Results from 10 empirical studies and 1 review article are described and can be summarized as follows: Only moral emotions represent an evaluation of person's behavior, whereas non-moral emotion provide information about outcomes. Positive moral emotions (e.g. pride, respect) signal that a person's (self or other) behavior was right, whereas negative moral emotions (e.g., guilt, indignation) signal that a person's behavior was wrong. These evaluations and signals are elicited by judgments of ought, goal attainment and effort (see Heider, 1958). Some moral emotions (e.g., shame or admiration) are also elicited by judgments on a person's ability. A person's responsibility (Weiner, 1995, 2006) and the perceived morality of a person's behavior (i.e., with regard to rightness and wrongness) represent further cognitive antecedents of moral emotions. Some moral emotions (e.g., regret, sympathy) are also influenced by a person's empathy (see Paulus, 2009) towards others. There are specific moral emotions that are closely connected to help-giving (e.g., sympathy), whereas other moral emotions are more closely related to reward (e.g., admiration) or punishment (e.g., anger). With regard to the cognitive effort underlying emotions, moral emotions require more cognitive effort (i.e., longer reaction times) than non-moral emotions.:Danksagung Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 An Introduction to Moral Emotions: Summary of Published Articles 3 2.1 A First Empirical Analysis of Moral Emotions 3 2.1.1 Towards a Classification of Moral Emotions 4 2.1.2 Cognitive Antecedents of Moral Emotions 5 2.1.3 Empirical Data 7 2.1.3.1 Positive Moral Observer Emotions 7 2.1.3.2 Negative Moral Observer Emotions 8 2.1.3.3 Positive Moral Actor Emotions 9 2.1.3.4 Negative Moral Actor Emotions 9 2.1.4 Cluster Analyses of Moral Emotions 10 2.1.5 Conclusions 12 2. 2 Integrating Moral Emotions in the Context of Attributional Theories 13 2.2.1 Metaphorical Backgrounds of Moral Emotions 13 2.2.2 Moral Emotions as ‘Stop vs. Go - Signals\' 15 2.3 Open Questions 16 2.3.1 Distinguishing Moral from Non-Moral Emotions 16 2.3.2 Controllability 16 2.3.3 Ability as a Further Antecedent Condition Eliciting Moral Emotions 16 2.3.4 Behavioral Consequences of Moral Emotions 17 2.3.5 Personality 17 2.3.6 Cognitive Effort 18 3 On Distinguishing Moral from Non-Moral Emotions. 19 3.1. Abstract 19 3.2 Introduction and Theoretical Background 20 3.2.1 Identifying Moral Emotions: Cognitive Antecedents 21 3.2.1.1 Agency 21 3.2.1.2 Moral Standards 22 3.2.1.3 Effort 23 3.2.2 Moral vs. Non-Moral Emotions 24 3.2.2.1 Non-Moral Emotions 25 3.2.2.2 Emotions with Both Moral and Non-Moral Qualities 25 3.2.2.3 Discordant Emotions 26 3.2.4 Aims and Expectations 27 3.3 Study 1 28 3.3.1 Method 28 3.3.1.1 Participants 28 3.3.1.2 Experimental Design 29 3.3.1.3 Materials and Procedure 29 3.3.1.4 Data Analysis 30 3.3.2 Results 31 3.3.2.1 Positive Moral Observer Emotions 31 3.3.2.2 Positive Non-Moral Observer Emotions 32 3.3.2.3 Negative Moral Observer Emotions 35 3.3.2.4 Negative Non-Moral Observer Emotions 36 3.3.3 Discussion of Study 1 37 3.4 Study 2 41 3.4.1 Method 41 3.4.1.1 Participants 41 3.4.1.2 Experimental Design 42 3.4.1.3 Materials and Procedure 42 3.4.1.4 Data Analysis 42 3.4.2 Results 43 3.4.2.1 Positive Moral Actor Emotions 43 3.4.2.2 Positive Non-Moral Actor Emotions 43 3.4.2.3 Negative Moral Actor Emotions 44 3.4.2.4 Negative Non-Moral Actor Emotions 48 3.4.3 Discussion of Study 2 48 3.5 General Discussion 51 3.5.1 The Signal-Function of Moral Emotions 54 3.5.2 Limitations and Implications for Future Research 55 4 The Who and Whom of Help-Giving: An Attributional Model Integrating the Help-Giver and the Help-Recipient. 58 4.1. Abstract 58 4.2 Introduction and Theoretical Background 59 4.2.1 Responsibility, Moral Observer Emotions and Help-Giving 62 4.2.2 Responsibility, Moral Actor Emotions and Help-Giving 63 4.2.3 Responsibility and Deservingness …………………………………………...... 65 4.2.4 Personal Characteristics of the Help-Giver 65 4.2.5 Aims and Expectations 66 4.3 Method 67 4.3.1 Participants 67 4.3.2 Experimental Design 67 4.3.3 Materials and Procedure 68 4.3.4 Data Analysis 70 4.4 Results 71 4.4.1 Manipulation Checks 71 4.4.2 From Thinking to Feeling 72 4.4.3 From Thinking to Acting 72 4.4.4 From Feeling to Acting 73 4.4.5 Moral Emotions as Mediators between Thinking and Acting 74 4.4.5.1 Moral Actor Emotions 74 4.4.5.2 Moral Observer Emotions 76 4.4.6 Empathy and Help-Giving 77 4.4.7 A Comprehensive Model 78 4.5 Discussion 83 4.5.1 Responsibility and Feelings of the Moral Actor 83 4.5.2 Moral Actor Emotions and Help-Giving 83 4.5.3 Responsibility and Help-Giving 84 4.5.4 Responsibility of the Person in Need and Moral Observer Emotions 85 4.5.5 Moral Observer Emotions and Help-Giving 85 4.5.6 Moral Emotions as Mediators between Cognitions and Help-Giving 85 4.5.7 Stable Characteristics of the Moral Actor 87 4.5.8 A Comprehensive Model of Help-Giving 87 4.5.9 Recommendations for Future Research 89 5 Moral Emotions: Cognitive Basis and Behavioral Consequences. 91 5.1 Abstract 91 5.2 Introduction and Theoretical Background 92 5.2.1 Cognitive Antecedents of Moral Emotions 94 5.2.2 Behavioral Consequences of Moral Emotions 97 5.2.3 Combining Cognitive Antecedents and Behavioral Consequences 98 5.2.4 Aims and Expectations 100 5.3 Study 1 100 5.3.1 Method 101 5.3.1.1 Participants 101 5.3.1.2 Experimental Design 102 5.3.1.3 Materials and Procedure 102 5.3.1.4 Data Analysis 103 5.3.2 Results 103 5.3.2.1 Manipulation Checks 103 5.3.2.2 Eliciting Moral Cognitions and Moral Actor Emotions 104 5.3.2.3 Predicting Moral Actor Emotions from Cognitions: Attained Goals 109 5.3.2.4 Predicting Moral Actor Emotions from Cognitions: Non-Attained Goals 111 5.3.2.5 Predicting Moral Actor Emotions from Cognitions: Mediation Analyses. 113 5.3.3 Discussion of Study 1 116 5.3.3.1 Cognitive Antecedents as Elicitors of Moral Cognitions and Moral Actor Emotions 116 5.3.3.2 Moral Cognitions Eliciting Moral Actor Emotions. 119 5.4 Study 2 121 5.4.1. Method 123 5.4.1.1 Participants 123 5.4.1.2 Experimental Design 123 5.4.1.3 Materials and Procedure 124 5.4.1.4 Data Analysis 125 5.4.2 Results 125 5.4.2.1 Manipulation Checks 125 5.4.2.2 Eliciting Moral Cognitions, Moral Observer Emotions and Sanctioning Behavior 126 5.4.2.3 Predicting Moral Observer Emotions from Cognitions: Attained Goals 132 5.4.2.4 Predicting Moral Observer Emotions from Cognitions: Non-Attained Goals 134 5.4.2.5 Predicting Moral Observer Emotions from Cognitions: Mediation Analyses 135 5.4.2.6 Predicting Sanctioning Behavior from Cognitions: Attained Goals 138 5.4.2.7 Predicting Sanctioning Behavior from Cognitions Non-Attained Goals 139 5.4.2.8. Predicting Sanctioning Behavior from Moral Observer Emotions: Attained Goals 139 5.4.2.9 Predicting Sanctioning Behavior from Moral Observer Emotions: Non-Attained Goals 140 5.4.2.10 Predicting Sanctioning Behavior from Cognitions and Moral Observer Emotions: Mediation Analyses 141 5.4.2.11 Predicting Sanctioning Behavior from Cognitions and Emotions: a Comprehensive Cognition  Emotion  Action Model 144 5.4.3 Discussion of Study 2 146 5.4.3.1 Cognitive Antecedents as Elicitors of Moral Cognitions, Moral Observer Emotions, Reward and Punishment 146 5.4.3.2. Moral Cognitions Eliciting Moral Observer Emotions 150 5.4.3.3 Relationships between Moral Cognitions, Moral Observer Emotions, Reward and Punishment 151 5.5 General Discussion 155 5.5.1 Moral Cognitions 155 5.5.2 Moral Emotions 155 5.5.3 Sanctioning Behavior 157 5.5.4 Limitations and Recommendations for Future Research. 159 6 Moral vs. Non-moral Emotions: Further Differentiation Based on Cognitive Effort 160 6.1 Abstract 160 6.2 Introduction and Theoretical Background 161 6.2.1 The Cognitive Effort Underlying Moral vs. Non-Moral Emotions 162 6.2.2 Cognitive Effort and Balance Theory 163 6.2.3 Aims and Expectations 166 6. 3 Method 168 6.3.1 Participants 168 6.3.2 Experimental Design 168 6.3.3 Materials and Procedure 169 6.3.4 Data Analysis 170 6.4 Results 171 6.4.1 Frequency of Choice 171 6.4.1.1 Moral Cognitions 171 6.4.1.2 Positive Emotions 172 6.4.1.3 Negative Emotions 174 6.4.2 Reaction Times 175 6.4.2.1 Moral Cognitions 174 6.4.2.2 Moral and Non-Moral Emotions 176 6.5 Discussion 180 6.5.1 Shortcomings and Issues for Future Research 183 7 Summary and Future Prospects 185 7.1 A Classification of Moral and Non-Moral Emotions 185 7. 2 Moral Emotions and Subsequent Behaviors 189 7.3. Moral Emotions and Personality 190 7.4 Cognitive Effort and Moral Emotions 192 7.5 An Empirically Based Definition of Moral Emotions 194 8 Zusammenfassung und Ausblick 195 8.1 Eine Klassifikation moralischer und nicht-moralischer Emotionen 195 8.2. Moralische Emotionen und nachfolgende Verhaltensweisen 200 8.3. Moralische Emotionen und Persönlichkeit 202 8.4 Kognitive Beanspruchung und moralische Emotionen 203 8.5 Eine empirisch fundierte Klassifikation moralischer Emotionen 205   Appendix A 207 Appendix B 208 Appendix C 209 Appendix D 210 Literaturverzeichnis 211 Tabellenverzeichnis 239 Abbildungsverzeichnis 240 Erklärung zur Selbstständigkeit LEBENSLAUF

Täglich treffen Menschen zahlreiche Entscheidungen. Häufig stellt sich dabei die Frage, ob man einer direkt verfügbaren Versuchung nachgibt oder versucht, ein in der Zukunft liegendes Ziel zu erreichen. Impulsivität und Selbstkontrolle können dabei als konfligierende Persönlichkeitseigenschaften im Entscheidungsprozess gesehen werden. In der Entscheidungsforschung wird postuliert, dass zwei getrennte Systeme existieren, die bei jeder Wahl berücksichtigt werden: ein eher impulsives und ein reflektives System. Je nach Stärke der Anteile der beiden Systeme werde eine Entscheidung getroffen. Neben behavioralen Theorien haben die Befunde der kognitiven Neurowissenschaften dazu beigetragen, den beschriebenen Systemen relevante Hirnregionen zuzuschreiben: limbische Regionen, vor allem das ventrale Striatum, werden dabei vor allem mit dem impulsiven System in Verbindung gebracht, während kortikale Strukturen, im Besonderen dorsolateraler präfrontaler (DLPFC) und anteriorer cingulärer Kortex (ACC), mit Selbstkontrolle assoziiert werden. Das Belohnungssystem ist eng mit dopaminergen Signalübertragungswegen verbunden, die unter anderem durch Gene für Dopamin- Rezeptor, -Transporter und -Abbau beeinflusst werden. Studien zur Erforschung der behavioralen Grundlagen und neuronalen Zusammenhänge menschlicher Entscheidungen haben bislang vor allem Forced-Choice-Paradigmen verwendet, bei denen sich die Probanden zwischen einer sofort verfügbaren, kleineren Belohnung und einer späteren, größeren Belohnung entscheiden müssen. Bei dieser Operationalisierung erfolgt bei jeder Entscheidung eine eindeutige Zuordnung zum impulsiven oder selbstkontrollierten System, alltägliche Entscheidungen hingegen sind meist deutlich weniger eindeutig und transparent. Aus diesem Grund wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein fMRT-Paradigma entwickelt, das menschliche Entscheidungen abbildet, ohne auf diese dichotome Einteilung zurückzugreifen. So sollten mithilfe des Versuchsresistenz-Paradigmas (VR-Paradigma) sowohl Belohnungsareale aktiviert, als auch schwierige Entscheidungen abgebildet werden. Dabei wurden den Probanden in neun Blöcken jeweils zwanzig kleine Geldbeträge (zwischen einem und 99 Cent) angeboten, von denen pro Block nur fünf gutgeschrieben werden konnten. Es wurden zwei aufeinander aufbauende Studien an unterschiedlichen Stichproben durchgeführt: Im Rahmen der ersten Studie wurden 53 männliche Studenten untersucht. Neben dem VR-Paradigma wurden psychologische Fragebögen erhoben, bei 30 Probanden erfolgte außerdem eine genetische Analyse hinsichtlich dreier Dopamin-assoziierter Polymorphismen (COMT Val158Met, DAT1 und DRD2/ANKK1 Taq 1A). In einer zweiten Studie wurden die Daten 16 männlicher alkoholabhängiger Patienten sieben bis 14 Tage nach Beginn eines Entzugs und 16 männlicher Kontrollprobanden analysiert. Diese wurden ebenfalls dem VR-Paradigma unterzogen und begleitend mithilfe psychologischer Fragebögen untersucht. Bei der Auswertung wurden die Entscheidungen im Sinne eines 2x2-Designs nach Antwort (Ja oder Nein) und Höhe (Hoch (≥ individuellem Median der gutgeschriebenen Beträge) oder Niedrig (< individuellem Median) eingeteilt. Dabei sollten Belohnungsreaktionen vor allem bei höheren Beträgen auftreten, während schwierige Entscheidungen und Versuchungsresistenz über die Ablehnung hoher Beträge und die Annahme niedriger Beträge abgebildet werden. Die Auswertung der ersten Studie erbrachte einen signifikanten Unterschied der Reaktionszeiten im VR-Paradigma bezogen auf die Höhe der angebotenen Beträge und die Interaktion von Antwort und Höhe, wobei die Ablehnung eines hohen Betrags die längsten Reaktionszeiten hervorrief. Bei hohen im Vergleich zu niedrigen Beträgen konnten Aktivierungen im bilateralen ventralen Striatum, rechten DLPFC, ACC, in der bilateralen Insula und im inferioren parietalen Lobus (IPL) nachgewiesen werden. Bei der Ausübung von Versuchungsresistenz (Interaktion der Haupteffekte) wurde dagegen der linke DLPFC aktiviert. Im Rahmen einer Konnektivitätsanalyse (psychophysiologische Interaktionen) konnte eine Korrelation der Aktivierung des linken DLPFC mit dem ventralen Striatum nur bei hohen abgelehnten Beträgen, nicht aber bei niedrigen zurückgewiesenen Beträgen gefunden werden. Bezüglich der Verbindung zwischen neuronaler Aktivierung und Persönlichkeit konnten Zusammenhänge der Belohnungsreaktion mit hohen Werten auf Impulsivitätsskalen und für Risikoverhalten sowie niedrigen Werten für Selbstkontrolle nachgewiesen werden. Für die Aktivierung in Kontrollarealen bei Versuchungsresistenz konnte ein entgegengesetzter Effekt beobachtet werden. Die Auswertung der genetischen Daten ergab eine signifikante stärkere Aktivierung des ventralen Striatums bei 10R- Homozygoten. Bei 10R-Homozygoten liegt eine erhöhte Zahl von Dopamin-Transportern an der Synapse vor, was am ehesten zu einer verringerten Verfügbarkeit von Dopamin im synaptischen Spalt führt. Die Auswertung von Studie 2 erbrachte signifikante Unterschiede der Reaktionszeiten nur bezüglich der Höhe der angebotenen Belohnung, die Gruppenzugehörigkeit (Patient- Kontrolle) und die Interaktion der Haupteffekte hatten keinen Einfluss. Die Patienten behielten signifikant häufiger eine Kaufoption bis zum Ende eines Blocks übrig. Bei der neuronalen Aktivierung konnte eine stärkere Aktivierung des linken DLPFC und linken IPL bei Patienten nachgewiesen werden. Außerdem fanden sich signifikant höhere Werte auf impulsivitätsassoziierten Persönlichkeitsskalen für Patienten im Vergleich zu Kontrollen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten mit dem neu entwickelten VR-Paradigma neuronale Aktivierungen in Belohnungs- (v.a. ventrales Striatum) und Kontrollarealen (v.a. linker DLPFC und ACC) nachgewiesen werden. Außerdem scheint eine Konnektivität zwischen DLPFC und ventralem Striatum abhängig von der Notwendigkeit zur Ausübung kognitiver Kontrolle zu bestehen. Das Ausmaß neuronaler Aktivierung war mit Persönlichkeitsmaßen von Impulsivität und Selbstkontrolle korreliert, hier haben also interindividuelle Unterschiede in neuronaler Aktivierung Auswirkungen auf die Persönlichkeit. Der gefundene Einfluss des DAT1-Gens steht im Gegensatz zu bisherigen Befunden, dies kann mit der unterschiedlichen Operationalisierung zusammenhängen. Unterschiede zwischen alkoholabhängigen Patienten und Kontrollen hinsichtlich einer stärkeren Aktivierung in Kontrollarealen bei Patienten lassen vermuten, dass Patienten einen höheren kognitiven Aufwand zur Kontrollausübung aufwenden müssen. Mithilfe des neuartigen Versuchungsresistenz-fMRT-Paradigmas zur Versuchungsresistenz werden bekannte Hirnregionen im Entscheidungsprozess angesprochen und es bietet darüber hinaus neue Einblicke in Interaktionseffekte. Weiterführende Studien können über eine Anwendung des Paradigmas an einer größeren klinischen Stichprobe in Verbindung mit genetischer Analytik neue Einblicke in Suchtmechanismen und deren Aufrechterhaltung ermöglichen.

Probabilistic model checking mainly concentrates on techniques for reasoning about the probabilities of certain path properties or expected values of certain random variables. For the quantitative system analysis, however, there is also another type of interesting performance measure, namely quantiles. A typical quantile query takes as input a lower probability bound p ∈ ]0,1] and a reachability property. The task is then to compute the minimal reward bound r such that with probability at least p the target set will be reached before the accumulated reward exceeds r. Quantiles are well-known from mathematical statistics, but to the best of our knowledge they have not been addressed by the model checking community so far. In this paper, we study the complexity of quantile queries for until properties in discrete-time finite-state Markov decision processes with nonnegative rewards on states. We show that qualitative quantile queries can be evaluated in polynomial time and present an exponential algorithm for the evaluation of quantitative quantile queries. For the special case of Markov chains, we show that quantitative quantile queries can be evaluated in pseudo-polynomial time.

Similarities and differences between obesity and addiction are a prominent topic of ongoing research. We conducted an activation likelihood estimation meta-analysis on 87 studies in order to map the functional magnetic resonance imaging (fMRI) response to reward in participants with obesity, substance addiction and non-substance (or behavioural) addiction, and to identify commonalities and differences between them. Our study confirms the existence of alterations during reward processing in obesity, non-substance addiction and substance addiction. Specifically, participants with obesity or with addictions differed from controls in several brain regions including prefrontal areas, subcortical structures and sensory areas. Additionally, participants with obesity and substance addictions exhibited similar blood-oxygen-level-dependent fMRI hyperactivity in the amygdala and striatum when processing either general rewarding stimuli or the problematic stimuli (food and drug-related stimuli, respectively). We propose that these similarities may be associated with an enhanced focus on reward – especially with regard to food or drug-related stimuli – in obesity and substance addiction. Ultimately, this enhancement of reward processes may facilitate the presence of compulsive-like behaviour in some individuals or under some specific circumstances. We hope that increasing knowledge about the neurobehavioural correlates of obesity and addictions will lead to practical strategies that target the high prevalence of these central public health challenges.

Täglich treffen Menschen zahlreiche Entscheidungen. Häufig stellt sich dabei die Frage, ob man einer direkt verfügbaren Versuchung nachgibt oder versucht, ein in der Zukunft liegendes Ziel zu erreichen. Impulsivität und Selbstkontrolle können dabei als konfligierende Persönlichkeitseigenschaften im Entscheidungsprozess gesehen werden. In der Entscheidungsforschung wird postuliert, dass zwei getrennte Systeme existieren, die bei jeder Wahl berücksichtigt werden: ein eher impulsives und ein reflektives System. Je nach Stärke der Anteile der beiden Systeme werde eine Entscheidung getroffen. Neben behavioralen Theorien haben die Befunde der kognitiven Neurowissenschaften dazu beigetragen, den beschriebenen Systemen relevante Hirnregionen zuzuschreiben: limbische Regionen, vor allem das ventrale Striatum, werden dabei vor allem mit dem impulsiven System in Verbindung gebracht, während kortikale Strukturen, im Besonderen dorsolateraler präfrontaler (DLPFC) und anteriorer cingulärer Kortex (ACC), mit Selbstkontrolle assoziiert werden. Das Belohnungssystem ist eng mit dopaminergen Signalübertragungswegen verbunden, die unter anderem durch Gene für Dopamin- Rezeptor, -Transporter und -Abbau beeinflusst werden. Studien zur Erforschung der behavioralen Grundlagen und neuronalen Zusammenhänge menschlicher Entscheidungen haben bislang vor allem Forced-Choice-Paradigmen verwendet, bei denen sich die Probanden zwischen einer sofort verfügbaren, kleineren Belohnung und einer späteren, größeren Belohnung entscheiden müssen. Bei dieser Operationalisierung erfolgt bei jeder Entscheidung eine eindeutige Zuordnung zum impulsiven oder selbstkontrollierten System, alltägliche Entscheidungen hingegen sind meist deutlich weniger eindeutig und transparent. Aus diesem Grund wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein fMRT-Paradigma entwickelt, das menschliche Entscheidungen abbildet, ohne auf diese dichotome Einteilung zurückzugreifen. So sollten mithilfe des Versuchsresistenz-Paradigmas (VR-Paradigma) sowohl Belohnungsareale aktiviert, als auch schwierige Entscheidungen abgebildet werden. Dabei wurden den Probanden in neun Blöcken jeweils zwanzig kleine Geldbeträge (zwischen einem und 99 Cent) angeboten, von denen pro Block nur fünf gutgeschrieben werden konnten. Es wurden zwei aufeinander aufbauende Studien an unterschiedlichen Stichproben durchgeführt: Im Rahmen der ersten Studie wurden 53 männliche Studenten untersucht. Neben dem VR-Paradigma wurden psychologische Fragebögen erhoben, bei 30 Probanden erfolgte außerdem eine genetische Analyse hinsichtlich dreier Dopamin-assoziierter Polymorphismen (COMT Val158Met, DAT1 und DRD2/ANKK1 Taq 1A). In einer zweiten Studie wurden die Daten 16 männlicher alkoholabhängiger Patienten sieben bis 14 Tage nach Beginn eines Entzugs und 16 männlicher Kontrollprobanden analysiert. Diese wurden ebenfalls dem VR-Paradigma unterzogen und begleitend mithilfe psychologischer Fragebögen untersucht. Bei der Auswertung wurden die Entscheidungen im Sinne eines 2x2-Designs nach Antwort (Ja oder Nein) und Höhe (Hoch (≥ individuellem Median der gutgeschriebenen Beträge) oder Niedrig (< individuellem Median) eingeteilt. Dabei sollten Belohnungsreaktionen vor allem bei höheren Beträgen auftreten, während schwierige Entscheidungen und Versuchungsresistenz über die Ablehnung hoher Beträge und die Annahme niedriger Beträge abgebildet werden. Die Auswertung der ersten Studie erbrachte einen signifikanten Unterschied der Reaktionszeiten im VR-Paradigma bezogen auf die Höhe der angebotenen Beträge und die Interaktion von Antwort und Höhe, wobei die Ablehnung eines hohen Betrags die längsten Reaktionszeiten hervorrief. Bei hohen im Vergleich zu niedrigen Beträgen konnten Aktivierungen im bilateralen ventralen Striatum, rechten DLPFC, ACC, in der bilateralen Insula und im inferioren parietalen Lobus (IPL) nachgewiesen werden. Bei der Ausübung von Versuchungsresistenz (Interaktion der Haupteffekte) wurde dagegen der linke DLPFC aktiviert. Im Rahmen einer Konnektivitätsanalyse (psychophysiologische Interaktionen) konnte eine Korrelation der Aktivierung des linken DLPFC mit dem ventralen Striatum nur bei hohen abgelehnten Beträgen, nicht aber bei niedrigen zurückgewiesenen Beträgen gefunden werden. Bezüglich der Verbindung zwischen neuronaler Aktivierung und Persönlichkeit konnten Zusammenhänge der Belohnungsreaktion mit hohen Werten auf Impulsivitätsskalen und für Risikoverhalten sowie niedrigen Werten für Selbstkontrolle nachgewiesen werden. Für die Aktivierung in Kontrollarealen bei Versuchungsresistenz konnte ein entgegengesetzter Effekt beobachtet werden. Die Auswertung der genetischen Daten ergab eine signifikante stärkere Aktivierung des ventralen Striatums bei 10R- Homozygoten. Bei 10R-Homozygoten liegt eine erhöhte Zahl von Dopamin-Transportern an der Synapse vor, was am ehesten zu einer verringerten Verfügbarkeit von Dopamin im synaptischen Spalt führt. Die Auswertung von Studie 2 erbrachte signifikante Unterschiede der Reaktionszeiten nur bezüglich der Höhe der angebotenen Belohnung, die Gruppenzugehörigkeit (Patient- Kontrolle) und die Interaktion der Haupteffekte hatten keinen Einfluss. Die Patienten behielten signifikant häufiger eine Kaufoption bis zum Ende eines Blocks übrig. Bei der neuronalen Aktivierung konnte eine stärkere Aktivierung des linken DLPFC und linken IPL bei Patienten nachgewiesen werden. Außerdem fanden sich signifikant höhere Werte auf impulsivitätsassoziierten Persönlichkeitsskalen für Patienten im Vergleich zu Kontrollen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten mit dem neu entwickelten VR-Paradigma neuronale Aktivierungen in Belohnungs- (v.a. ventrales Striatum) und Kontrollarealen (v.a. linker DLPFC und ACC) nachgewiesen werden. Außerdem scheint eine Konnektivität zwischen DLPFC und ventralem Striatum abhängig von der Notwendigkeit zur Ausübung kognitiver Kontrolle zu bestehen. Das Ausmaß neuronaler Aktivierung war mit Persönlichkeitsmaßen von Impulsivität und Selbstkontrolle korreliert, hier haben also interindividuelle Unterschiede in neuronaler Aktivierung Auswirkungen auf die Persönlichkeit. Der gefundene Einfluss des DAT1-Gens steht im Gegensatz zu bisherigen Befunden, dies kann mit der unterschiedlichen Operationalisierung zusammenhängen. Unterschiede zwischen alkoholabhängigen Patienten und Kontrollen hinsichtlich einer stärkeren Aktivierung in Kontrollarealen bei Patienten lassen vermuten, dass Patienten einen höheren kognitiven Aufwand zur Kontrollausübung aufwenden müssen. Mithilfe des neuartigen Versuchungsresistenz-fMRT-Paradigmas zur Versuchungsresistenz werden bekannte Hirnregionen im Entscheidungsprozess angesprochen und es bietet darüber hinaus neue Einblicke in Interaktionseffekte. Weiterführende Studien können über eine Anwendung des Paradigmas an einer größeren klinischen Stichprobe in Verbindung mit genetischer Analytik neue Einblicke in Suchtmechanismen und deren Aufrechterhaltung ermöglichen.

Der Persönlichkeitsfaktor Impulsivität und eine verminderte Inhibitionsfähigkeit werden als Risikofaktoren für Suchterkrankungen diskutiert. Impulsivität ist ein multidimensionales Konstrukt und lässt sich durch Fragebögen wie die Barratt Impulsiveness Scale (BIS-11) quantifizieren. Inhibitionsfähigkeit kann mit Hilfe eines Stop-Signal Task operationalisiert werden und wird von einigen Autoren als Subdomäne von Impulsivität angesehen (Response Inhibition). Welche Domänen des Persönlichkeitsmerkmals Impulsivität die behavioralen und neuronalen Korrelate von Inhibitionsfähigkeit abbilden, ist allerdings bis jetzt nicht eindeutig geklärt. Auch Veränderungen der Belohnungswahrnehmung tragen zur Pathogenese von Suchterkrankungen bei, und belohnungsassoziierte Aktivierungen im ventralen Striatum weisen bei Gesunden eine positive Beziehung zu Impulsivität auf. Die impulsivitätsabhängigen Auswirkungen von Belohnungsverarbeitung auf die Inhibitionsfähigkeit sind jedoch unzureichend verstanden. Zur weiteren Untersuchung der Beziehung von Impulsivität und Inhibitionsfähigkeit sowie ihrer Interaktion mit Belohnungsverarbeitung selektierten wir aus einer Gruppe von 452 Probanden je 26 hoch und niedrig impulsive Probanden, deren durchschnittliche BIS-11 Werte den Kriterien für hohe bzw. niedrige Impulsivität entsprachen. Alle 52 Probanden absolvierten einen Stop-Signal Task mit integrierter Belohnungskomponente während einer simultanen funktionellen MRT Messung (fMRT). Neben einer neuropsychologischen Testung erhielten die Probanden eine umfassende Charakterisierung ihrer Persönlichkeits- und Impulsivitätsdomänen durch die Fragebögen UPPS (Urgency, Lack of Premeditation, Lack of Perseverance, Sensation Seeking), Sensation Seeking Scale und NEO-Fünf-Faktoren-Inventar. Die Auswertung der Verhaltensdaten erfolgte mit SPSS, die Analyse der fMRT-Daten nach einer Vorverarbeitung mit SPM getreu des General Linear Model. Für die Extremgruppen des BIS-11 fanden wir, entgegen unserer anfänglichen Vermutung, keinen signifikanten Gruppenunterschied, weder hinsichtlich der behavioral gemessenen Inhibitionsfähigkeit (SSRT), noch im neuronalen Aktivierungsmuster des Inhibitionsnetzwerks. Eine feinere Untersuchung unter Einbezug der Impulsivitätsubdomänen zeigte, dass die Subdimension Urgency die individuelle Inhibitionsfähigkeit der Probanden am besten vorhersagte und eine positive Korrelation mit dem Inhibitionsmaß SSRT aufwies. Interessanterweise zeigten Urgency-Werte zusätzlich auch eine negative Korrelation mit den neuronalen Aktivierungen im rechten inferior-frontalen Gyrus, einer Schlüsselregion des Inhibitionsnetzwerks. Belohnte erfolgreiche Stop-Trials wiesen gegenüber nicht erfolgreichen belohnten Stop-Trials auf neuronaler Ebene eine verstärkte Aktivierung des ventralen Striatums auf. Diese Aktivierung zeigte Ähnlichkeit mit einem Prädiktionsfehlersignal und könnte möglicherweise ein selbst generiertes Feedbacksignal darstellen. Nur Probanden mit niedrigen Urgency-Werten konnten dieses potentielle Feedbacksignal für eine verbesserte Inhibition (kürzere SSRT) nutzen, während sich dieser Zusammenhang nicht für Probanden mit höheren Urgency-Werten zeigte. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Beziehung zwischen Impulsivität und behavioraler Inhibitionsfähigkeit vorsichtig und gezielt multidimensional betrachtet werden sollte. Während der Gesamtscore des BIS-11 Response Inhibition nicht ausreichend abzubilden scheint, zeigte die Subdimension Urgency sowohl behavioral als auch neuronal eine Assoziation mit einer verminderten Inhibitionsfähigkeit. Interessanterweise weist Urgency auch eine Verbindung zur Belohnungsverarbeitung im Stop-Signal Task auf und scheint mit dem Nutzen von potentiellen individuellen Feedbacksignalen verknüpft zu sein. Da Urgency-Werte sich bei verschiedenen psychischen Störungen, wie Abhängigkeitserkrankungen, erhöht zeigen, stellt Urgency möglicherweise ein Bindeglied zwischen Response Inhibition und Belohnungsverarbeitung dar. Aus diesen Gründen sollte Urgency in zukünftigen Studien zu den Entstehungsmechanismen von Suchterkrankungen als Moderator von behavioraler Handlungsadaption miteinbezogen werden.

Introduction: The emergence of Pavlovian-to-instrumental transfer (PIT) research in the human neurobehavioral domain has been met with increased interest over the past two decades. A variety of PIT tasks were developed during this time; while successful in demonstrating transfer phenomena, existing tasks have limitations that should be addressed. Herein, we introduce two PIT paradigms designed to assess outcome-specific and general PIT within the context of addiction. - Materials and Methods: The single-lever PIT task, based on an established paradigm, replaced button presses with joystick motion to better assess avoidance behavior. The full transfer task uses alcohol and nonalcohol rewards associated with Pavlovian cues and instrumental responses, along with other gustatory and monetary rewards. We constructed mixed-effects models with the addition of other statistical analyses as needed to interpret various behavioral measures.- Results: Single-lever PIT: both versions were successful in eliciting a PIT effect (joystick: p < 0.001, ηp² = 0.36, button-box: p < 0.001, ηp ² = 0.30). Full transfer task: it was determined that the alcohol and nonalcoholic reward cues selectively primed their respective reward-associated responses (gustatory version: p < 0.001, r = 0.59, and monetary version: p < 0.001, r = 0.84). The appetitive/aversive cues resulted in a general transfer effect (gustatory: p < 0.001, ηp² = 0.09, and monetary: p < 0.001, ηp ² = 0.17). - Discussion/Conclusion: Single-lever PIT: PIT was observed in both task versions. We posit that the use of a joystick is more advantageous for the analysis of avoidance behavior. It evenly distributes movement between approach and avoid trials, which is relevant to analyzing fMRI data. Full transfer task: While gustatory conditioning has been used in the past to elicit transfer effects, we present the first paradigm that successfully elicits both specific and general transfers in humans with gustatory alcohol rewards.

Hippocampal place-cell sequences observed during awake immobility often represent previous experience, suggesting a role in memory processes. However, recent reports of goals being overrepresented in sequential activity suggest a role in short-term planning, although a detailed understanding of the origins of hippocampal sequential activity and of its functional role is still lacking. In particular, it is unknown which mechanism could support efficient planning by generating place-cell sequences biased toward known goal locations, in an adaptive and constructive fashion. To address these questions, we propose a model of spatial learning and sequence generation as interdependent processes, integrating cortical contextual coding, synaptic plasticity and neuromodulatory mechanisms into a map-based approach. Following goal learning, sequential activity emerges from continuous attractor network dynamics biased by goal memory inputs. We apply Bayesian decoding on the resulting spike trains, allowing a direct comparison with experimental data. Simulations show that this model (1) explains the generation of never-experienced sequence trajectories in familiar environments, without requiring virtual self-motion signals, (2) accounts for the bias in place-cell sequences toward goal locations, (3) highlights their utility in flexible route planning, and (4) provides specific testable predictions.

Eine phasische Ausschüttung des Neurotransmitters Dopamin wird u.a. mit positivem Affekt, der Reaktivität auf Neuheit und kognitiver Handlungssteuerung in Verbindung gebracht. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde der dopaminerge Einfluss auf die Flexibilität und Stabilität der Handlungssteuerung untersucht. Für eine zielgerichtete Handlung sind beide antagonistischen Anforderungen notwendig. Einerseits müssen gewählte Handlungsabsichten gegenüber irrelevanten Ablenkungsreizen abgeschirmt und somit stabilisiert werden. Andererseits müssen diese Absichten im Falle handlungsrelevanter Änderungen der Situation flexibel angepasst werden. Als theoretische Grundlage für die vorliegende Arbeit dienten in diesem Zusammenhang folgende Kernthesen von Miller und Cohen (2001): (1) Der präfrontale Kortex (PFC) ist entscheidend an der Regulation der Handlungssteuerung beteiligt. (2) Eine phasische Dopaminausschüttung ermöglicht die Aufnahme neuer Reize im PFC und damit die Möglichkeit, gegebenenfalls aktuelle Regeln und Ziele zu ändern. (3) Eine phasische Dopaminausschüttung verschiebt demnach die Balance zwischen einer flexiblen und stabilen Handlungssteuerung in Richtung Flexibilität. In den ersten beiden Studien der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss interindividueller Unterschiede dopaminerger Aktivität auf die Flexibilität der Handlungssteuerung untersucht. Als Prädiktoren wurden die spontane Lidschlagrate (EBR), die Polymorphismen COMT Val-158-Met und DRD4 Exon III sowie das Geschlecht eingesetzt. In der dritten Studie sollte eine Dopaminausschüttung experimentell durch die Darbietung von Signalen einer potenziellen Belohnung (Geldgewinn) stimuliert werden. Hierdurch sollten die beobachteten Zusammenhänge aus den ersten beiden Studien erhärtet und in einem erweiterten theoretischen Kontext untersucht werden. In allen drei Studien zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang von Lidschlagrate und kognitiver Flexibilität (mittleres η²=8%). Entsprechend der Vorhersage wurde mit steigender Lidschlagrate eine erhöhte Flexibilität beobachtet. Ferner ergaben sich Interaktionseffekte zwischen EBR und DRD 4 Exon III Polymorphismus bzw. EBR und Geschlecht, sowie ein Geschlechtshaupteffekt. Zur Stabilität dieser Effekte konnte jedoch jeweils keine abschließende Aussage gemacht werden. In der dritten Studie zeigte sich bei Darbietung des Belohnungssignals eine erhöhte kognitive Stabilität (η²=7%). Dieser Zusammenhang wurde vom subjektiven Erlebens des Experiments moderiert (η²=11%): Personen, die den Eindruck hatten, ohne große Anstrengung viel zu gewinnen, zeigten eine erhöhte kognitive Flexibilität. Diese beiden Befunde können innerhalb einer integrativen Theorie von Cohen et al. (2004) plausibel erklärt werden. Der Belohnungs-Haupteffekt könnte auf die Dominanz eines (noradrenergen) Wirkungspfades im Kontext der Wettkampfsituation hinweisen. Der moderierende Effekt des subjektiven Erlebens könnte gemäß der oben erläuterten Kernthesen von Miller und Cohen (2001) als gleichzeitige Flexibilisierung über den dopaminergen Wirkungspfad interpretiert werden, die insbesondere bei geringer wahrgenommener Anstrengung dominieren kann. Als wichtigstes Ergebnis der vorliegenden Arbeit kann zusammenfassend festgestellt werden, dass die Hypothese einer dopaminergen Beeinflussung der Flexibilitäts-Stabilitäts-Balance der kognitiven Handlungssteuerung durch die Ergebnisse der drei Studien unterstützt werden konnte. Dabei erwies sich insbesondere die spontane Lidschlagrate als zuverlässiger non-invasiver und effizient zu erhebender Prädiktor dopaminerger Aktivität. Der flexibilisierende Einfluss von Dopamin kann von einem stabilisierenden Einfluss überlagert werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine erforderliche Leistung zur Erreichung einer Belohnung als nützlich eingeschätzt und subjektiv als anstrengend wahrgenommen wird. / Converging evidence suggests a modulatory role of the neurotransmitter dopamine concerning reward, positive affect, novelty, and cognitive control. According to Miller and Cohen (2001) a phasic burst of dopamine shifts the balance between cognitive flexibility versus stability towards increased flexibility. Based on this assumption the current dissertation aimed at revealing associations between correlates of dopaminergic activity and the cognitive flexibility in an attentional set-shifting paradigm. In the first two studies we examined individual differences in the spontaneous eyeblink rate (EBR), the polymorphisms DRD4 exon III and COMT Val158Met polymorphism, as well as gender. In the third study we examined the impact of prospective monetary gains. Through this the findings of the first two studies should be validated and tested in an extended theoretical background. In all three studies an association between high EBR and increased cognitive flexibility was observed (mean η²=8%). Thus the main thesis of Miller and Cohen (2001) could be confirmed. Furthermore we observed interactions between EBR and DRD4 and EBR and gender, as well as a gender main effect on cognitive flexibility. In the third study we observed increased cognitive stability in the face of prospective gains (η²=7%). However, this effect was modulated by the subjective evaluation of the reward cues: participants who reported increasing their effort in response to reward cues showed increased cognitive stability whereas those who reported a positive and relaxed attitude towards the reward cues showed increased flexibility (η²=11%). The results thus suggest that the flexibility-stability-balance is modulated by the perceived effort needed to receive the potential reward.

Delay Discounting im Sinne eines Abwertens zukünftiger Belohnungen ist ein weit verbreitetes Phänomen. Es zeigt sich z. B. in persönlichen Angelegenheiten, wie der Entscheidung für den kurzfristigen Genuss von Süßigkeiten und gegen die langfristigen, durchaus größeren Vorteile einer schlanken Figur. Auch internationale wirtschaftliche und politische Diskussionen zum Klimaschutz oder der Finanzkrise werden von der Präferenz für sofortige, kleinere Belohnungen über verzögerte, größere Belohnungen getrieben. In der Psychologie wird Delay Discounting als Maß für Impulsivität bzw. Selbstkontrolle mit dem Auftreten von Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitäts-Syndromen und von Abhängigkeitserkrankungen in Verbindung gebracht. Bezüglich der neuronalen Grundlagen von Delay Discouting ist mithilfe von sogenannten Intertemporal Choice Tasks bereits herausgefunden worden, dass die Entscheidung für eine sofortige Belohnung stärkere neuronale Aktivierung in belohnungsspezifischen Gehirnregionen evoziert als die Entscheidung für eine verzögerte Belohnung. Außerdem wurden sowohl theoretisch wie auch empirisch ein impulsives und ein reflektives System als Grundlage des Delay Discounting beschrieben, deren Existenz jedoch von manchen Wissenschaftlern angezweifelt wird. Ebenso wird angezweifelt, ob Delay Discounting unabhängig vom Einsatz von Intertemporal Choice Tasks und der damit verbundenen Entscheidung zwischen zwei Alternativen überhaupt besteht. Da die neuronalen Grundlagen des Delay Discounting und des impulsiven und reflektiven Systems bisher nicht unabhängig von einer Entscheidungsaufgabe erfasst wurden, konnten diese Zweifel nicht ausgeräumt werden. Ebenso ist zurzeit unbekannt, ob sich die neuronalen Korrelate des Delay Discounting bei Personen mit unterschiedlichen Persönlichkeitseigenschaften, bei Männern und Frauen, bei Rauchern und Nichtrauchern und in Abhängigkeit von verschiedenen Genvarianten unterscheiden. Um diese Lücke zu schließen, ist im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein neuartiges Delay Discounting Paradigma zum Einsatz im Magnetresonanztomographen entwickelt worden. Dieses Paradigma ähnelt einem Monetary Incentive Delay Task und ermöglicht es, neuronale Aktivierung bei der Antizipation und bei dem Erhalt einer einzelnen Belohnung zu einem Zeitpunkt zu erfassen. Außerdem kann nach der Antizipation einer Belohnung, die sich durch eine bestimmte Höhe (0,05 €, 0,50 €, 1,00 €) und eine bestimmte Auszahlungsverzögerung (0 Tage, 10 Tage, 100 Tage) auszeichnet, in einer einfachen visuellen Diskriminationsaufgabe eine Reaktionszeit erfasst werden, die als behaviorales Maß für die inzentive Motivation fungiert. Zusammen mit einer Erfassung verschiedener Persönlichkeitseigenschaften und einer Genotypisierung für den COMT Val 158 Met Polymorphismus, den DRD2 Taq 1 A Polymorphismus und den DAT 1 Polymorphismus ist das Delay Discounting Paradigma an insgesamt 90 Probanden im Magnetresonanztomographen eingesetzt worden, so dass 84 auswertbare Datensätze gewonnen werden konnten. Diese 84 Datensätze stammten insgesamt von 42 Frauen und 42 Männern bzw. von 43 strikten Nichtrauchern, 38 starken Rauchern und drei Gelegenheitsrauchern. Anhand der Auswertung der Gesamtstichprobe konnte bestätigt werden, dass das Delay Discounting Paradigma belohnungs- und verzögerungsspezifisch unterschiedliche Reaktionszeiten und unterschiedliche neuronale Aktivierung hervorruft. In belohnungsverarbeitenden Gehirnregionen wie dem ventralen Striatum zeigte sich sowohl stärkere Aktivierung für größere Belohnungen als auch für Belohnungen, die früher ausgezahlt wurden. Damit steht fest, dass Delay Discounting unabhängig von der Entscheidung zwischen zwei Alternativen auftritt. Außerdem konnte erstmalig ein Interaktionseffekt zwischen Belohnungshöhe und Belohnungsverzögerung aufgedeckt werden: Es zeigte sich eine Abnahme der Differenzen in der neuronalen Aktivierung zwischen größter und kleinster Belohnung über die Zeit, was auf eine Indifferenz gegenüber der Höhe verzögerter Belohnung hindeutet. Ein Einfluss der Belohnungsverzögerung wurde allerdings nur beim Erhalt von Belohnungen messbar, bei der Antizipation von Belohnungen zeigte sich kein Delay Discounting Effekt. Bezüglich der Kontroverse zur Existenz eines impulsiven und reflektiven Systems konnten Ergebnisse gewonnen werden, die beide Positionen integrieren. So wurde zwar die Beteiligung von zwei distinkten neuronalen Systemen beim Abwerten zukünftiger Belohnungen bestätigt, allerdings zeigte sich auch, dass beide Systeme – in einem unterschiedlichen Ausmaß – verzögerte Belohnungen abwerten. Trotzdem wird von den vorliegenden Ergebnissen die Annahme, dass sich aus der Interaktion von impulsivem und reflektivem System impulsives und selbstkontrolliertes Verhalten ergeben kann, gestützt. Im Hinblick auf die interindividuellen Unterschiede, die in der vorliegenden Arbeit aufgedeckt werden sollten, haben sich vor allem Zusammenhänge zwischen dem subjektiv berichteten allgemeinen Stress der Versuchspersonen (operationalisiert über das Selbststeuerungsinventar) und der neuronalen Aktivität von Gehirnregionen, die dem impulsiven und reflektiven System zugeordnet werden, gezeigt. So ist bei niedrigem Stress das impulsive System signifikant weniger aktiviert als das reflektive System, während sich bei hohem Stress dieser Zusammenhang umkehrt. Die relative Hyperaktivierung des impulsiven Systems bei Stress könnte erklären, warum unter Stress vermehrt Rückfälle bei abhängigkeitserkrankten Probanden beobachtet werden. Außerdem ging starkes neuronales Delay Discounting in medial präfrontalen Gehirnregionen mit hohem Stress, ebenso wie mit hoher nichtplanender Impulsivität (gemessen anhand der Barratt Impulsivitätsskala) und mit geringer Selbstkontrolle (gemäß des Selbststeuerungsinventars) einher. Dieses Ergebnis belegt unter anderem, dass das neu entwickelte Delay Discounting Paradigma neuronale Prozesse abbildet, die mit Impulsivität und Selbstkontrolle in Verbindung stehen. Darüber hinaus konnte kongruent mit entsprechenden Vorbefunden ein Einfluss des COMT Val 158 Met Polymorphismus auf das neuronale Delay Discounting im ventralen Striatum und erstmalig ein Zusammenhang zwischen dem DRD2 Taq 1 A A1-Allel und neuronalem Delay Discounting im posterioren Cingulum aufgedeckt werden. Damit ist die Bedeutung des Neurotransmitters Dopamin, der durch die untersuchten Polymorphismen beeinflusst wird, für die neuronalen Grundlagen des Delay Discounting bestätigt worden. Zusammengenommen deuten sowohl die beschriebenen Befunde als auch die sonstigen Ergebnisse der Arbeit darauf hin, dass sich neuronales Delay Discounting interindividuell unterscheidet. Im Hinblick auf Pathologien, die mit diesem Phänomen in Verbindung stehen, sollte daher weitere Forschung zu interindividuellen Unterschieden und zu spezifischen Behandlungsmethoden erfolgen.