselsysteme für die Geschmackswahrnehmung besser zu verstehen. / The sense of taste serves a basic function in human survival by scrutinizing substances as to their edibility, and specifically for health by determining food selection in societies of overabundance. It is a key component of the perception of flavor which, in light of the obesity epidemic, garners increasing scientific interest. First, I investigated the cortical signature of taste information coding, specifically synchronized neural activity which reflects one of the key mechanisms of neuronal communication. I found that the human brain recruits very-slow wave delta oscillations to process taste information, and that the emergent patterns were taste-specific and predictive of response behavior. Subsequently, I examined whether the processing sequence involved in taste recognition unfolds in distinct computational states. The findings were mixed in that the processing sequence varied with taste contrast, such that hedonically distinct tastes were categorized as soon as they were tasted. This suggests that valence may be processed in parallel to sensory taste information, reducing processing times due to a sharpening of the taste category. Finally, I compared the evoked gustatory response patterns between normal-weight and obese individuals. The results suggest based on indistinguishable activation patterns that both groups recruit the same mental processes in order to encode a taste event. However, the taste representations subside earlier in obese individuals, directly coinciding with the offset of stimulation. This finding aligns with the observation of hypoactive neural responses in obesity such as an attenuated experience of reward from food. Altogether, the research laid out in the current thesis furthers our understanding of the human gustatory system. Faced with the food-related health crisis of obesity in the Western world, there is an undeniable urgency to better understand one of the key systems involved in flavor perception.

Der Alterungsprozess ist mit einem breiten Spektrum von Veränderungen der Gehirnstruktur und -funktion, sowie altersbedingter kognitiver Verschlechterung und pathologischer Neurodegeneration verbunden. Jahrelange Forschungen haben gezeigt, dass Pathologien wie neurofibrilläre Bündel, Amyloid Ablagerungen (Aβ) und zerebrovaskuläre Störungen zur Abnahme der kognitiven Leistungsfähigkeit im Alter und bei der Alzheimer Demenz (AD) beitragen. Jüngste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass bestimmte Lebensstilfaktoren die Fähigkeit, mit Pathologien umzugehen, fördern. Hierbei handelt es sich um die sogenannten Resilienzfaktoren. Im Gegensatz dazu stehen die Risikofaktoren, welche die Vulnerabilität für kognitive Verschlechterung und Neurodegeneration erhöhen und diese Prozesse beschleunigen können. Diese Arbeit exploriert Risiko- und Resilienzfaktoren in einem breiten Spektrum von Probanden, von kognitiv normalen älteren Menschen über Personen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung bis hin zu Personen mit klinischer AD mittels einer holistischen Integration behavioraler Messungen und Markern multimodaler Neurobildgebung. Basierend auf vier Studien untersucht diese Dissertation die Assoziation von AD und zerebrovaskulärer Störungen, funktioneller Konnektivitätsnetzwerke und Kognition in einem gepoolten Datensatz bestehend aus 645 Individuen. Zusammenfassend erweitern die Ergebnisse der vorliegenden Dissertation die Literatur zu Resilienz- und Risikofaktoren im Kontext gesunden Alterns und AD, indem sie eine holistische Integration der komplexen Mechanismen während des Alterungsprozesses liefert. / Aging alone is associated with a wide range of alterations in brain structure and function as well as age-associated cognitive decline and pathological neurodegeneration. Years of research have shown that brain pathology such as neurofibrillary tangles, amyloid deposition (Aβ), and cerebrovascular pathology contribute to decline of cognitive functions in aging and Alzheimer’s Disease (AD). Recent research has pointed out that certain lifestyle factors contribute to the ability to cope with pathology, known as resilience factors, while in contrast, risk factors can accelerate and increase the vulnerability towards cognitive decline and neurodegeneration. This work explores risk and resilience factors across a diverse spectrum of participants ranging from cognitively intact older adults, to mild cognitive impairment (MCI), and clinical AD with a holistic integration of behavioral measures and multimodal neuroimaging markers. Based on four studies this dissertation investigates the association of AD and cerebrovascular pathology, functional connectivity networks and cognition in a pooled data set of 645 individuals. In summary, our results shed light on the diverse mechanistic underpinning of functional brain networks, hinting at the complex interplay between the brain’s functionality at-rest and the multiple pathological processes. Overall, these findings extend the literature on the resilience and risk factors in the context of healthy aging and AD, while providing a holistic integration of the complex mechanisms at play during the aging process.

Einige psychische Störungen, darunter Angst- und Suchterkrankungen, zeichnen sich durch eine abnorme Beteiligung basaler assoziativer Lernprozesse aus. Pawlow’sche Rückfallphänomene den langfristigen Erfolg extinktionsbasierter Therapien. Damit kommt der Untersuchung pharmakologischer Interventionen zur Unterstützung des Extinktionslernens bzw. -abrufs eine zentrale Bedeutung zu. Die vorliegende Dissertation umfasst vier Studien und bedient sich translationaler Pawlow’scher Lernmodelle, um (i) behaviorale und neuronale Mechanismen appetitiver Pawlow’scher Rückfallphänomene beim Menschen zu untersuchen (Studien I und II) sowie (ii) den Effekt des partiellen NMDA Rezeptor Agonisten D-Cycloserin (DCS) zur Unterstützung des Extinktionslernens appetitiver und aversiver Stimuli zu testen (Studien III und IV). Studie I demonstriert, dass appetitive Pawlow’sche Rückfalleffekte im Labor untersucht werden können und lieferte Evidenz für differenzielle Einflüsse der Amygdala und des vmPFC beim Wiederauftreten der konditionierten Reaktion. Studie II belegt die Sensitivität verschiedener, teilweise neuer okularer Reaktionsmaße für die appetitive Konditionierungsforschung. Studie III zeigte, dass DCS mit einer attenuierten BOLD-Antwort in der Amygdala und einer gesteigerten funktionellen Amygdala-vmPFC Konnektivität während des appetitiven Extinktionsabrufs assoziiert war. Studie IV ergab, dass Probanden der DCS- Gruppe attenuierte Arousal Ratings wie auch neuronale Aktivierungen in der Amygdala und dem posterioren Hippocampus im Vergleich zur Placebo-Gruppe aufwiesen. Die vorliegende Arbeit erweitert unser Verständnis appetitiver Pawlow’scher Rückfallphänomene und weist dem vmPFC eine bedeutsame Rolle beim Extinktionsabruf zu. Weiterhin unterstützt sie die Hypothese, dass DCS das Extinktionslernen unterstützt und damit Rückfallphänomene reduziert. / Pavlovian learning mechanisms play an important role in the development, maintenance, and relapse of psychiatric conditions like drug addiction and anxiety disorders. Pavlovian relapse phenomena challenge the long-term success of extinction-based exposure treatments. As such, investigating pharmacological adjuncts that could help to improve extinction learning or long- term retention are of great clinical importance. This dissertation comprises four studies applying translational human laboratory models of Pavlovian learning (i) to characterize the behavioral and neural mechanisms of appetitive Pavlovian relapse (Studies I and II), and (ii) to investigate D-cycloserine (DCS), a partial NMDA receptor agonist, as a pharmacological adjunct to augment Pavlovian extinction learning of appetitive and aversive stimuli (Studies III and IV). In Study I, we showed that appetitive Pavlovian relapse can be successfully modeled in the laboratory and provided evidence for opposing roles of amygdala and vmPFC in mediating the return of conditioned responding. Study II showed the usefulness of different and partly novel ocular response measures for appetitive conditioning research. Finally, we found DCS to attenuate amygdala reactivity during appetitive extinction recall and enhance amygdala-vmPFC coupling (Study III). Corroborating these results, Study IV showed DCS to reduce return of fear on behavioral arousal ratings and in brain areas associated with defense reactions like amygdala and posterior hippocampus. Overall, the present work extends evidence on experimentally induced return of fear to the appetitive research domain and suggests an overarching regulatory role of the vmPFC during extinction recall. Finally, it supports the hypothesis that DCS can augment extinction learning, thereby reducing the risk of relapse phenomena.

Das menschliche Gehirn ist ein komplexes System, dessen Komplexität von großer funktioneller Bedeutung. Das APOE ɛ4 Allel ist ein gut untersuchter genetischer Risiko-Faktor für die Ausbildung der Alzheimer’schen Demenz. Das wesentliche Ziel dieser Dissertation ist die Untersuchung der Verbindungen zwischen der Komplexität von Hirn-Signalen, APOE-Genotyp und kognitiver Leistung bei jungen gesunden Erwachsenen unter dem Gesichtspunkt individueller Unterschiede. Nachdem ich in der ersten Studie die Reliabilität der Residual Iteration Decomposition (RIDE), einer Methode zur Analyse von Gehirnsignalen, validiert hatte, im der zweiten Studie untersuchte ich, wie APOE-Genotypen mit der Komplexität des Gehirnsignals assoziiert sind, gemessen mit Multiscale Entropy (MSE) und kognitiven Fähigkeiten. Die zweite Studie zeigte, dass APOE ɛ4 mit einer höheren Entropie im Skala 1 bis 4 und einer niedrigeren Entropie im Skala 5 und darüber assoziiert ist; Darüber hinaus gibt es bei ε4-Trägern einen stärkeren Abfall der MSE von geschlossenen zu offenen Augen als bei Nicht-Trägern. Die ε4-Assoziation mit der kognitiven Leistung war komplex, aber im Grunde scheint ε4 mit einer schlechteren kognitiven Leistung bei Menschen mit niedrigerem Bildungsstand verbunden zu sein, während bei Hochschulabsolventen keine solche Assoziation auftrat. Anschließend verband die dritte Studie MSE mit einer anderen kognitiven Domäne - Gesichts- und Objekterkennungsfähigkeiten. Wir haben gezeigt, dass 1) eine erhöhte MSE bei geschlossenen Augen auf allen Skalen mit einer besseren kognitiven Leistung verbunden ist. 2) Eine erhöhte MSE in höheren Skalen war mit einer engeren Kopplung zwischen der RIDE-extrahierten Geschwindigkeit der Bewertung des Stimulus für einen einzelnen Versuch und der Reaktionszeit verbunden. Zusammenfassend, die Ergebnisse verbanden die Komplexität des Gehirnsignals, den APOE-Genotyp und das kognitive Verhalten bieten ein tieferes Verständnis der Gehirn-Verhaltens-Beziehungen. / Human brain is a complex dynamical system, whose complexity could be highly functional and characterize cognitive abilities or mental disorders. The APOE ɛ4 allele is a well-known genetic risk factor for the development of Alzheimer’s Disease and cognitive decline in later human life. The main goal of this study is to investigate the bridges between brain signal complexity, APOE genotype and cognitive performance among young adults under the framework of individual difference. After validating the reliability of Residue Iteration decomposition (RIDE), a method for analysis brain signals in the first study, I investigated in the second study how individual differences in APOE genotypes are associated with brain signal complexity measured with Multiscale Entropy (MSE) and cognitive ability. The second study demonstrated that APOE ε4 is associated with higher entropy at scale 1-4 and lower entropy at scale 5 and above, especially at frontal scalp regions and in an eyes open condition; in addition, there’s a stronger drop in MSE from closed to open eyes condition among ε4 carriers than non-carriers. The ε4 association with cognitive performance was complex, but basically ε4 seems to be associated with worse cognitive performance among lower educated people, whereas no such association appeared among the higher educated. Afterwards, the third study connected MSE with a different cognitive domain – face and object cognition abilities. We showed that 1) increased MSE for a closed eyes condition at all scales is associated with better cognitive performance. 2) Increased MSE at higher scales (7 or 8) was associated with tighter coupling between RIDE-extracted single trial stimulus evaluation speed at the neural level and reaction time at the behavior level. To summarize, the results of my doctoral study connected brain signal complexity, APOE genotype and cognitive behavior among young healthy adults, providing a deeper understanding of brain-behavior relationships and – potentially – for early AD diagnosis when cognitive decline is not yet evident.

Wann und warum entscheiden sich Menschen für unehrliches Verhalten? Durch das Verständnis von unehrlichem Verhalten sind politische Entscheidungsträger besser in der Lage, ein solches Verhalten zu verhindern und eine florierende Gesellschaft und Wirtschaft zu unterstützen. Das Studium der Unehrlichkeit hat in den letzten Jahren eine Blütezeit erlebt, angetrieben durch die Etablierung von Crowd-Sourced-Arbeitsplattformen, obwohl auch einige wichtige Feldarbeiten entstanden sind. Die empirischen Erkenntnisse aus diesen Studien haben die Entstehung neuer ökonomischer und psychologischer Modelle zur Erklärung unehrlichen Verhaltens unterstützt. Doch wie replizierbar und verallgemeinerbar sind die führenden experimentellen Ergebnisse? Und welche anderen kontextuellen Faktoren wie die Art und das Ausmaß der Belohnung und die Designentscheidungen des Experimentators können unehrliches Verhalten beeinflussen? Im Mittelpunkt dieser Arbeit stand der Versuch der Replikation einer in der akademischen Welt und in der populären Presse viel zitierten Arbeit. Frühere Replikationsversuche haben diese Arbeit umgangen, da es schwierig war, Zugang zu professionellen Teilnehmern zu bekommen. Die Arbeit, die wir zu wiederholen versuchten, ergab, dass nur Banker, deren berufliche Identität hervorgehoben wurde, sich unehrlich verhielten. Diese Arbeit basierte auf der Vorstellung, dass das Priming, also das Hervorheben eines Aspekts der Identität einer Person und der damit verbundenen Normen, das Verhalten beeinflussen würde. Da das Priming der professionellen Bankidentität Unehrlichkeit auslöste, wurde daraus geschlossen, dass dies ein Hinweis auf problematische Normen im Bankensektor ist. Es war jedoch unklar, ob dieses Ergebnis auch für andere Banken gilt, z. B. in der gleichen oder einer anderen Gerichtsbarkeit, in verschiedenen Segmenten (z. B. Commercial versus Investment Banking) und im Zeitverlauf. / When and why do people decide to behave dishonestly? By understanding dishonest behaviour, policy makers are better able to deter such behaviour and to support a thriving society and economy. The study of dishonesty has flourished in recent years, driven by the establishment of crowd-sourced labour platforms, though some important field work has also emerged. The empirical findings from these studies have supported the emergence of new economic and psychological models to explain dishonest behaviour. Yet, how replicable and generalisable are leading experimental findings? And what other contextual factors -- like the nature of reward, scale of reward, and design choices from the experimenter-- may drive dishonest behaviour? The central focus of this thesis was the attempted replication of a heavily cited paper in academia and the popular press. Previous replication efforts by-passed this work given the challenge of accessing professional participants. The paper which we attempted to replicate found that only bankers whose professional identity was made salient behaved dishonestly. This work was based on the notion that priming, or making salient one aspect of an individual’s identity and the associated norms, would affect behaviour. As priming professional banking identity prompted dishonesty, this was concluded to be indicative of problematic norms in the banking sector. Though it was unclear if this finding would hold with other banks, for example in the same or other jurisdictions, in different segments (e.g. commercial versus investment banking), and over time.

Die vorliegende Studie untersuchte emotionale Reaktionen im Experimentaldesign einer aversiven, differentiellen klassischen Konditionierung (CS = zwei männliche, neutral valente Gesichter; olfaktorischer UCS = vergorene Hefe) bei je vierzehn männlichen generalisierten Sozialphobikern (DSM-VI) und gesunden Kontrollpersonen. In Erwartung einer erhöhten Konditionierbarkeit, einer Extinktionsresistenz sowie einer Generalisierung auf störungsrelevante Fazialreize bei den Sozialphobikern wurden die konditionierten Reaktionen über subjektiv-verbale Urteile (Valenz, Erregung, Kontingenz), den Schreckreflex (M. orbicularis oculi links, Indikator subcorticaler Reizverarbeitung der Angst), die bilateral erhobene Aktivität des M. corrugator supercilii (Indikator für den negativ emotionalen Fazialausdruck) sowie die Herzrate (Indikator der allgemeinen psychophysiologischen Aktivierung) gemessen. Die Konditionierung verlief in beiden Experimentalgruppen erfolgreich (Valenz, Erregung, Kontingenz) und hypothesenkonform. Im Gegensatz zu den Gesunden resultierten für die Sozialphobiker eine erhöhte Konditionierbarkeit (Schreckreflexlatenz und -amplitude, Herzratendezeleration), eine Extinktionsresistenz (Erregung, Schreckreflexnullreaktionen, Corrugator) sowie eine Reizgeneralisierung (Erregung, Kontingenz, Schreckreflexlatenz, Corrugator, Herzratendezeleration). Die Befunde sprechen außerdem für eine unterschiedliche emotionale Reizverarbeitung über den Experimentalverlauf. Die Sozialphobiker reagierten in der Akquisition vorrangig in den Parametern Erregung, Kontingenz, Schreckreflex und Herzrate (Gesunde: Corrugator) sowie in der Extinktion hinsichtlich Erregung, Schreckreflex und Corrugator (Gesunde: Kontingenz). Das Valenzurteil ergab hingegen keine Gruppenspezifik. / The present study investigated the emotional responses of aversive differential Pavlovian conditioning with two male neutral faces as conditioned stimuli (CS) and a foul odor (fermented yeast) as unconditioned stimulus (UCS) in fourteen male generalized social phobics (DSM-VI) and healthy controls. The aim of this investigation was to examine the hypotheses of enhanced acquisition, delayed extinction and generalization of faces, as they represented socially relevant stimuli, concerning social phobics. Subjective indicators of conditioned response were valence, arousal and awareness. The startle reflex (recorded from left m. orbicularis oculi) was used as a measure of subcortical emotional processing. Bilaterally corrugator muscle activity (as an indicator of negative emotional facial response) and heart rate (as an indicator of general physiological activation) served as psychophysiological assessment of conditioning. Both groups were successfully conditioned as reflected by differential responses of all three subjective parameters. The results were consistent with the hypotheses. Compared to controls, social phobics showed an increased acquisition (startle latency and magnitude, heart rate deceleration), an extinction resistance (arousal, startle zero reactions, corrugator) as well as a generalization of CS types (arousal, awareness, startle latency, corrugator, heart rate deceleration). In addition the findings suggested that the emotional stimuli processing in participants are distinct. The social phobics in particular reacted to arousal, contingency awareness, startle and heart rate in acquisition (controls: corrugator) and to arousal, startle and corrugator in extinction (controls: awareness). There was no difference between groups regarding valence judgement.