Focus of the present work were the questions whether and how the concept of waiting impulsivity (WI), defined as the ability to regulate a response in anticipation of reward and measured by the 4-choice serial reaction time task (4-CSRTT), may contribute to our understanding of Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) and its neurobiological underpinnings. To address this topic, two studies were conducted: in a first study, the relationship be-tween 4-CSRTT behavioral measures, neural correlates and ADHD symptom domains, i.e. inattention (IA) and hyperactivity/impulsivity (H/I) was explored in a pooled sample of 90 children and adolescents with (n=44) and without (n=46) ADHD diagnosis. As ex-pected, IA was associated with dorsolateral prefrontal brain regions linked with executive functions and attentional control, which was evident on the structural and the functional level. Higher levels of both IA and H/I covaried with decreased activity in the right ven-trolateral prefrontal cortex (PFC), a central structure for response inhibition. Moderation analyses revealed that H/I-related decreased activation in this region did not map linearly on difficulties on the behavioral level: brain activation was a significant predictor of task accuracy only, when H/I symptoms were low/absent but not for clinically relevant ADHD symptoms. Further, H/I was implicated in dysfunctional top-down control of reward eval-uation. Both symptom domains correlated positively with hippocampus (HC) activity in anticipation of reward. In addition, for high H/I symptoms, greater activation in the HC was found to correlate with higher motivation on the behavioral level, indicating that rein-forcement-learning and/or contingency awareness may contribute to altered reward pro-cessing in ADHD patients. In a second study, the possible serotonergic modulation of WI and the ADHD-WI relation-ship was addressed in a sub-sample comprising 86 children and adolescents of study I. The effects of a functional variant in the gene coding for the rate-limiting enzyme in the synthesis of brain serotonin on behavior and structure or function of the WI-network was investigated. Moderation analyses revealed that on the behavioral level, a negative corre-lation between accuracy and IA was found only in GG-homozygotes, whereas no signifi-cant relationship emerged for carriers of the T-allele. This is in line with previous reports of differential effects of serotonergic modulation on attentional performance depending on the presence of ADHD symptoms. A trend-wise interaction effect of genotype and IA for regional volume of the right middle frontal gyrus was interpreted as a hint towards an involvement of the PFC in this relationship, although a more complex mechanism includ-ing developmental effects can be assumed. In addition, interaction effects of genotype and IA were found for brain activation in the amygdala (AMY) und HC during perfor-mance of the 4-CSRTT, while another interaction was found for H/I symptoms and geno-type for right AMY volume. These findings indicate a serotonergic modulation of coding of the emotional value of reward during performance of the 4-CSRTT that varies de-pending on the extent of psychopathology-associated traits. Taken together, it was shown that the 4-CSRTT taps distinct domains of impulsivity with relevance to ADHD symptomatology: (proactive) response inhibition difficulties in relation with anticipation of reward. Furthermore, the two symptom domains, IA and H/I, contrib-ute differently to WI, which emphasizes the need to distinguish both in the research of ADHD. The results of study II emphasized the relevance of serotonergic transmission especially for attentional control and emotional processing. Although the present findings need replication and further refinement in more homogenous age groups, the use of the 4-CSRTT with a dimensional approach is a very promising strategy, which will hopefully extend our understanding of impulsivity-related mental disorders in the future. / Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht das Konzept der Warte-Impulsivität (WI), definiert als die Fähigkeit der Antwort-Inhibition, während eine Belohnung erwartet wird, welche mittels des 4-choice serial reaction time task (4-CSRTT) erfasst werden kann. Es sollte untersucht werden ob und auf welche Weise WI und der 4-CSRTT genutzt werden können, um die neurobiologischen Grundlagen der Aufmerksamkeits-Defizit/Hyperaktivitäts-Störung (ADHS) besser zu verstehen. Es wurden zwei Studien durchgeführt: In einer ersten Studie wurde der Zusammenhang zwischen 4-CSRTT Verhaltensmaßen, ihren neuronalen Korrelaten und den ADHS Kern-Symptomen, Unaufmerksamkeit (IA) und Hyperaktivität/Impulsivität (H/I), überprüft. Es wurden 90 Kinder und Jugendliche mit (n=44) und ohne (n=46) ADHS-Diagnose unter-sucht. Erwartungsgemäß war IA, auf funktioneller und struktureller Ebene, mit dorsolate-ralen präfrontalen Hirnregionen assoziiert, die für Exekutivfunktionen und die Aufmerk-samkeitskontrolle zuständig sind. Stärkere Ausprägungen von IA und H/I gingen mit ver-ringerter Aktivität im rechten ventrolateralen präfrontalen Cortex (PFC), einer zentralen Struktur für die Inhibition von Antworten, einher. Moderationsanalysen ergaben, dass diese H/I-assoziierte geringere Aktivität nicht direkt mit Einschränkungen auf Verhaltens-ebene zusammenhing: Die Hirnaktivierung war nur in Abwesenheit von H/I Symptomen ein signifikanter Prädiktor der Sorgfaltsleistung, was bei stärkerer ADHS-Symptomatik nicht der Fall war. Darüber hinaus wiesen die Ergebnisse auf einen Zusammenhang zwi-schen H/I und dysfunktionaler Belohnungsverarbeitung hin. Beide Symptombereiche korrelierten während der Belohnungserwartung positiv mit Aktivität im Hippocampus (HC). Zusätzlich zeigte sich, dass bei stark ausgeprägten H/I-Symptomen eine höhere HC-Aktivierung mit höherer Motivation auf Verhaltensebene einher ging. Dies deutet da-rauf hin, dass Lernprozesse und ein Bewusstsein für Kontingenz bei der Verarbeitung von Belohnungen bei ADHS eine Rolle spielen könnten. In einer zweiten Studie wurde eine mögliche serotonerge Modulation von WI und dem WI-ADHS Zusammenhang betrachtet. Eine Teilstichprobe von 86 Probanden aus Studie I wurde untersucht. Eine funktionelle Genvariante des Enzyms, welches den entschei-denden Schritt in der Serotonin-Synthese im Gehirn katalysiert, wurde bezüglich seiner Effekte auf WI-Verhalten sowie Struktur und Funktion des WI-Netzwerks getestet. Mode-rationsanalysen zeigten, dass auf Verhaltensebene eine negative Korrelation zwischen IA und der Sorgfaltsleistung bei GG-Homozygoten, aber kein signifikanter Zusammenhang für Träger des T-Allels bestand. Unterschiedliche Effekte von serotonerger Modulation auf die Aufmerksamkeitsleistung in Abhängigkeit von ADHS-Symptomatik wurden be-reits in der Literatur berichtet. Ein Trend-Effekt für die Interaktion zwischen Genotyp und IA und dem Volumen des rechten Gyrus frontalis medius wurde als Hinweis auf eine Be-teiligung des PFC in diesem Zusammenhang interpretiert. Auf Grund möglicher Entwick-lungseffekte, ist aber ein komplexeres Zusammenspiel der verschiedenen Faktoren an-zunehmen. Interaktionseffekte von Genotyp und IA für Aktivität der Amygdala (AMY) und dem HC sowie für H/I und Genotyp bezüglich des Volumens der rechten AMY könn-ten auf eine serotonerge Modulation der emotionalen Bewertung von Belohnung hindeu-ten, die je nach ADHS-Symptomatik unterschiedlich ausfällt. Zusammenfassend zeigte sich, dass mittels des 4-CSRTT ADHS-relevante Aspekte von Impulsivität untersucht werden können: Schwierigkeiten der Antwortinhibition im Kontext von Belohnungserwartung. Sowohl IA als auch H/I hatten unterschiedlichen Einfluss auf WI. Sie sollten in der ADHS-Forschung differenziert betrachtet werden. Die Ergebnisse der zweiten Studie verdeutlichen, dass die serotonerge Transmission bei ADHS beson-ders bei Aufmerksamkeitsprozessen und emotionaler Verarbeitung eine Rolle spielt. Die vorliegenden Befunde sollten in homogeneren Alterskohorten überprüft werden. Sie ma-chen jedoch Hoffnung, dass mittels des 4-CSRTT und dimensionaler Forschungsansätze psychiatrische Störungen der Impulskontrolle besser verstanden werden können.

An der Ausbildung der individuellen Persönlichkeitseigenschaften eines Menschen sowie an der Entstehung von Persönlichkeitsstörungen und anderen psychischen Erkrankungen sind sowohl genetische Faktoren als auch Umwelteinflüsse beteiligt. Mittels Assoziationsstudien kann man prüfen, ob zwischen einzelnen genetischen Varianten und Persönlichkeitsmerkmalen bzw. psychischen Störungen ein Zusammenhang besteht. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden funktionelle Polymorphismen in zwei Kandidatengenen, der Dopamin-β-Hydroxylase (DBH) und der neuronalen NO-Synthase (NOS1), im Hinblick auf eine Assoziation mit Persönlichkeitsvariablen und Persönlichkeitsstörungen untersucht. Diese Enzyme spielen eine wichtige Rolle im noradrenergen bzw. nitrinergen System, die beide an der Steuerung des Verhaltens entscheidend beteiligt sind. Des Weiteren wurde geprüft, ob der Polymorphismus im Promotorbereich des DBH-Gens mit affektiven Störungen assoziiert ist. Die Genotypisierung wurde bei 642 Probanden mit Persönlichkeitsstörungen und 182 Patienten mit affektiven Störungen durchgeführt; die Kontrollgruppen umfassten 387 Personen (DBH-Polymorphismus) bzw. 494 Personen (NOS1-Polymorphismen). Eine Assoziation des -1021C→T-Polymorphismus des DBH-Gens mit affektiven Störungen ließ sich nicht nachweisen, obwohl Vorbefunde einen Zusammenhang zwischen dem mit einer niedrigen Plasmaaktivität der Dopamin-β-Hydroxylase assoziierten T/T-Genotyp und affektiven Störungen nahegelegt hatten. Diese Assoziation findet sich jedoch möglicherweise nur bei Subgruppen affektiver Störungen wie z. B. Depressionen mit psychotischer Symptomatik. Eine hochsignifikante Assoziation zeigte sich zwischen dem T/T-Genotyp und dem Auftreten von zwei oder mehr Persönlichkeitsstörungen, so dass dieser Genotyp als Risikofaktor für die Entwicklung von Persönlichkeitsstörungen angesehen werden kann. Des Weiteren ist der T/T-Genotyp mit verschiedenen Subskalen von Neuroticism, Agreeableness und Novelty Seeking assoziiert, die sich auf impulsives, feindseliges und wenig zielgerichtetes Verhalten beziehen. Dies bestätigt die Ergebnisse früherer Studien, die einen Zusammenhang zwischen dem noradrenergen System und impulsiven Verhaltensweisen gezeigt haben. Zahlreiche Studien weisen auch auf eine Verbindung zwischen Veränderungen des NOS1-Gens und impulsivem, aggressivem Verhalten hin. Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine Assoziation beider NOS1-Polymorphismen mit Cluster-B-Persönlichkeitsstörungen beobachtet werden, die Impulsivität als ein gemeinsames Merkmal aufweisen. Es fand sich jedoch keine Assoziation mit Persönlichkeitsdimensionen, die impulsives und aggressives Verhalten widerspiegeln. In einer Weiterführung der vorliegenden Studie mit größeren Probandenzahlen wurde erneut der Zusammenhang zwischen einem dieser NOS1-Polymorphismen, dem Exon-1f-VNTR, und Persönlichkeitsvariablen sowie dem durch gesteigerte Impulsivität gekennzeichneten Aufmerksamkeitsdefizit- und Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) bei erwachsenen Patienten untersucht. In dieser Studie wurde in der Kontrollgruppe eine nur bei Frauen statistisch signifikante Assoziation des kurzen Allels mit niedrigen Conscientiousness-Werten, die als Anzeichen für ein hohes Maß an Impulsivität verstanden werden können, beobachtet. Auch eine Assoziation des kurzen Allels mit ADHS konnte nachgewiesen werden, was die Bedeutung dieses Polymorphismus bei der Entstehung impulsiver Verhaltensweisen weiter untermauert. Zur Aufdeckung der genetischen Grundlage von Persönlichkeitseigenschaften und psychischen Erkrankungen bedarf es der Identifizierung weiterer genetischer Risikovarianten und deren Untersuchung in großen Assoziationsstudien mit einer hohen Probandenzahl. Um den Zusammenhang zwischen genetischen Varianten und Persönlichkeit bzw. Verhalten zu erhellen, müssen zudem komplexe Interaktionen verschiedener Gene und der Einfluss von Umweltfaktoren einbezogen werden. / Genetic factors and environmental influences contribute to human personality dimensions as well as to the development of personality disorders and other psychiatric diseases. Genetic association studies are used to test for a correlation between genetic variants and personality traits or psychiatric disorders. In this thesis, the association between functional polymorphisms in two candidate genes, the dopamine beta-hydroxylase gene (DBH) und the neuronal nitric oxide synthase gene (NOS1), and personality variables und personality disorders was investigated. These enzymes play an important role in the noradrenergic and nitrinergic system, respectively, which are both critically involved in the regulation of behaviour. Furthermore, we tested for an association between the promotor polymorphism in the DBH gene and affective disorders. Genotyping was performed on 642 subjects with personality disorders and 182 subjects with affective disorders; the control groups consisted of 387 individuals (DBH polymorphism) and 494 individuals (NOS1 polymorphisms), respectively. No association was observed between DBH -1021C→T genotype and affective disorders although previous findings had suggested a link between the T/T genotype (which is associated with lower dopamine beta-hydroxylase plasma activity) and affective disorders. However, this association may be limited to subgroups of affective disorders, e.g. unipolar psychotic depression. A highly significant association was detected between the T/T genotype and the co-occurrence of two or more personality disorders. Thus, this genotype can be regarded as a risk factor for the development of personality disorders. Furthermore, the T/T genotype is associated with various neuroticism, agreeableness and novelty seeking subscales related to impulsive, hostile and little goal-directed behaviour. This is in line with previous studies that showed a correlation between the noradrenergic system and impulsive behaviours. Numerous studies suggest a link between genetic variations in the NOS1 gene and impulsive, aggressive behaviour. In the present study, an association was detected between both NOS1 polymorphisms and Cluster B personality disorders which share the feature of impulsivity. However, no association was observed with personality dimensions reflecting impulsive and aggressive behaviour. A subsequent study with larger sample sizes investigated the correlation between one of the NOS1 polymorphisms, the Exon1f VNTR, and personality variables as well as adult attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), a disorder characterized by increased impulsivity. In healthy controls, an association was detected between the short allele and low levels of conscientiousness which indicate a high degree of impulsivity; this effect was statistically significant only for women. The short allele was also associated with ADHD which underscores the significance of this polymorphism in the development of impulsive behaviours. Identification of further genetic risk variants and their investigation in association studies with large sample sizes is needed to unravel the genetic basis of personality traits und psychiatric diseases. Furthermore, complex interactions of different genes as well as the influence of environmental factors must be taken into account in order to elucidate the relationship between genetic variants and personality and behaviour.

AVPR1A und NOS1 spielen in der aktuellen Forschung zu Paarbindungsverhalten bzw. Impulsivität eine wichtige Rolle. Ziel dieser Arbeit war es, einen Zusammenhang zwischen genetischen Varianten in diesen beiden Genen mit sexueller Aktivität, Treue und impulsivem Verhalten zu untersuchen. Dabei wurde die Hypothese aufgestellt, dass das lange Allel des AVPR1A RS3 Polymorphismus mit gesteigertem sexuellem Verhalten und entsprechend verringerter Treue assoziiert ist. Des Weiteren wurde postuliert, dass das kurze Allel von NOS1 ex1f-VNTR indirekt über gesteigerte Impulsivität und Extraversion mit Untreue und gesteigertem sexuellem Verhalten assoziiert ist. In Hinblick auf den NOS1 Polymorphismus konnte die Hypothese teilweise bestätigt werden. So zeigten Probanden, welche homozygot für das kurze Allel des NOS1 ex1f-VNTR waren, signifikant höhere Werte für Impulsivität und Extraversion, wohingegen Teilnehmer mit mindestens einem langen Allel signifikant höhere Werte für Gehemmtheit aufwiesen. Eine Assoziation zwischen gesteigerter Sexualität bzw. Untreue und diesen Varianten zeigte sich jedoch nicht. Allerdings zeigte sich auch auf der rein psychometrischen Ebene kein Zusammenhang zwischen gesteigerter Impulsivität und Untreue, so dass zusammenfassend zwar der direkte vermutete Assoziationsbefund repliziert werden konnte, die indirekte Annahme jedoch zu verwerfen ist. Auch für die beiden Polymorphismen RS1 und RS3 des Vasopressin-Rezeptor-Gens AVPR1A zeigten sich signifikante Ergebnisse. So konnte gezeigt werden, dass Probanden, welche homozygot für das lange Allel von RS3 sind, signifikant höhere Werte für Leistungsorientiertheit, Extraversion und Selbstbewusstsein, aber auch für Untreue und gesteigertes Sexualverhalten aufweisen. Für RS1 hingegen ergab sich lediglich, dass Probanden, welche homozygot für das lange Allel sind, impulsiver zu sein scheinen, während Probanden mit mindestens einem kurzen Allel eine Tendenz zu gesteigertem sexuellem Verhalten erkennen ließen. Zusammenfassend kann man daher sagen, dass die Hypothesen teilweise bestätigt werden konnten – unter den Einschränkungen dass die Stichprobengröße relativ gering war und alle Signifikanzwerte für multiples Testen unkorrigiert sind – und als Grundlage für weiterführende Studien hinsichtlich AVPR1A und NOS1 in Bezug auf menschliches Verhalten dienen können. / AVPR1A and NOS1 play an important role in recent research concerning pair bonding behaviour and impulsivity. We aimed at showing a connection between genetic variants of these two genes and sexual activity, constancy and impulsivity. We claimed that the long allele of AVPR1A RS3 polymorphism is associated with sexual activity and less constancy. We also claimed that the short allele of NOS1 ex1f-VNTR is associated with impulsivity and extraversion and consecutively also with sexual activity. Concerning the NOS1 polymorphism, our hypothesis could be proofed. Homozygous participants for the short allele of NOS1 ex1f-VNTR showed significant higher scores for impulsivity and extraversion, whereas participants with at least one long allele scored significant higher for inhibitness. Unfortunately there was no association between increased sexuality and these behaviours. On the psychometric level there also was no connection between impulsivity and infidelity. All together we must say that we could only replicate the direct association, whereas the indirect hypothesis could not be proofed. There also were significant results for both polymorphisms RS1 and RS3 of the vasopressin receptor gene AVPR1A. Homozygote participants for the long allele of RS3 scored significant higher on achievement-orientation, extraversion and self-confidence, but also for infidelity and sexuality. Concerning RS1, homozygote participants for the long allele scored higher on impulsivity, whereas participants with at least one short allele seem to be sexually more active. In summary one can say, that all hypotheses could be proofed, at least partly- knowing the limitation that the sample was quite small and all significances for multiple testing were uncorrected - and can be used as a basis for further studies concerning AVPR1A and NOS1 and their influence on human behaviour.

NOS1, das für die neuronale Stickstoffmonoxidsynthase (NOS-I) kodierende Gen, konnte bislang durch eine stetig wachsende Zahl an Untersuchungen mit verschiedenen Pathomechanismen bedeutsamer neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen in Verbindung gebracht werden. Der Dinukleotid-Polymorphismus im Promotergen von NOS1, für welchen in der Population verschieden lange Allelen existieren, war bislang bezüglich der durch ihn vermittelten Wirkungen kaum untersucht. Um die Relevanz und Funktionalität des Promoterpolymorphismus NOS1 Ex1f-VNTR zu erforschen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein Reportergen-Assay durchgeführt, der den Einfluss verschieden langer Allele auf transkriptionaler Ebene verdeutlichen sollte. Hierfür wurden NOS1 Exon 1f-Promoterregionen mit unterschiedlich langen VNTRs in einen Luciferase-Genvektor kloniert und der Einfluss der verschiedenen Allellängen auf die Aktivität des Reportergens ermittelt. Hierbei zeigte sich der Einfluss der Allele dergestalt, dass das Vorhandensein kurzer Allele des NOS1 Ex1f-VNTR in verminderter Aktivität des Reportergens resultierte. Durchgeführte Stimulationsversuche mit Östrogen und Forskolin ergaben hingegen keine signifikante Änderung der Transkriptionsaktivität. Im DNA-Microarray konnten mit kurzen Allelen des NOS1 Ex1f-VNTR assozierte Alterationen im Transkriptom des humanen Brodmann-Areals 46 nachgewiesen werden, was Wechselwirkungen zwischen dem Vorhandensein kurzer Allele des NOS1 Ex1f-VNTR und der Gentranskription psychiatrisch relevanter Gene demonstriert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass der NOS1 Ex1f-VNTR Einfluss auf transkriptionaler Ebene ausübt und mit psychiatrischen Krankheiten assoziiert ist, was ihn weiterhin zu einem wichtigen Forschungsobjekt macht und in die Gruppe klinisch bedeutsamer Polymorphismen einreiht. / NOS1, the coding gene for the neuronal nitric oxide synthase (NOS-I), has been linked to various pathomechanisms of neurologic and psychiatric disorders by a steadily growing body of work. The dinucleotide polymorphism contained in the NOS1 promotergene, existing in a variety of allelic lengths, has so far been rarely investigated in terms of influence. To determine transcriptional functionality and relevance of different lengths of the promoter polymorphism NOS1 Ex1f-VNTR, a reporter gene assay has been carried out in the herein presented study. By cloning NOS1 Ex1f-VNTR promoter regions containing different lenghts oft the VNTR in a Luciferase-gene vector, the influence of different promoter alleles on reporter gene activity has been demonstrated. A reduced reporter gene activity has been shown in the presence of short alleles of the NOS1 Ex1f-VNTR. Accomplished trials of stimulating activity via estrogene and forskoline treatment resulted in no further changes of repoter gene activity. In DNA-Microarray studies an association of short NOS1 Ex1f-VNTR alleles and transcriptome alterations in human Brodmann area 46 has been detected, indicating a correlation of short NOS1 Ex1f-VNTR alleles and transcription of genes involved in psychiatric disorders. These results demonstrating the functionality of the NOS1 Ex1f-VNTR confirm its clinical relevance and the importance of its further investigation.

Humans and other animals share choice preference for smaller-but-sooner over later-but-larger rewards, indicating that the subjective value of a reward is discounted as a function of time. This phenomenon referred to as delay discounting (DD), represents one facet of impulsivity which is inherently connected with reward processing and, within a certain range, adaptive. Maladaptive levels, however, can lead to suboptimal decision-making and represent important characteristics of psychopathologies such as attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). In line with a proposed influence of dysregulated dopamine (DA) levels on impulsivity, neural structures involved in DD (the ventral-striatum [VS]; orbitofrontal cortex [OFC]) are highly innervated by dopaminergic neurons. However, studies explicitly testing the triadic interplay of dopaminergic neurotransmission, impulsivity and brain activation during intertemporal choice are missing. Therefore, the first study of the thesis examined the effect of different DA-bioavailability levels, indicated by a genetic polymorphism (Val158Met) in the gene of the catechol-O-methyltransferase, on the association of delay discounting and OFC activation. OFC response to monetary rewards that varied by delay-to-delivery was recorded with functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a sample of 49 healthy human subjects. The results suggest a DA-related enhancement in OFC function from low (low DA level) to partial (intermediate DA level) and full (high DA level) reward delay sensitivity. Furthermore, DA-bioavailability was shown to moderate the association of neural reward delay sensitivity and impulsivity: OFC reward delay sensitivity was strongly correlated with impulsivity at intermediate DA-levels, but not at low or high DA-levels where impulsivity was related to delay-independent OFC amplitudes. It is concluded that DA-level should be considered as a crucial factor whenever impulsivity-related brain activation, in particular to reward delay, is examined in healthy subjects. Dysfunctional reward processing, accompanied by a limited ability to tolerate reward delays (delay aversion), has been proposed as an important feature in ADHD putatively caused by striatal hypo-dopaminergia. Therefore, the aim of the second study of this thesis was to examine subcortical processing of reward delays and to test for neural indicators of a negative emotional response to delay periods. Using functional magnetic resonance imaging (fMRI), brain activation in adult patients with ADHD (n=14) and healthy control subjects (n=12) was recorded during the processing of immediate and delayed rewards. Compared with healthy control subjects, hyporesponsiveness of the VS reward system was evident in patients with ADHD for both immediate and delayed rewards. In contrast, delayed rewards evoked hyperactivation in the dorsal caudate nucleus and the amygdala of ADHD patients, corroborating the central predictions of the delay aversion hypothesis. In combination both studies support the conception of a close link between delay discounting, brain activation and dopaminergic neurotransmission. The results implicate that studies on neural correlates of DD have to account for the DA-bioavailability level and for a negative emotional response to reward delays. / Menschen und andere Spezies zeigen eine Präferenz für sofortige Belohnung mit geringerem Wert gegenüber zeitlich verzögerter Belohnung mit höherem Wert. Dies weist darauf hin, dass der subjektiv empfundene Wert einer Belohnung in Abhängigkeit der Verzögerung bis zur Aushändigung abnimmt. Dieses Phänomen wird als Delay Discounting (DD) bezeichnet und stellt eine Facette von Impulsivität dar, die direkt mit Belohnungsverarbeitung verknüpft und innerhalb eines bestimmten Rahmens adaptiv ist. Ein maladaptives Ausmaß an DD hingegen kann zu suboptimaler Entscheidungsfindung führen und repräsentiert eine wichtige Eigenschaft psychischer Erkrankungen wie der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitäts-störung (ADHS). In Einklang mit der Annahme eines Zusammenhangs von dysreguliertem Dopaminhaushalt und Impulsivität sind neuronale Strukturen, die während DD aktiv sind (Ventrales Striatum [VS]; Orbitofrontaler Cortex [OFC]) stark durch dopaminerge Neurone innerviert. Bislang fehlen allerdings Studien, die explizit Interaktionen von dopaminerger Neurotransmission, Impulsivität und Hirnaktivierung während intertemporaler Entscheidungsaufgaben untersuchen. Studie I der vorliegenden Promotionsschrift untersucht daher den Einfluss unterschiedlicher Dopamin (DA)-Bioverfügbarkeit (anhand eines genetischen Polymorphismus (Val158Met) im Gen der Catechol-O-Methyltransferase) auf den Zusammenhang von DD und OFC Aktivierung. Mittels funktioneller Nah-Infrarot Spektroskopie (fNIRS) wurde in einer Gruppe von 49 gesunden Versuchspersonen die OFC Aktivität bei sofortiger und verzögerter Belohnung aufgezeichnet. Die Ergebnisse zeigen eine DA-abhängige Erweiterung der Funktion des OFC von schwacher (niedrige DA Verfügbarkeit), über eine partielle (mittlere DA Verfügbarkeit) bis hin zu starker (hohe DA Verfügbarkeit) Sensitivität für Belohnungsverzögerungen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die DA-Verfügbarkeit den Zusammenhang von neuronaler Sensitivität für Belohnungsverzögerungen und Impulsivität moderiert: ein starker Zusammenhang konnte bei mittlerer DA-Verfügbarkeit gezeigt werden, nicht aber bei niedriger oder hoher DA-Verfügbarkeit. Bei letzteren korrelierte Impulsivität mit der Höhe der OFC-Aktivität unabhängig von Belohnungsverzögerungen. Die DA-Verfügbarkeit sollte demnach als ein wichtiger Faktor berücksichtigt werden, wenn impulsivitätsabhängige Hirnaktivierung, insbesondere die Verarbeitung von Belohnungsverzögerungen betreffend, untersucht wird. Eine dysfunktionale Belohnungsverarbeitung, verbunden mit einer eingeschränkten Toleranz von Belohnungsverzögerungen, wird als ein wichtiges Merkmal von ADHS angenommen, dessen Ursache möglicherweise eine verminderte DA-Konzentration im Striatum ist. Das Ziel von Studie II der vorliegenden Promotionsschrift ist daher, subkortikale Verarbeitung von Belohnungsverzögerung zu untersuchen und Hinweise für eine negative emotionale Reaktion auf Verzögerung zu prüfen. Mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) wurde die Hirnaktivierung adulter Patienten mit ADHS (n=14) und gesunder Kontrollpersonen (n=12) während der Verarbeitung von sofortiger und verzögerter Belohnung aufgezeichnet. Im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen zeigte sich bei Patienten mit ADHS eine Minderaktivierung auf sofortige und verzögerte Belohnung im ventral-striatalen Belohnungssystem. Im Gegensatz dazu führte verzögerte Belohnung bei Patienten mit ADHS zu einer Überaktivierung im dorsalen Nucleus Caudatum sowie in der Amygdala. Diese Ergebnisse stützen die zentrale Annahme der Verzögerungsaversions-Hypothese bei ADHS. Gemeinsam weisen beide Studien auf eine enge Verbindung von DD, Hirnaktivierung und dopaminerger Neurotransmission hin. Die Ergebnisse implizieren, dass Untersuchungen der neuronalen Korrelate von DD sowohl die DA-Bioverfügbarkeit, als auch negative emotionale Reaktionen auf Belohnungsverzögerung berücksichtigen sollten.

Ziel der vorliegenden, experimentellen Arbeit war die Untersuchung der Persönlichkeitseigenschaft der Impulsivität bei adulten Patienten mit ADHS und vergleichbaren Versuchspersonen. Da die Ätiopathogenese erhöhter Impulsivität bei Patienten mit ADHS bislang ungeklärt ist, eine Beeinflussung des dopaminergen Systems durch vorausgehende Studien allerdings nahe liegt, wurden die verwendeten Impulsivitätsmessungen zusätzlich bezüglich einer möglichen Beeinflussung durch den Val158Met-COMT-Polymorphismus analysiert. Die Untersuchung beinhaltet mit 71 adulten Patienten mit ADHS und 54 gesunden Kontrollpersonen, die nach Alter, Geschlecht, IQ, Kopfumfang und Händigkeit vergleichbar waren, eine der aktuell größten Stichproben adulter Patienten mit ADHS. Während einer Stoppsignal-Aufgabe zur Erfassung der Antworthemmungsfähigkeit als Korrelat der Impulsivität wurden die Verhaltensdaten der Stichproben sowie die hirnphysiologischen Veränderungen mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie aufgezeichnet und ausgewertet. Die erhobenen experimentellen Daten wurden anschließend mit selbstbewerteter Impulsivität des I7-Impulsivitätsfragebogens nach Eysenck verglichen und auf mögliche Zusammenhänge überprüft. Zudem wurden die beobachteten Ergebnisse der vorliegenden Arbeit auf einen möglichen Einfluss durch den Val158Met-COMT-Polymorphismus untersucht. Auf der Verhaltensebene zeigten Patienten mit ADHS im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen sowohl für die SSRZ als auch für die Go-RZ signifikant langsamere Reaktionszeiten. Im Vergleich der funktionellen Daten konnten für Patienten mit ADHS während der erfolgreichen Stopp-Trials signifikant bzw. tendenziell verminderte Aktivierungen im Bereich des IFC und DLPFC in beiden Hemisphären festgestellt werden. Die Untersuchung der selbstbewerteten Impulsivität anhand des I7-Fragebogens ergab ebenfalls einen signifikanten Unterschied zwischen den beiden Stichproben. Bezüglich der Zusammenhänge zwischen den einzelnen Impulsivitätsmessungen konnten für Patienten mit ADHS signifikant bzw. tendenziell negative Zusammenhänge zwischen SSRZ und Oxygenierung im rechten IFC sowie zwischen SSRZ bzw. Go-RZ und I7-Impulsivitätswerten festgestellt werden. In der Untersuchung des Einflusses durch den Val158Met-COMT-Polymorphismus ergab sich ein sehr heterogenes Bild, in dem sich keine eindeutig systematischen Genotyp- oder Interaktionseffekte zeigten. Während die beobachteten Befunde auf Verhaltensebene auf eine generelle Verlangsamung adulter Patienten mit ADHS im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen hindeuten, könnte das verminderte Aktivierungsmuster im Bereich des IFC und DLPFC während der erfolgreichen Stopp-Trials bei Patienten mit ADHS möglicherweise das zugrundeliegende funktionelle Korrelat zu den beobachteten Reaktionsunterschieden zwischen den beiden Stichproben darstellen. Obwohl Patienten mit ADHS im Vergleich zu gesunden Kontrollen aufgrund ihrer erhöhten Impulsivität defizitär erscheinen, deuten die Befunde bezüglich des Zusammenhangs zwischen selbstbewerteter und experimentell erhobener Impulsivität innerhalb der Patientengruppe einen möglichen Vorteil erhöhter I7-Impulsivitätswerte für die Reaktionsfähigkeit in der Stoppsignal-Aufgabe an. Bezüglich der Beeinflussung der erhobenen Daten durch den Val158Met-COMT-Polymorphismus lassen sich anhand der Befunde dieser Arbeit keine klaren Schlussfolgerungen ziehen. / The aim of this study was to investigate impulsivity in adult patients with Attention Deficit-/Hyperactivity Disorder (ADHD) and healthy controls, on the one hand self-rated impulsivity operationalized by the I7 questionnaire of Eysenck and on the other the executive function response inhibition as an objective correlate of impulsivity operationalized by a stop signal task. During the stop signal task the changes of oxygenated (O2Hb) and desoxygenated haemoglobin (HHb) in prefrontal cortical areas were recorded by functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). Because the pathophysiology of ADHD seems to involve alterations in the dopaminergic neurotransmitter system, this study also investigated the possible influence of the catechol-O-methyltransferase (COMT) Val158Met polymorphism, which modulates the degradation of prefrontal dopamine. Compared to the healthy controls, patients with ADHD showed both SSRT as well as Go-RT significantly slower reaction times during the stop signal task and significantly higher values for impulsivity and empathy in the I7 questionnaire. They also showed significantly reduced increases in O2Hb in bilateral IFC for successful stop trials and a statistical trend for a reduced increase in bilateral DLPFC. For patients with ADHD the investigation of the relationship between behavioral data and self-rated impulsivity showed a significant negative association, concerning the relationship of behavioral data and functional brain data a significant negative association between SSRT and the right IFC. The investigation of the influence of the COMT Val158Met polymorphism showed no systematic genotype or interaction effects.

Objectives: The objective of this study was to prove concepts in the characterization of suicidal patients and the possible usefulness of those markers to potentially identify patients with a higher risk for suicidality. Methods: Patients with a recent suicide attempt were compared with patients suffering from depression, adjustment disorder, anxiety, or eating disorders without suicidality, healthy controls and remitted patients with a history of at least 1 suicide attempt (≥1 year). We analyzed impulsivity (Barratt Impulsivity Scale, BIS) and saliva cortisol concentrations. Results: Independently of suicidality and disease state patients display higher BIS scores than healthy controls. Saliva cortisol levels tend to be higher in patients in the acute disease state than in remitted patients and healthy controls. Conclusions: Saliva cortisol may be a useful marker that reveals alterations in nonsuicidal patients suffering from depression, adjustment disorder, anxiety, or eating disorders who might be at risk.

Recent research suggests that obesity is linked to prominent alterations in learning and decision-making. This general difference may also underlie the preference for immediately consumable, highly palatable but unhealthy and high-calorie foods. Such poor food-related inter-temporal decision-making can explain weight gain; however, it is not yet clear whether this deficit can be generalized to other domains of inter-temporal decision-making, for example financial decisions. Further, little is known about the stability of decision-making behavior in obesity, especially in the presence of rewarding cues. To answer these questions, obese and lean participants (n = 52) completed two sessions of a a computerized monetary delay discounting task, including a novel priming paradigm. In the first session, general differences between groups in financial delay discounting were measured. In the second session, I tested the general stability of discount rates. Additionally, participants were primed by affective visual cues of different contextual categories before making financial decisions. I found that the obese group showed stronger discounting of future monetary rewards than the lean group, but groups did not differ in their general stability between sessions nor in their sensitivity toward changes in reward magnitude. In the obese group, a fast decrease of subjective value over time was directly related to a higher tendency for opportunistic eating. Obese in contrast to lean people were primed by the affective cues, showing a sex-specific pattern of priming direction. The findings demonstrate that environments rich of cues, aiming at inducing unhealthy consumer decisions, can be highly detrimental for obese people. It also underscores that obesity is not merely a medical condition but has a strong cognitive component, meaning that current dietary and medical treatment strategies may fall too short.:1. Introduction 1.1 Obesity as a global epidemic 1.2 Etiology of the obesity epidemic 1.3 The cognitive component – impulsivity as a potential risk factor for the development of obesity 1.4 Impulsivity 1.4.1 Impulsivity and obesity – current knowledge 1.4.2 Outlook: impulsivity and eating behavior in obesity 1.5 Delay discounting 1.5.1 Neurological correlates of delay discounting 1.6 Delay discounting and obesity 1.6.1 First aim of the present thesis: establishing a general difference in delay discounting task performance between lean and obese 1.7 General stability of decision-making preferences 1.7.1 Stability towards external cues / Priming 1.7.2 Priming and obesity 1.8 Aim of this thesis 2. Original publication 3. Summary 3.1 Introduction and research questions 3.2 Methods 3.3 Results and discussion 3.4 Implications 4. Bibliography 5. Anlagen

Im Jahr 2018 starben in der Bundesrepublik Deutschland 9.396 Menschen durch einen Suizid [8]. Verschiedene Untersuchungen verweisen auf eine länderübergreifende Lebenszeitprävalenz von Suizidgedanken von ca. 9,2% bei Erwachsenen [9]. Suizide sind außerdem eine der führenden Todesursachen bei Jugendlichen und jungen Erwachsenen [10–13]. 90% der Suizide werden im Rahmen psychischer Erkrankungen vollzogen [14].

Neben Genetik und Lebensstil wirken sich intrauterine Einflüsse dauerhaft auf die Kindesentwicklung aus und sind mitentscheidend über spätere Gesundheit oder Krankheit. Erstmalig veröffentlichten Barker mit Osmond 1986 Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen niedrigem Geburtsgewicht und kardiovaskulären Erkrankungen im Erwachsenenalter. Neben Malnutrition gibt es auch zahlreiche Untersuchungen, dass Stress bzw. vermehrte Cortisolmengen mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen im Erwachsenenalter einhergehen und somit zur sogenannten fetalen Programmierung führen (Benediktsson et al. 1993, Lindsay et al. 1996a, Lindsay et al. 1996b, Doyle et al. 2000, Huh et al. 2008). In dieser Studie sollte überprüft werden, ob sich Impulsivität in der Schwangerschaft dauerhaft auf die fetale Herzentwicklung auswirkt. Damit wurde als Follow-up Bezug zu einer eigenen Untersuchung aus dem Jahr 2009 genommen (Koelsch et al. 2009). Impulsivität, in Form einer moderate Intermittent Explosive Disorder (mIED), stellt eine milde, nicht krankhafte Form einer Verhaltensstörung dar und ist im Wesentlichen durch impulsive Ausbrüche gekennzeichnet, die unverhältnismäßig zum auslösenden Ereignis sind. Betroffene zeigen Merkmale wie stärkere Agitiertheit, größere Stressantworten zu sensorischen Stimuli, erhöhte zentralnervöse Erregbarkeit sowie Ruhelosigkeit und Hyperaktivität (Kolesch et al. 2008). In der Studie von 2009 wurden schwangere Frauen auf Vorliegen einer mIED in einem von Koelsch et al. (2008) entwickelten Verfahren unter Verwendung von EEG-Daten, eines diagnostischen Interviews und eines Fragebogens untersucht. Bei neugeborenen Kindern von Müttern mit mIED (n = 22) wurden EKG-Veränderungen im Vergleich zur Kontrollgruppe (n = 27) gefunden. Einige Parameter der Herzratenvariabilität waren vermindert und die RS-Amplituden der Brustwandableitungen deutlich größer im Vergleich. Bei der gegenwärtigen Follow-up-Untersuchung waren dieselben Kinder fünf bis sechs Jahre alt und wurden erneut auf diese EKG-Veränderungen untersucht. Teilgenommen hatten 15 Kinder von Müttern mit mIED als Versuchsgruppe und 20 Kinder von Müttern ohne mIED als Kontrollgruppe. Es wurden Ruhe-EKGs abgeleitet, die nach Entfernung von Artefakten mindestens zwei Minuten durchgehend sein mussten. Weiter wurden Blutdruck, Kopfumfang, Größe und Gewicht erfasst. Darüber hinaus wurde der Zusammenhang zwischen gesteigerter pränataler Impulsivität der Mutter und einer späteren neurophysiologischen Entwicklungsverzögerung des Kindes überprüft. Zu Impulsivität selbst gibt es in diesem Kontext keine Studien. Jedoch wurde in einigen Studien der Zusammenhang zwischen erhöhtem pränatalem Stress und Ängstlichkeit mit einer verzögerten Entwicklung gesehen (Mughal et al. 2019, Sandmann et al. 2012, Gutteling et al. 2005, Huizink et al. 2003), sodass die Erfragung wichtiger Entwicklungsschritte aus dem Denver Developmental Screening Test (Denver II) (Frankenburg et al. 1992) erfolgte. Die EKGs wurden mit dem Computerprogramm Kardionoon 2.0 (Koelsch et al. 2007) aus-gewertet. Anschließend erfolgte die statistische Auswertung der EKG-Daten, des Blutdrucks, der Größe, des Gewichts, des Kopfumfangs, des Alters und der vergangenen kindlichen Ent-wicklungsschritte im Statistikprogramm SPSS 22 (IBM) mit dem Mann-Whitney-U-Test. Daten zum aktuellen Entwicklungsstand beinhalteten Ja-/Nein-Entscheidungsfragen und wurden mit einem Chi-Quadrat-Test ausgewertet. Die Mittelwerte der RS-Amplituden in den Brustwandableitungen V3-V6 und V3-V5 waren in der Versuchsgruppe signifikant größer als in der Kontrollgruppe (V3-V6: p-Wert = 0,03, V3-V5: p-Wert = 0,021). Somit konnten wir zeigen, dass diese Befunde auch Jahre nach der Geburt noch dargestellt werden können, wobei durch unsere Studie nicht geklärt werden konnte, inwieweit diese Befunde krankhaft bzw. klinisch relevant sind. Die Parameter der Herzratenvariabilität unterschieden sich nicht signifikant. Weiter ließen sich auch keine signifikanten Unterschiede im Blutdruck, Kopfumfang, Größe oder Gewicht finden. Bezüglich der neurophysiologischen Entwicklung konnten Kinder von Müttern mit mIED signifikant eher frei sitzen (p-Wert = 0,046). Weitere Unterschiede zeigten sich nicht. Somit bot sich kein Hinweis auf eine Entwicklungsverzögerung, welche durch maternale Impulsivität bedingt sein könnte. Diese Untersuchung an einer kleinen Stichprobe ließ annehmen, dass die fetale Herzentwicklung durch maternale Impulsivität beeinflusst wird und zeigte somit einen Angriffspunkt, um kardiovaskuläre Erkrankungen vorbeugen zu können. Der Zusammenhang sollte in größeren Studien bestätigt werden.:INHALTSVERZEICHNIS 1 EINFÜHRUNG 1 1.1 Fetale Programmierung 2 1.1.1 Geschichte und Definition 2 1.1.2 Fetale Wachstumsrestriktion und kardiovaskuläre Erkrankungen 3 1.2 Intermittierende explosible Störung (IED) 4 1.3 Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse (HPA-Achse) 6 1.3.1 Aufbau und Funktion 6 1.3.2 Die HPA-Achse in der Schwangerschaft 6 1.4 Autonomes Nervensystem und Herzratenvariabilität (HRV) 8 1.4.1 HRV-Definition und Methoden der Betrachtung 9 1.4.2 Die HRV und kardiovaskuläre Mortalität 10 1.4.2.1 HRV und Hypertonus 11 1.4.2.2 HRV und Diabetes mellitus Typ II 12 1.5 Das pränatale Herz 13 1.5.1 Pränatale Entwicklung der Myozyten 13 1.5.2 Einfluss von Hypercortisolämie auf die Herzentwicklung 14 1.6 Pränataler Stress und neurophysiologische Kindesentwicklung 16 1.7 Zusammenfassung der Studie von Koelsch et al. (2009) zum Einfluss von maternaler Impulsivität auf die pränatale Entwicklung des Fetus 16 2 AUFGABENSTELLUNG 18 3 MATERIALIEN UND METHODEN 20 3.1 Stichprobenbeschreibung 20 3.2 Untersuchungsablauf 21 3.3 Datenerfassung der EKGs 22 3.4 Datenanalyse der EKGs 23 3.4.1 HRV 23 3.4.2 RS-Amplituden der QRS-Komplexe 23 3.4.3 Statistische Auswertung 23 4 ERGEBNISSE 25 4.1 Alters- und Geschlechtsverteilung beider Gruppen 25 4.2 HRV 25 4.3 RS-Amplituden der QRS-Komplexe 28 4.4 Blutdruck 31 4.5 Größe, Gewicht, Kopfumfang und Alter 31 4.6 Neurophysiologische Entwicklungsschritte 32 5 DISKUSSION 33 6 ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT 37 7 LITERATURVERZEICHNIS 40 8 ANLAGEN 50 Anlage A: Diagnosekriterien der IED nach DSM-5 (APA 2013) 50 Anlage B: Fragebogen zur Erfassung der Untersuchungsdaten 51 ERKLÄRUNG ÜBER DIE EIGENSTÄNDIGE ABFASSUNG DER ARBEIT 53 LEBENSLAUF 54 DANKSAGUNG 55