Exekutivfunktionen sind die Grundlage der Aufmerksamkeitssteuerung, Handlungsplanung, Impulskontrolle, und notwendig für zielgerichtetes Handeln. Impulskontrolle bedeutet dabei die Fähigkeit, behaviorale Impulse und Gedanken zu unterdrücken (Evenden, 1999). Erkrankungen, wie die Borderline Persönlichkeitsstörung (BPS) oder die Aufmerksamkeitsdefizit-/ Hyperaktivitätsstörung (ADHS), die sich durch Einschränkungen der Impulskontrolle auszeichnen, gehören zu den häufigsten psychiatrischen Erkrankungen unserer Zeit und sind schwer zu behandeln. Klinische Beobachtungen (Linehan, 1996) wie auch aktuelle Forschungsergebnisse (Silbersweig et al., 2007) zur BPS lassen einen engen Zusammenhang der affektiven und impulsiven Symptomatik vermuten. Ziel der Studie war zum einen, die gestörte Impulskontrolle bei BPS mit Hilfe psychometrischer und neuropsychologischer Verfahren zu bestätigen und zum anderen die komplexe Interaktion affektiver und inhibitorischer Netzwerke mit Hilfe funktioneller Magnetresonanztomographie zu untersuchen. Dazu wurde ein fMRI-Paradigma entwickelt, dass Emotionsinduktion (Ärger, Freude, Neutral) mit einer Impulskontrollaufgabe (Go/NoGo) verband. Neben dem Vergleich mit einer gesunden Kontrollgruppe wurden zur störungsspezifischen Abgrenzung auch Frauen mit ADHS untersucht. Patientinnen mit BPS gaben dabei in Selbstbeurteilungsmaßen höhere Impulsivitätswerte als gesunde Kontrollen und ähnlich hohe Werte wie Patientinnen mit ADHS an, waren aber in den Aufgaben behavioraler Impulskontrolle nicht beeinträchtigt. In allen drei Versuchsgruppen ergab sich eine emotionale Modulation durch die vorher induzierten Emotionen. Während aber gesunde Kontrollen für erfolgreiche Inhibition v. a. den inferioren Präfrontalkortex verstärkt rekrutieren, war sowohl in der BPS- als auch in der ADHS eine Modulation im Nucleus subthalamicus zu beobachten. Während Patienten mit BPS entsprechend früherer Befunde mit verstärkter Amygdalaaktivierung auf die Emotion Ärger reagierten, zeigten die Patientinnen mit ADHS veränderte Aktivierungen des affektiven Netzwerkes bei der Emotion Freude. Emotionsunabhängig zeigten sich in der ADHS-Gruppe Hypoaktivierungen im mittleren Cingulum und dorsolateralen Präfrontalkortex. Zusammengefasst entsprechen die Ergebnisse der Annahme eines hyperaktivierten limbischen affektiven Systems und eines hypoaktivierten präfrontalen Kontrollsystems bei Borderline Persönlichkeitsstörung (Depue & Lenzenweger, 2005; Dinn et al., 2004; Posner et al., 2003). Eine emotionale Modulation scheint zu einer kompensatorischen Aktivierung von Hirnregionen des Hemmungsnetzwerkes zu führen. Eine generell beeinträchtige neutrale Impulskontrollfähigkeit scheint in Abgrenzung zur ADHS jedoch nicht vorzuliegen.

Exekutivfunktionen sind die Grundlage der Aufmerksamkeitssteuerung, Handlungsplanung, Impulskontrolle, und notwendig für zielgerichtetes Handeln. Impulskontrolle bedeutet dabei die Fähigkeit, behaviorale Impulse und Gedanken zu unterdrücken (Evenden, 1999). Erkrankungen, wie die Borderline Persönlichkeitsstörung (BPS) oder die Aufmerksamkeitsdefizit-/ Hyperaktivitätsstörung (ADHS), die sich durch Einschränkungen der Impulskontrolle auszeichnen, gehören zu den häufigsten psychiatrischen Erkrankungen unserer Zeit und sind schwer zu behandeln. Klinische Beobachtungen (Linehan, 1996) wie auch aktuelle Forschungsergebnisse (Silbersweig et al., 2007) zur BPS lassen einen engen Zusammenhang der affektiven und impulsiven Symptomatik vermuten. Ziel der Studie war zum einen, die gestörte Impulskontrolle bei BPS mit Hilfe psychometrischer und neuropsychologischer Verfahren zu bestätigen und zum anderen die komplexe Interaktion affektiver und inhibitorischer Netzwerke mit Hilfe funktioneller Magnetresonanztomographie zu untersuchen. Dazu wurde ein fMRI-Paradigma entwickelt, dass Emotionsinduktion (Ärger, Freude, Neutral) mit einer Impulskontrollaufgabe (Go/NoGo) verband. Neben dem Vergleich mit einer gesunden Kontrollgruppe wurden zur störungsspezifischen Abgrenzung auch Frauen mit ADHS untersucht. Patientinnen mit BPS gaben dabei in Selbstbeurteilungsmaßen höhere Impulsivitätswerte als gesunde Kontrollen und ähnlich hohe Werte wie Patientinnen mit ADHS an, waren aber in den Aufgaben behavioraler Impulskontrolle nicht beeinträchtigt. In allen drei Versuchsgruppen ergab sich eine emotionale Modulation durch die vorher induzierten Emotionen. Während aber gesunde Kontrollen für erfolgreiche Inhibition v. a. den inferioren Präfrontalkortex verstärkt rekrutieren, war sowohl in der BPS- als auch in der ADHS eine Modulation im Nucleus subthalamicus zu beobachten. Während Patienten mit BPS entsprechend früherer Befunde mit verstärkter Amygdalaaktivierung auf die Emotion Ärger reagierten, zeigten die Patientinnen mit ADHS veränderte Aktivierungen des affektiven Netzwerkes bei der Emotion Freude. Emotionsunabhängig zeigten sich in der ADHS-Gruppe Hypoaktivierungen im mittleren Cingulum und dorsolateralen Präfrontalkortex. Zusammengefasst entsprechen die Ergebnisse der Annahme eines hyperaktivierten limbischen affektiven Systems und eines hypoaktivierten präfrontalen Kontrollsystems bei Borderline Persönlichkeitsstörung (Depue & Lenzenweger, 2005; Dinn et al., 2004; Posner et al., 2003). Eine emotionale Modulation scheint zu einer kompensatorischen Aktivierung von Hirnregionen des Hemmungsnetzwerkes zu führen. Eine generell beeinträchtige neutrale Impulskontrollfähigkeit scheint in Abgrenzung zur ADHS jedoch nicht vorzuliegen.

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.

Impulsivität ist ein zentraler Aspekt der Persönlichkeit, welcher entlang eines Kontinuums in normaler bis devianter Ausprägung auftreten kann. So moduliert persönlichkeitsbezogene Impulsivität sowohl das Verhalten Gesunder, als auch, in ihrer extremen Ausprägung, klinisch relevante Verhaltensweisen. Signifikant überdurchschnittlich ausgeprägte Impulsivität gilt als charakteristisch für eine Vielzahl psychiatrischer Krankheitsbilder wie Abhängigkeitserkrankungen. Die differentiell-psychologische Forschung geht von einer Persönlichkeitseigenschaft aus, welche den verschiedenen Facetten des Phänomens Impulsivität zu Grunde liegt. Jedoch sind strukturelle Bildgebungsstudien an gesunden Probanden zu diesem Gegenstand noch immer rar und ihre Befunde sehr heterogen. Ziel der vorliegenden publikationsbasierten Dissertationsschrift ist es, einen Beitrag zu einem vertieften Verständnis zerebraler struktureller Korrelate persönlichkeitsbezogener Impulsivität bei Gesunden zu leisten. In drei empirischen Untersuchungen wurden Daten struktureller Magnetresonanztomographie bei Gesunden erhoben und jeweils auf korrelative Zusammenhänge mit persönlichkeitsbezogener Impulsivität getestet. Insgesamt zeigten die für multiple Testung korrigierten Ergebnisse dieser Arbeit negative Korrelationen zwischen persönlichkeitsbezogener Impulsivität und morphometrischen Maßen (kortikale Dicke, kortikales Volumen) des linken superior frontalen Kortex, des linken mittleren frontalen Kortex sowie des linken orbitofrontalen Kortex. Erstmalig wurden Zusammenhänge zwischen Impulsivität als spezifischer Persönlichkeitsfacette und der Kortexdicke an einer repräsentativen gesunden Stichprobe gezeigt. Insgesamt weisen die Ergebnisse auf eine zentrale Rolle linkshemisphärischer Strukturen im Bereich des präfrontalen Kortex für Impulsivität hin. / Impulsiveness is a pivotal aspect of personality comprising a continuum from normal to deviant occurrence. Trait impulsiveness modulates both behavior in healthy individuals and, in its extreme occurrence, even clinically relevant behavior. So, inhibition disorder is understood to be a characteristic in a number of mental health problems such as addiction disorders, personality disorders and attention deficit/ hyperactivity disorders. Research in the field of personality psychology views impulsiveness as a broad trait underlying all of the different facets of impulsiveness. The interest in the biological correlates of trait impulsiveness has stimulated a growing number of neuroscientific studies. However, non-clinical structural imaging studies on impulsiveness are still rare and their findings very heterogeneous. The present cumulative thesis aims to contribute to an advanced understanding of structural cerebral correlates of trait impulsiveness in healthy individuals. Within the scope of three empirical studies structural data were acquired by means of high-resolution magnetic resonance scans in healthy participants and tested respectively for correlations with trait impulsiveness. Summarizing these present studies’ findings, the results surviving a multiple comparison corrected threshold showed negative correlations between trait impulsiveness and morphometric measurements (cortical thickness, cortical volume) of the left superior frontal cortex, the left middle frontal cortex and the left orbitofrontal cortex. For the first time, associations between impulsiveness as a certain facet of personality and cortical thickness have been shown in a representative healthy sample. The present work provides further insight into structural cerebral substrates of trait impulsiveness considering novel methodological aspects. In summary, the results suggest structures of the left prefrontal cortex play a central role in impulsiveness.

Human decision making is closely related to reward processing because many decisions rely to a certain degree on the evaluation of different outcome values. Reward-based decisions can be health-related, for example if someone has to compare the outcome value of the instant reward of smoking a cigarette to that of the long term goal of keeping well and fit. Such comparisons do not only rely on the nominal value of the alternatives but also on devaluation of rewards over time. The value of being healthy at older age might outweigh the value of smoking a cigarette but since the payoff of the health-outcome will be delayed, humans tend to decrease the value of this option. Therefore in this example one might choose the immediate reward of smoking a cigarette. The proclivity to devaluate the value of rewards over time has been widely investigated with experimental intertemporal choice tasks, in which subjects have to choose between smaller sooner rewards and larger later rewards. A stronger individual devaluation proclivity (i.e. discounting rate) has been reported to be related to addiction. Research in neuroeconomics has suggested the competing neurobehavioural decision systems (CNDS) theory, proposing that an imbalance between an executive (cortical prefrontal brain areas) and an impulsive (i.e. subcortical areas, such as ventral striatum (VS), amygdala) system in the brain leads to steeper discounting and a higher risk for addiction. Additionally, temporal discounting has been proposed as a transdisease process, i.e., “a process that occurs across a range of disorders, making findings from one disorder relevant to other disorders” (Bickel, Jarmolowicz, Mueller, Koffarnus, & Gatchalian, 2012, Abstract). Thus, the CNDS theory and temporal discounting might also have implications for other health-related behaviour than substance use. So far many factors have been shown to be associated with higher discount rates: for instance, adolescent age, lower intelligence and nicotine dependence. Further, it has been shown that adolescents are at highest risk to start smoking. On the other hand a higher education level has been shown to be associated to lower rates of smoking. Thus, it seems likely that a higher discount rate might be one reason why adolescents experiment with smoking, why lower education is associated to nicotine addiction and why dependent smokers are not successful in smoking cessation. But relatively little is known about the neural processes behind these variables, which could be also seen as exemplary risk- and protective factors regarding addiction. The 3 studies of the thesis at hand were conducted to extend the knowledge about neural processes associated to age, intelligence and smoking in their relation to intertemporal choice. The task was chosen because of its relevance for addiction and a variety of health-related behaviour. The first study was conducted to explore the neural correlates of age related differences between adolescents at age 14 and young adults during intertemporal choices. Additionally, the roles of discounting and choice consistency were investigated. Although adoles-cents discounted delayed rewards more steeply than adults, neural processing of reward value did not differ between groups, when controlling reward values for the individual discount rates. However, a higher discount rate was related to a lower responsivity in the ventral striatum to delayed rewards, independent of age. Concerning decision making, adolescents exhib-ited a lower consistency of choices and less brain activity in a parietal network than adults (i.e. posterior and inferior parietal regions). Thus, reward value processing might be more sensitive to the discount rate than to chronological age. Lower consistency of intertemporal choices might indicate ongoing maturation of parietal brain areas from adolescence to young adulthood. The second study was conducted to reveal the associations between neural processes of decision making and intelligence in adolescents. The results of study 2 revealed networks in the adolescent brain where brain activity was related to crystallised intelligence as well as to intertemporal choice behaviour. Specifically, during decision processing higher crystallised intelligence as well as more consistent decisions were associated with higher brain activity in the posterior parietal cortex. Processing of delayed rewards was also related to crystallised intelligence, i.e. more intelligent adolescents showed higher brain activation in the anterior cingulate cortex (ACC) and the inferior frontal gyrus (IFG), which was in turn related to a lower discount rate. Additionally, associations between the parental education level and crys-tallised intelligence of the adolescent participants of the study and their discount rate were found, indicating that parental education as an environmental factor could be related to a low-er risk for addiction. This protective effect might be mediated by the offspring’s crystallised intelligence and discount rate which are both related to brain activity in parts of the same brain networks (i.e. the IFG). The third study was done to investigate neural processes of intertemporal decisions in smokers and non-smokers. To test whether the effects of smoking on the discount rate are due to chronic or acute nicotine intake, non-smokers were additionally assessed under acute nico-tine administration. Study 3 revealed that the effects of nicotine on intertemporal choice behaviour were related to chronic intake of nicotine in smokers rather than to acute nicotine ad-ministration in non-smokers. Regarding the neural processes, smokers compared to non-smokers showed lower brain activity in the posterior parietal cortex. Comparable but weaker effects were found under acute nicotine in non-smokers. Although acute nicotine administra-tion altered neural processes, behavioural changes might only occur after repeated nicotine intake. However, the study did not preclude that the differences are predrug characteristics. Altogether the studies revealed overlapping neural correlates of intertemporal choices which are related to the individual age, the discount rate, the choice consistency, the individual intelligence as well as acute and chronic nicotine intake. This might provide an integrative view on how inter-individual differences and behaviour during intertemporal choices are based on common neural correlates which in turn might have implications for the development and the maintenance of addiction. Specifically, hyposensitivity towards delayed rewards in the adolescent ventral striatum, which has also been found in smokers compared to non-smokers, is associated with higher discount rates and higher risk for smoking initiation. In contrast, higher activation in the IFG and the ACC in more intelligent individuals during reward value processing might enhance behavioural inhibition and control and, hence, might prevent nicotine addiction. In line with the CNDS theory responsivity in subcortical brain areas (i.e. impulsive system), such as the VS was related to the risk factor of adolescent age, whereas activity in cortical areas (IFG and ACC) was related to the protective factors of high-er crystallised intelligence. Since there was only one study beside the studies of the current thesis reporting results regarding consistency, one can only speculate about implications for health-related behaviour, such as addiction. Consistency might play a role, especially for cessation success. Thus, the findings that adolescents as well as less intelligent individuals were less consistent might point to a higher risk for maintenance of nicotine addiction. The higher brain activity in a fronto-parietal network, which has been shown in studies 1 and 2 in adults as well as in more intelligent adolescents, was related to higher consistency of choices in both studies. Thus, the finding might be a possible neural correlate for the association between the risk factor of ado-lescent age, the protective factor of higher crystallised intelligence, and more consistent deci-sion making. In conclusion the findings of the current thesis contribute to a better understanding of how inter-individual differences and environmental factors might be accompanied by neural processes which in turn might be related to individual development of addiction. Further the results might extend the CNDS theory regarding neural correlates of exemplary risk and pro-tective factors regarding adolescents’ health behaviour and smoking in adults.

In der vorliegenden Studie wurde mittels der Bildgebung des funktionellen MRT die Dynamik der neuronalen Hirnmechanismen untersucht, die es dem Menschen erlauben, durch kurzfristigen Verzicht auf Belohnungen seinen Verhaltenserfolg langfristig zu optimieren. Durch den Vergleich zweier Extremgruppen gesunder Probanden (hoch- versus niedrig- impulsive Probanden) sollte ein möglicher Zusammenhang zwischen der Impulsivität und dem funktionellen Zusammenspiel frontostriataler Regelkreise während des aktiven Prozesses der Entscheidungsfindung dargestellt werden. Die vorliegende Studie hat gezeigt, dass gesunde, nicht- klinische Individuen, die sich selbst mittels der Barratt- Impulsivitätsskala als hoch- impulsiv charakterisiert haben, ihr Verlangen nach einer direkten Belohnung erfolgreich durch Aktivierung zweier komplementärer Hirnmechanismen kontrollieren können. Als erster Mechanismus ist festzuhalten, dass selbstkontrollierte Entscheidungen zu einer Abschwächung der belohnungsabhängigen Aktivierung im Nucleus accumbens führten, welche von einer ansteigenden inversen Verbindung mit dem anteroventralen präfrontalen Kortex begleitet wurde. Der zweite Mechanismus ist, dass HI- Probanden ihren Wunsch nach einer höherwertigen, aber suboptimalen Belohnung in Abhängigkeit von der Wertigkeit der unmittelbaren Belohnung durch Downregulation im ventromedialen präfrontalen Kortex kontrollierten. Diesem Mechanismus folgte eine ansteigende inverse Kopplung mit dem ventralen Striatum. Von entscheidender Bedeutung ist dabei, dass sich diese neuronalen Mechanismen qualitativ von denen der extrem- kontrollierten Probanden unterschieden. Insgesamt lässt sich sagen, dass diese Ergebnisse darauf hindeuten, dass es persönlichkeitsspezifische neuronale Mechanismen gibt, die es hoch-impulsiven Probanden ermöglichen, ihren Wunsch nach einer unmittelbaren Belohnung zu kontrollieren.

Background. Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is one of the most prevalent neuropsychiatric disorders in childhood. Besides inattention and hyperactivity, impulsivity is the third core symptom leading to diverse and serious problems. However, the neuronal mechanisms underlying impulsivity in ADHD are still not fully understood. This is all the more the case when patients with the ADHD combined subtype (ADHD-C) are considered who are characterized by both symptoms of inattention and hyperactivity/impulsivity. Method. Combining high-density electroencephalography (EEG) recordings with source localization analyses, we examined what information processing stages are dysfunctional in ADHD-C (n = 20) compared with controls (n = 18). Results. Patients with ADHD-C made more impulsive errors in a Go/No-go task than healthy controls. Neurophysiologically, different subprocesses from perceptual gating to attentional selection, resource allocation and response selection processes are altered in this patient group. Perceptual gating, stimulus-driven attention selection and resource allocation processes were more pronounced in ADHD-C, are related to activation differences in parieto-occipital networks and suggest attentional filtering deficits. However, only response selection processes, associated with medial prefrontal networks, predicted impulsive errors in ADHD-C. Conclusions. Although the clinical picture of ADHD-C is complex and a multitude of processing steps are altered, only a subset of processes seems to directly modulate impulsive behaviour. The present findings improve the understanding of mechanisms underlying impulsivity in patients with ADHD-C and might help to refine treatment algorithms focusing on impulsivity.

Bei der Identifikation von Risikofaktoren für die Entstehung und Aufrechterhaltung von Adipositas wurde in den letzten Jahren zunehmend der Forschungsfokus auf die Persönlichkeitsaspekte des Individuums gerückt. Insbesondere das Zusammenspiel von Impulsivität, defizitärer Emotionsregulation und Reaktivität für Nahrungsreize im Sinne von nahrungsspezifischen Aufmerksamkeitsverzerrungen wurde mit unkontrolliertem Essverhalten in Zusammenhang gebracht, das langfristig zu Gewichtszunahme, Adipositas und Misserfolgen in der Gewichtsreduktionsbehandlung führt. Die Adipositaschirurgie (AC) stellt derzeit die effektivste Behandlung bei schwerer Adipositas dar. Dennoch gibt es Patient*innen, die langfristig einen unzureichenden Behandlungserfolg bezüglich Gewichtsverlust und Reduktion von physischen und psychischen Komorbiditäten nach AC aufweisen. Ziel der vorliegenden Dissertation war es, Patient*innen erstmalig vor und nach AC bezüglich ihrer Impulsivität, Emotionsregulation und nahrungsspezifischen Reaktivität zu subtypisieren und zu prüfen, ob bestimmte Persönlichkeitsprofile mit einer erhöhten allgemeinen und essstörungsspezifischen Psychopathologie assoziiert sind und einen prädiktiven Wert für mittelfristig erfasste gewichts- und gesundheitsbezogene Erfolgsparameter der AC haben. Die jetzigen Studienergebnisse stützen die Annahme, dass insbesondere postoperativ vorhandene Impulsivität und Emotionsdysregulation beim Individuum mittelfristig pathologisches Essverhalten begünstigen, das mit unzureichenden Gesundheits-Outcomes nach AC assoziiert ist. Hingegen konnten Aufmerksamkeitsverzerrungen für visuelle Nahrungsreize nicht in Verbindung mit dem 1-Jahres-Outcome der AC gebracht werden. Vielmehr scheinen Menschen mit schwerer Adipositas und Gewichtsreduktionswunsch visuelle Nahrungsreize in kontrollierten Aufmerksamkeitsprozessen bewusst zu vermeiden.

Research documented the effectiveness of obesity surgery (OS) for long-term weight loss and improvements in medical and psychosocial sequelae, and general cognitive functioning. However, there is only preliminary evidence for changes in attentional processing of food cues after OS. This study longitudinally investigated visual attention towards food cues from pre- to 1-year post-surgery. Using eye tracking (ET) and a Visual Search Task (VST), attentional processing of food versus non-food cues was assessed in n = 32 patients with OS and n = 31 matched controls without weight-loss treatment at baseline and 1-year follow-up. Associations with experimentally assessed impulsivity and eating disorder psychopathology and the predictive value of changes in visual attention towards food cues for weight loss and eating behaviors were determined. During ET, both groups showed significant gaze duration biases to non-food cues without differences and changes over time. No attentional biases over group and time were found by the VST. Correlations between attentional data and clinical variables were sparse and not robust over time. Changes in visual attention did not predict weight loss and eating disorder psychopathology after OS. The present study provides support for a top-down regulation of visual attention to non-food cues in individuals with severe obesity. No changes in attentional processing of food cues were detected 1-year post-surgery. Further studies are needed with comparable methodology and longer follow-ups to clarify the role of biased visual attention towards food cues for long-term weight outcomes and eating behaviors after OS.

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.