L'un des aspects les plus problématiques de l’addiction est la vulnérabilité à la rechute qui persiste même longtemps après la disparition des symptômes de sevrage. Les modèles rongeurs d'auto-administration (AA) démontrent que la réexposition à la drogue, les stimuli associés à la drogue ou le stress sont des déclencheurs majeurs de la rechute. Bien que les différentes catégories de drogues varient dans leurs mécanismes pharmacologiques primaires, elles partagent toutes un effet aigu d'augmentation des niveaux de dopamine (DA) dans le striatum. Après une utilisation répétée, les propriétés addictives des psychostimulants tels que la cocaïne (COC) sont sous-tendues par la mise en place de neuroadaptations persistantes dans le système DA (SDA) mésocorticolimbique. Le striatum est une cible majeure du SDA et, dans cette région, la DA agit sur deux familles de récepteurs (D1R et D2R) séparées positionnées sur les neurones épineux moyens (NEM) et donnant naissance à deux voies de sorties striatales différenciées et ayant des rôles différents dans l’addiction.Des travaux antérieurs dans notre équipe ont montré une implication différentielle de ces deux sous-types de récepteurs DA sur le rétablissement du comportement de recherche de COC. Alors que l'administration systémique d'un agoniste D2R induisait de puissants effets de rétablissement de recherche de cocaïne sur des rats entraînés à s'autoadministrer de la COC, l'administration systémique de l'agoniste D1R n’avait aucun effet (Dias et al, 2003).Les sous-régions ventrale (noyau accumbens) et dorsale du striatum (caudate putamen) sont modulées par l’innervation dopaminergique du mésencéphale ventral (VTA, substance noire) et la plasticité induite par la cocaïne dans ces circuits est supposée sous-tendre plusieurs aspects du comportement de recherche de drogue (Pierce and Vanderschuren, 2010). C’est pourquoi la première section de ce travail comprend une description de trois expériences réalisées dans le but d'étudier la participation des récepteurs DA du striatum au niveau ventral et dorsal à la réinstallation du comportement de recherche de cocaïne. / For many, drug taking may continue on an occasional basis for a long time; however, some individuals lose control of their drug use and are unable to stop. The transition from casual use to addiction is accompanied by drug-induced changes in the brain, followed by associated changes in behavioral functions. One of the most problematic aspects of addiction is the enduring vulnerability to relapse that persists even long after withdrawal symptoms have abated. Rodent models of drug self-administration (SA) show that re-exposure to the drug itself, drug associated cues or stress are major triggers of relapse. While different classes of drugs vary in their primary pharmacological mechanisms, they all share an acute effect of raising dopamine (DA) levels in the striatum. Following repeated use, the addictive properties of psychostimulants such as cocaine (COC) are believed to take place through the induction of neuroadaptations within the mesocorticolimbic DA system.The striatum is a major target of the DA system, where DA acts on two families of metabotropic receptors (D1-like or D2-like) that are segregated into two pathways of medium spiny neurons (MSNs) and have different roles in addiction and relapse. For instance, while systemic D2 receptor (D2R) stimulation induces reinstatement of COC seeking in rats, D1 receptor (D1R) stimulation does not. DA signaling in the nucleus accumbens (NAcc) responds to rewarding and aversive stimuli; in turn, the dorsolateral striatum (DLS) plays a key role in the transition to compulsive use, and the habitual aspects of drug-seeking after prolonged drug SA. Despite several works examining their role in relapse, the results remain somewhat unclear. Given their critical but differential involvement in COC seeking, here we investigated the role of D1R and D2R receptors of the NAcc and DLS in relapse, employing pharmacological manipulations, as well as assessing their protein expression using an animal model of COC SA. Our results showed a double dissociation between the actions of both DA receptors (DARs) in the striatum. Pharmacological activation of the D1R, but not D2R of the NAcc induces reinstatement of COC seeking, whereas the same effect is triggered by the activation of D2R, but not D1R of the DLS. Also, the reinstating effects of the systemic D2R stimulation is blocked by D1R or D2R antagonists injected into the NAcc or D1R antagonist into the DLS, while being blunted by the D2R inhibition in the DLS. These results convey an interaction between both receptor subtypes, likely relying on ascending spiraling connections associating the ventral and the dorsal striatum through midbrain-reaching loops. Finally, we found the reinstatement of COC seeking elicited by D1R or D2R agonists in either region is not due to changes in DAr expression.These results enticed us to examine the behavioral mechanisms underpinning reinstating behavior. Though initially goal-directed, COC seeking is argued to become habitual after extended training. This progression is believed to initially elicit functional changes within the NAcc, and gradually hijack the circuitry of the dorsal striatum. The activation of D1R in the NAcc and D2R in the DLS has been associated with the processing of rewarding properties and habitual responding for drugs, respectively. Therefore, we aimed to assess whether the reinstatement of COC seeking triggered by the D2R stimulation within the DLS would involve incentive motivational or reinforcing processes likely underlying those induced by the D1R stimulation within the NAcc. Also, we aimed to assess whether the D1R stimulation within the NAcc involves the overtaking of the behavioral control by habitual stimulus-response mechanisms which may be involved in the reinstatement of drug-seeking after the D2R stimulation in the DLS.

La navigation est une fonction clé de l’évolution. Chez l’Humain, comme chez le Rat, elle repose sur au moins deux structures cérébrales : l’hippocampe et le striatum. Chacune de ces structures prend en charge un mode de navigation qui lui est propre, et qui dépend du degré de connaissance de l’environnement et de la monotonie de la tâche. A l’heure actuelle, on ne comprend pas bien comment l’hippocampe et le striatum interagissent lors du rappel d’une information spatiale. L’objectif de cette thèse a été de mieux caractériser ce dialogue hippocampo-striatal. A travers des inactivations temporaires, couplées à un entraînement progressif dans un test comportemental, j’ai pu montrer une interdépendance de ces deux structures lors du rappel d’une information spatiale après 6 jours d’entrainement. Cette relation évolue après 14 jours d’entrainement, où l’intégrité des deux structures n’est plus requise pour le rappel d’une stratégie allocentrée. / Spatial navigation is a key function of the evolution. In Human, as in Rat, it is based on at least two brain structures: the hippocampus and the striatum. Each of these structures supports a navigation mode of its own, which depends on the level of knowledge of the space environment and the monotony of the task. Currently, we don’t really understand how these two structures interact during retrieval of a spatial information. The aim of this thesis was to better characterize hippocampo-striatal dialogue during the implementation of a routine in the rat. Through muscimol inactivation, coupled to progressive period training in a behavioral test, I was able to show the interdependence of these two structures in the development of a relevant navigation strategy during retrieval after 6 training days. This relationship evolves after 14 days of training, where, hippocampus does not seem to depend on the integrity of dorsal striatum anymore to provide an allocentric strategy.

GPR88 est un récepteur couplé aux protéines G orphelin exprimé principalement au niveau du striatum spécifiquement dans les neurones moyens épineux de la voie striato-nigrale et de la voie striato-pallidale.Premièrement nous avons étudié les souris Gpr88 KO et montré des altérations biochimiques, structurales et comportementales. Aussi les résultats montrent que l’hyperactivité des souris Gpr88 KO est diminuée par l’administration de méthylphénidate. Deuxièmement nous avons montré que la diminution des comportements liés à l’anxiété dépend de GPR88 dans la voie striato-pallidale et que la coordination motrice est régulée par GPR88 dans le striatum adulte (injection AAV-Cre) et dans la voie striato-pallidale. Dernièrement, nous avons confirmé un déficit d’inhibition du prépulse chez les souris Gpr88 KO, mais aussi montré que celui-ci s’étend à la modalité visuelle et n’est pas lié à un déficit général d’inhibition ou à la délétion de Gpr88 dans les neurones striato-pallidaux. / Among brain orphan G protein-coupled receptors, GPR88 shows high expression mainly in the striatum specifically in medium spiny neurons of both the striatonigral and striatopallidal pathwaysFirst, we examine full Gpr88 KO mice and show biochemical, structural and behavioral alterations. Results also show that the hyperactivity phenotype of Gpr88 KO mice is reversed by methylphenidate.Second, we show that Gpr88 in striatopallidal neurons (cKO approach) exerts anxiogénic activity and that motor coordination is regulated by GPR88 in the adult brain (AAV-Cre approach) and in the striatopallidal pathway.Finally, we confirmed previous data showing impaired acoustic prepulse inhibition in Gpr88 KO mice and further show that this deficit is not the result of a general inhibition deficit or of the lack of GPR88 in striatopallidal neurons.

: Mon travail de thèse a porté sur l’étude neurocomportementale des actions et des habitudes chez le Rat. En effet, lors d’un apprentissage opérant la réponse peut être acquise selon deux systèmes associatifs. Le premier dépend d’une représentation des conséquences de la réponse, le second d’une association plus « simple » entre le stimulus et la réponse. Un premier axe de recherche a consisté à étudier plusieurs paramètres du conditionnement, afin de déterminer leur influence sur le contrôle de la réponse instrumentale par un système plutôt que l’autre. Le deuxième axe de recherche a porté sur l’étude des substrats neuronaux impliqués dans l’acquisition et l’expression d’une action, par l’intermédiaire de techniques d’inactivation cérébrale et d’étude immuno-histochimique de l’expression génique de la protéine Fos. / Previous research has established that instrumental conditioning, in both primates and rats, is mediated by two concurrent associative systems. In early stages of training, instrumental response is thought to be mediated by an association between the action and the outcome (A-O). While training proceeds however, as the response becomes less sensible to the outcome value, it is conceived as being mediated by an association between thestimulus and the response (S-R). Recent evidences suggest that the both systems operate in tandem and/or competition from the beginning of training. This work aimed at studying the mechanisms that coordinate the control of the instrumental response by the goal-directedsystem or the habit system. A first batch of results indicates no effect of the amount of training sessions on the goal-directed nature of the conditioned instrumental response. Indeed,the outcome devaluations by CTA or selective satiety reduced the instrumental performances,independently of the training procedure applied. The instrumental responses resulting from our 3 training procedures depend of an actualized representation of their outcomes. A secondbatch of results indicates that information about the context of instrumental conditioning isincluded in the incentive representation of the outcome. Indeed, we observed no sensitivity tooutcome devaluation when devaluation occurred outside the training context. These results offer new original hypotheses about context encoding and the nature of instrumental responding. A third batch of experiments investigates the role of the prelimbic cortex in acquisition vs. expression of goal-directed instrumental behaviour, using reversible neuronal inactivation. The results show that the prelimbic cortex plays a transient but crucial role in theacquisition of goal-directed responding and that the A-O and S-R systems can operate in a competitive fashion early in training. Using ex-vivo imaging, a last batch of experiments aimed to study the temporal cerebral activation throughout instrumental training with a focuson prefrontal and striatal regions. Results show levels of Fos expression that vary with regions. At the beginning of conditioning, the density of Fos positive nuclei is high in the prefrontal regions. It decreases with training. Labelling is denser in the dorsomedial striatumthan in the dorsolateral striatum. The weak activation in the dorsolateral striatum appears consistent with the absence of habit. These data are in accordance with data of the literature concerning dynamics of activation in cortico-striatal circuits. Furthermore, they are in agreement with the suggestion that activity in the prelimbic cortex could promote the acquisition of goal-directed action by the induction of neuronal plasticity in the dorsal striatum.

Il existe différents types de mémoire chez l’homme et l’animal. Chez les mammifères, on distingue principalement une mémoire relationnelle/spatiale reposant sur l’hippocampe et le cortex préfrontal, et une mémoire procédurale/indicée dépendante du striatum. Lors de nouveaux apprentissages, ces systèmes interagissent de manière coopérative et/ou compétitive en fonction de la nature de la tâche. S’il est connu que les émotions négatives et le niveau d’entraînement modulent ces interactions, peu de travaux ont étudié le rôle des récompenses dans la sélection et l’utilisation de ces deux formes principales de mémoire. Nous avons utilisé deux versions du test de discrimination spatiale dans un labyrinthe en Y afin de d’évaluer la mémoire spatiale d’une part, et la mémoire procédurale d’autre part. Nos résultats montrent que la stimulation pharmacologique du système de récompense par auto-injection de morphine au niveau de l’aire tegmentale ventrale (ATV), perturbe de manière spécifique l’apprentissage spatial reposant sur le fonctionnement hippocampo-préfrontal Ce déficit spatial s’accompagne d’une forte réduction de l’activité du facteur de transcription CREB (cAMP Response Element Binding) au sein de ce réseau. Au contraire, l’apprentissage indicé est préservé et l’activation de CREB est potentialisée par l’utilisation d’une récompense pharmacologique (injections de morphine). Nous mettons en évidence que la suractivation de la voie PKA/CREB, dans le striatum dorsal, est la cause de l’interférence observée lors de la formation de la mémoire spatiale. De plus, la stimulation répétée du système de récompense par la drogue lors de l’acquisition d’une stratégie indicée entraîne une persistance de l’activité réverbérante de la voie PKA/CREB dans le striatum dorsal. Cette persistance peut être révélée par l’utilisation préférentielle d’une stratégie indicée dans une nouvelle tâche ambigüe, le test de compétition en piscine de Morris. L’ensemble de ce travail éclaire, grâce aux effets différentiels de récompenses sensorielles et pharmacologiques sur l’apprentissage, la compréhension des interactions dynamiques entre les systèmes de mémoire. De plus, il suggère que l’hyperassociativité persistante consécutive à l’usage de drogue est à l’origine de déficits de type déclaratifs qui pourraient jouer un rôle clé dans l’installation d’un comportement addictif. / There are different forms of memory proceeded in human’s and animal’s brain. At least two major systems can be defined. A spatial/declarative form of memory relies on the hippocampus and prefrontal cortex, and secondly, a more rigid, procedural/cued type of memory supported by striatal circuitry. Learning requires cooperative and/or competitive interactions between memory systems, depending on the nature of the task. It is well established that negative emotions and training modulate these interactions. However, little is known about the role of rewards on the selection and formation of these forms of memory.Using two versions (spatial or cue) of a Y-maze discrimination task, we show that drug reward, but not food reward, disrupts spatial learning while sparing the cued task. The spatial memory deficit relies on an decrease of CREB (cAMP Response Element Binding) activity within the hippocampus and the prefrontal cortex. Inhibition of the PKA/CREB signalling pathway restored spatial learning, suggesting that striatal overactivation of this pathway is responsible for the spatial memory deficit. The cued learning strategy elicits a strong CREB activitiy within the dorsal striatum which is further increased by morphine injections. We propose that drug-induced activation of the DA reward system induces abnormal reverberating activity of the PKA/CREB signalling pathway within the dorsal striatum, eventually leading to a preferential use of a striatum-dependent strategy during a new ambiguous learning task, the water maze competition task.In conclusion, our results points to a key role of rewards in the modulation of learning systems. Furthermore, we provide evidence that drug-induced striatal hyperactivity may underlie the declarative memory deficit reported here. This mechanism could represent an important early step toward the development of addictive behaviors by promoting conditioning to the detriment more flexible forms of memory.

La maladie de Huntington est une pathologie héréditaire qui se caractérise par une dégénérescence sélective des neurones striataux de la voie indirecte des ganglions de la base. Chez les patients ainsi que chez les souris modèles de la pathologie, en plus des symptômes moteurs, cognitifs et psychiatriques, des troubles du sommeil peuvent aussi apparaitre dès la phase pré-symptomatique. L’étude électrophysiologique in vivo des souris transgéniques R6/1a, en outre, révélé en début de phase symptomatique l’apparition du rythme pathologique β observé principalement durant le sommeil. Ces travaux de thèses ont donc eut pour but d’étudier le lien entre les modifications d’activités de réseaux cérébraux, les troubles du sommeil et l’émergence du rythme β ainsi que l’implication de ces anomalies dans les perturbations comportementales observées chez les souris R6/1. Notre étude de l’imagerie c-Fos a montré une hyperactivation de la voie frontostriatale chez ces souris, et ceci uniquement au stade pré-symptomatique sans aucune modification d’activation de la voie indirecte. Notre étude pharmacogénétique a démontré que la modification d’activité de ces neurones de projection striataux pouvait modifier l’alternance veille/sommeil mais ne pouvaient générer le rythme β. Enfin, notre étude pharmacologique a établit le lien entre le dysfonctionnement du système orexinergique et l’émergence du rythme β chez les souris R6/1. Ces travaux ont permis de mieux décrire des modifications d’activités de réseaux associées aux différents stades de la pathologie, en particulier au stade présymptomatique, et leurs contributions aux troubles du sommeil et l’émergence du rythme β. / Huntington’s disease (HD) is an inherited pathology that causes selective degeneration ofindirect striatal pathway neurons of the basal ganglia. In addition to the classic motor,cognitive and psychiatric symptoms, patients and mouse models of HD develop sleepdisorders, which can appear at as early as pre-symptomatic stage. Furthermore, in vivoelectrophysiological study of R6/1 transgenic mice revealed a unique and pathological βrhythm that appear at early symptomatic stage and which is mainly observed during sleep.The aim of this thesis work was to examine the link between changes in cerebral networkactivities, sleep disturbances and β rhythm, and to determine the contribution of theseabnormalities to the behavioral disturbances observed in R6/1 mice. Our neuroimaging study of the marker of neuronal activity c-Fos showed a hyperactivation of frontostriatal pathway at pre-symptomatic stage without any activity changes of the vulnerable indirect pathway neurons. Our pharmacogenetic study demonstrated that changes of striatal projection neuronal activity can modify sleep/wake behaviors, without inducing the pathological β rhythm. Finally, our pharmacological study established a link between orexinergic system dysfunction and β rhythm emergence in R6/1 mice. Our data, therefore, described further the natures of altered neural circuit activity associated with different disease stages, in particular pre-motor symptomatic period, and the importance of these alterations for sleep disturbances as well as β rhythm appearance in transgenic HD mice.

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par une perte dopaminergique dans le striatum, structure sous-corticale impliquée dans le contrôle moteur, la mémoire et les comportements émotionnels. Les interneurones cholinergiques (ChIs) striataux jouent un rôle clef dans cette réorganisation pathologique du striatum en modulant l’activité des neurones de projection striataux (MSNs). Ce travail vise à étudier l’implication des ChIs et des récepteurs muscariniques (mAChRs) dans les mécanismes qui sous-tendent l’expression des déficits moteurs, cognitifs et émotionnels dans différents modèles de la MP chez la souris. L’inhibition optogénétique des ChIs réduit les déficits moteurs (akinésie, asymétrie posturale, déficit sensori-moteur). Les enregistrements électrophysiologiques montrent que l’inhibition des ChIs réduit l’excitabilité des MSNs et rétablit l’équilibre d’activité des deux voies de sortie striatale. Ces effets antiparkinsoniens sont reproduits par le blocage pharmacologique striatal des mAChRs M1 et M4. Ils sont dus à une action préférentielle de l’ACh sur les mAChRs au niveau des MSNs à l’origine de la voie striatonigrale puisqu’ils disparaissent chez des souris invalidées pour les récepteurs M4 exprimés dans ces neurones. La photoinhibition des ChIs réduit les déficits mnésiques et l’anxiété. L’antagoniste des mAChRs M1 réduit l’anxiété mais est inefficace sur les déficits mnésiques, suggérant que d’autres récepteurs cholinergiques striataux puissent être engagés dans les fonctions mnésiques. L’ensemble de nos résultats apporte un éclairage nouveau sur l’implication des ChIs striataux dans le fonctionnement physiologique et pathologique du striatum. / Parkinson’s disease (PD) is characterized by a dopamiergic loss into the striatum, a subcortical structure involved in motor control, memory and emotional behaviors. Striatal cholinergic interneurons (ChIs) play a key role in this pathological reorganization of the striatal circuitry by modulating striatal projection neurons (MSNs). This study aims to investigate the involvement of ChIs and muscarinic receptors (mAChRs) in the mechanisms underlying the expression of motor, cognitive and emotional deficits observed in different models of PD in mice. ChIs optogenetic inhibition reduced motor deficits (akinesia, postural asymmetry, sensorimotor deficit). Electrophysiological recordings show that ChIs photoinhibition reduces MSNs excitability and restores the balance between the two striatal output pathways. These antiparkinsonian effects are reproduced by pharmacological intrastriatal blockade of M1 and M4 mAChRs. They are due to a preferential action of ACh on mAChRs expressed on striatonigral MSNs since the deficits disappear in mutant mice that lack M4 mAChRs only in these neurons. ChIs photoinhibition also reduces memory deficits and anxiety. M1 mAChRs antagonist reduces anxiety but is inefficient on memory deficits, suggesting that other cholinergic receptors might be involved in striatal memory functions. Overall, these results give new insights on the role of cholinergic interneurons in the normal and pathological functioning of the striatum.

Les ganglions de la base forment un ensemble de structures sous-corticales connues pour leur implication dans les processus sensori-moteurs, cognitifs et motivationnels. L’objectif de ce travail était d’approfondir le rôle des neurones du noyau subthalamique (NST), des neurones de projections et interneurones cholinergiques du striatum et des neurones du globus pallidus externe (GPe) dans la mise en place et l’exécution d’un comportement dans différents contextes motivationnels. Nous nous sommes intéressés à l’influence de l’effort et de la récompense sur l’activité de ces neurones grâce à une approche comportementale associée à des enregistrements extracellulaires unitaires chez le singe éveillé. L’influence de ces facteurs a été appréhendée dans une tâche visuo-motrice dans laquelle différents niveaux d’effort et de récompense étaient imposés à l’animal. Nos résultats comportementaux ont montré une prise en compte de la valeur des stimuli par les animaux. Les résultats électrophysiologiques obtenus montrent une implication de chacune des populations étudiées dans le traitement des informations relatives à l’effort et à la récompense. Ils suggèrent un rôle des neurones du NST, du striatum et du GPe respectivement dans la mise en place, l’exécution et l’évaluation de l’action sur la base de la valeur subjective de la récompense. Nos résultats apportent des informations nouvelles sur les substrats neurophysiologiques qui sous-tendent les processus motivationnels dans la circuiterie des ganglions de la base. / The basal ganglia form a set of subcortical structures known to be involved in sensorimotor, cognitive and motivational processes. The aim of this work was to study the role of the subthalamic nucleus (STN) neurons, the cholinergic interneurons and the projection neurons of the striatum and the neurons of the external part of the globus pallidus (GPe) in the establishment and the execution of a behavior under different motivational contexts. We examined the influence of effort and reward on the activity of these neurons with a behavioral approach combined with extracellular recordings in awake monkeys. The influence of these factors has been investigated in a visuo-motor task in which different levels of effort and reward were imposed on the animal. Our behavioral results showed a consideration of the value of the visual stimuli by the animals. Electrophysiological results showed an implication of each of the neuronal populations studied in the encoding of force and reward related information. These data suggest a role of STN, striatum and GPe in the establishment, the execution and the update of the benefit of the action based on subjective reward value. Our results bring out new features on the neurophysiological substrates underlying motivational processes in basal ganglia circuitry.

Background: Patients suffering from panic disorder and agoraphobia are significantly impaired in daily life due to anxiety about getting into a situation due to apprehension about experiencing a panic attack, especially if escape may be difficult. Dysfunctional beliefs and behavior can be changed with cognitive behavioral therapy; however, the neurobiological effects of such an intervention on the anticipation and observation of agoraphobia-specific stimuli are unknown. Methods: We compared changes in neural activation by measuring the blood oxygen level-dependent signal of 51 patients and 51 healthy controls between scans before and those after treatment (group by time interaction) during anticipation and observation of agoraphobia-specific compared to neutral pictures using 3-T fMRI. Results: A significant group by time interaction was observed in the ventral striatum during anticipation and in the right amygdala during observation of agoraphobia-specific pictures; the patients displayed a decrease in ventral striatal activation during anticipation from pre- to posttreatment scans, which correlated with clinical improvement measured with the Mobility Inventory. During observation, the patients displayed decreased activation in the amygdala. These activational changes were not observed in the matched healthy controls. Conclusions: For the first time, neural effects of cognitive behavioral therapy were shown in patients suffering from panic disorder and agoraphobia using disorderspecific stimuli. The decrease in activation in the ventral striatum indicates that cognitive behavioral therapy modifies anticipatory anxiety and may ameliorate abnormally heightened salience attribution to expected threatening stimuli. The decreased amygdala activation in response to agoraphobia-specific stimuli indicates that cognitive behavioral therapy can alter the basal processing of agoraphobia-specific stimuli in a core region of the fear network.

Background: The valuation of risks and the speed with which decisions are made and acted upon are important characteristics of everyone’s personality. These characteristics exist along a continuum that ranges from weak to strong expressions of impulsivity. In certain situations it is crucial to decide and react quickly. Yet these qualities can prove disadvantageous if they are expressed excessively and persistently. Self-reports, such as the Barratt Impulsiveness Scale, inquire long-term patterns of behavior to assess the level of trait impulsivity. Experimental paradigms, on the other hand, quantify specific impulsive facets, which depend rather on the current environment and state of the individual. These paradigms include decision-making tasks that capture impulsive facets such as the attitudes towards delays, risks and losses. Research indicates that these attitudes are governed by a valuation network of cortical and subcortical brain regions along with several neurotransmitters. Within this intricate network, frontostriatal circuits innervated by dopamine were identified as an important locus of control. Although a wealth of studies have subsequently examined the influence of the dopaminergic system on impulsive choice, the regulatory mechanisms remain largely unclear. This may originate from the interrelations within the valuation network but also from the complexity of the dopaminergic system itself. Seminal investigations have shown that this complicated interplay may be partly explained by an underlying inverted U-shaped function, which describes an optimal level of dopamine, flanked by increasing impulsivity in the context of sub- and supraoptimal signaling. Research Question: This work aimed to shed more light on the inverted-U theory by characterizing the contribution of dopaminergic signaling to trait and decisional impulsivity, and by clarifying whether the manipulation of decisional impulsivity through boosting striatal dopamine via L-DOPA depends on baseline signaling. We hypothesized that individuals with optimal striatal dopaminergic signaling as measured by [18F]DOPA positron emission tomography would feature low trait impulsivity as assessed with the Barratt Impulsiveness Scale. By contrast, individuals with suboptimal signaling were hypothesized to exhibit stronger trait impulsivity corresponding to higher scores on the Barratt Impulsiveness Scale. Assuming an inverted U-shaped function, we predicted that the dopamine precursor L-DOPA would reduce impulsive decisions in the latter but overdose individuals with an already optimal signaling and thus make their choice behavior more impulsive. Materials and Methods: The present studies combined trait and choice measures of impulsivity with the investigation of the dopaminergic system by positron emission tomography and a pharmacological manipulation. In a double-blind, randomized, placebo-controlled, counter-balanced, repeated measures design, 87 healthy adults completed a computerized decision-making test battery. The battery includes four tasks, each of which captures one distinct dimension of impulsive choice: a delay discounting task quantifies delay discounting, a probability discounting for gains task quantifies risk-seeking for gains, a probability discounting for losses task quantifies risk-seeking for losses and a mixed gambles task quantifies loss aversion. In order to test for baseline-dependent L-DOPA effects on these dimensions, we controlled for trait impulsivity (a suggested proxy for central dopamine) as assessed with the Barratt Impulsiveness Scale (N = 87) and striatal dopamine as measured by [18F]DOPA positron emission tomography (in 60 of the 87 participants). Results: Our findings highlight the complex role of dopamine in impulsivity and the heterogeneity of its underlying biology. Participants who scored relatively high on the Barratt Impulsiveness Scale appeared to benefit from L-DOPA, indicated by a decrease in delay discounting, risk-seeking for gains and loss aversion. Participants with low levels of impulsive personality traits as assessed with the Barratt Impulsiveness Scale, on the other hand, exhibited opposite changes in choice preference. Bearing in mind that trait impulsivity may be a behavioral expression of central dopamine, our results suggest an inverted U-shaped function in which impulsive decision-making arises from both sub- and supraoptimal dopaminergic activity. We found further support for an inverted U-shaped function when accounting for baseline dopamine as measured by [18F]DOPA positron emission tomography. Participants who had higher values on the Barratt Impulsiveness Scale featured low, presumably suboptimal, striatal dopamine signaling. After enhancing and possibly optimizing the basal signaling with L-DOPA, they discounted delays less and tended to less risk-seeking for gains and loss aversion. By contrast, participants with low trait impulsivity as assessed with the Barratt Impulsiveness Scale exhibited higher striatal dopamine, probably corresponding to optimal baseline activity as L-DOPA shifted their choice behavior in the opposite direction, thus indicating a dopamine overdose. The intake of L-DOPA had no influence on risk-seeking for losses, even when differences in trait impulsivity and basal levels of striatal dopamine were considered. Performance on tasks of the decision-making battery produced only few, weak intercorrelations, which implies that delay discounting, risk-seeking for gains, risk-seeking for losses and loss aversion represent dissociable aspects of choice. Conclusions: Our results endorse and extend previous findings that indicated an inverted U-shaped influence of dopamine on delay discounting and decisions under risk. Utilizing a battery of largely independent choice tasks, we were able to disentangle the effect of gains and losses on risky decisions. Whereas risk-seeking for gains seemed to depend on baseline dopamine signaling, we found no evidence for dopaminergic neurotransmission affecting risk-seeking for losses. Consistent with the literature, our data shows that self-reported trait impulsivity and experimentally measured decision-making dimensions are distinct phenomena within the multidimensional construct of impulsivity. Our analyses further revealed that choice measures were differentially related to dopaminergic activity, which suggests that they represent not merely descriptive distinctions but separable psychobiological decision-making processes. Since the regulation of choice probably spreads across neurotransmitter systems, more research on these systems is warranted. After identifying the precise mechanisms within each system, comprehensive studies of their interplay may ultimately uncover how impulsive decisions arise. Considering a series of studies that related steep delay discounting and excessive risk-seeking to poor health and mental illness, the acquired knowledge may also inform translational research on impulsivity-related maladies. / Hintergrund: Die Bewertung von Risiken und die Schnelligkeit mit der Entscheidungen getroffen und umgesetzt werden, sind wichtige Persönlichkeitsmerkmale eines jeden Menschen. Diese Merkmale existieren entlang eines Kontinuums, das von schwachen bis zu starken Ausprägungen von Impulsivität reicht. In bestimmten Situationen ist es entscheidend, schnell zu entscheiden und zu reagieren. Diese Eigenschaften können sich jedoch als nachteilig erweisen, wenn sie übermäßig und beharrlich zum Ausdruck gebracht werden. Selbstauskunftsberichte wie die Barratt-Impulsivitätsskala fragen nach überdauernden Verhaltensmustern, um den Grad impulsiver Persönlichkeit zu beurteilen. Experimentelle Paradigmen hingegen quantifizieren spezifische impulsive Facetten, die eher von der aktuellen Umwelt und Verfassung des Individuums abhängen. Zu diesen Paradigmen gehören Entscheidungsaufgaben, die impulsive Facetten wie die Einstellungen zu Verzögerungen, Risiken und Verlusten erfassen. Forschungsarbeiten legen nahe, dass diese Einstellungen von einem Bewertungsnetzwerk aus kortikalen und subkortikalen Hirnregionen zusammen mit mehreren Neurotransmittern gesteuert werden. Innerhalb dieses komplizierten Netzwerks wurden durch Dopamin innervierte frontostriatale Schaltkreise als wichtige Kontrollpunkte identifiziert. Obwohl nachfolgend eine Fülle von Studien den Einfluss des dopaminergen Systems auf impulsive Entscheidungen untersucht hat, bleiben die Regulationsmechanismen weitgehend unklar. Dies mag von den Wechselbeziehungen innerhalb des Bewertungsnetzwerks, aber auch von der Komplexität des dopaminergen Systems selbst herrühren. Bahnbrechende Untersuchungen haben gezeigt, dass dieses komplizierte Zusammenspiel teilweise durch eine zugrundeliegende umgekehrte U-Funktion erklärt werden könnte, die einen optimalen Dopamin-Spiegel flankiert von zunehmender Impulsivität bei sub- und supraoptimaler Signalgebung beschreibt. Fragestellung: Diese Arbeit zielte darauf ab, die umgekehrte U-Hypothese näher zu beleuchten, indem sie den Beitrag der dopaminergen Signalgebung zu Persönlichkeits- und Entscheidungsimpulsivität charakterisiert und klärt, ob die Manipulation der Entscheidungsimpulsivität durch Erhöhung des striatalen Dopamins mittels L-DOPA vom Baseline-Signal abhängt. Wir nahmen an, dass Individuen mit optimaler striataler dopaminerger Signalgebung, gemessen mit der 18F-DOPA Positronen-Emissions-Tomographie, eine geringe Persönlichkeitsimpulsivität aufweisen würden, die mit der Barratt-Impulsivitätsskala bewertet wurde. Bei Individuen mit suboptimaler Signalgebung vermuteten wir hingegen eine impulsivere Persönlichkeit, die höheren Werten auf der Barratt-Impulsivitätsskala entspricht. Unter Annahme einer umgekehrten U-Funktion prognostizierten wir, dass der Dopamin-Vorläufer L-DOPA bei letzteren impulsive Entscheidungen reduzieren würde, aber Individuen mit bereits optimaler Signalgebung überdosieren und somit deren Entscheidungsverhalten impulsiver machen würde. Material und Methoden: Die hier präsentierten Studien kombinierten Maße von Persönlichkeits- und Entscheidungsimpulsivität mit der Untersuchung des dopaminergen Systems mittels Positronen-Emissions-Tomographie und einer pharmakologischen Manipulation. In einem doppelblinden, randomisierten, placebokontrollierten, balancierten Messwiederholungsdesign absolvierten 87 gesunde Erwachsene eine computerbasierte Testbatterie zum Entscheidungsverhalten. Die Batterie umfasst vier Aufgaben, von denen jede eine bestimmte Dimension impulsiver Entscheidungsfindung erfasst: „Delay Discounting“ quantifiziert die Fähigkeit zum Belohnungsaufschub, „Probability Discounting for Gains“ quantifiziert das Risikoverhalten bei Gewinnen, „Probability Discounting for Losses“ quantifiziert das Risikoverhalten bei Verlusten und „Mixed Gambles“ quantifiziert die Verlustaversion. Um auf baseline-abhängige L-DOPA-Effekte bei diesen Dimensionen zu testen, kontrollierten wir für Persönlichkeitsimpulsivität (ein vorgeschlagener Proxy für zentrales Dopamin), die mit der Barratt-Impulsivitätsskala (N = 87) bewertet wurde, und für striatales Dopamin, das mit der 18F-DOPA Positronen-Emissions-Tomographie gemessen wurde (bei 60 der 87 Probanden und Probandinnen). Ergebnisse: Unsere Ergebnisse unterstreichen Dopamins komplexe Rolle in der Impulsivität und die Heterogenität der dieser zugrundeliegenden Biologie. Probanden und Probandinnen, die auf der Barratt-Impulsivitätsskala relativ hoch punkteten, schienen von L-DOPA zu profitieren, was sich in einer Abnahme der Abwertung von verzögerten Belohnungen, der Risikobereitschaft bei Gewinnen und der Verlustaversion zeigte. Probanden und Probandinnen mit einem geringen Grad an impulsiven Persönlichkeitszügen (bewertet mit der Barratt Impulsivitätsskala) zeigten dagegen entgegengesetzte Veränderungen in der Entscheidungspräferenz. In dem Bewusstsein, dass Persönlichkeitsimpulsivität ein Verhaltensausdruck zentralen Dopamins sein mag, suggerieren unsere Ergebnisse eine umgekehrte U-Funktion, bei der impulsives Entscheidungsverhalten sowohl aus sub- als auch supraoptimaler dopaminerger Aktivität erwächst. Wir fanden weiteren Anhalt für eine umgekehrte U-Funktion nach Berücksichtigung des Baseline-Dopamins, gemessen mit der 18F-DOPA Positronen-Emissions-Tomographie. Teilnehmer und Teilnehmerinnen mit höheren Werten auf der Barratt-Impulsivitätsskala wiesen eine niedrige, vermutlich suboptimale, striatale Dopamin-Signalgebung auf. Nach Erhöhung und möglicherweise Optimierung der basalen Signalgebung mittels L-DOPA werteten diese Verzögerungen weniger ab und neigten zu weniger Risikobereitschaft bei Gewinnen und Verlustaversion. Im Gegensatz dazu wiesen Teilnehmer und Teilnehmerinnen mit geringer Persönlichkeitsimpulsivität (bestimmt mit der Barratt-Impulsivitätsskala) ein höheres striatales Dopamin auf. Dies entsprach wahrscheinlich einer optimalen Baseline-Aktivität, da L-DOPA deren Entscheidungsverhalten in die entgegengesetzte Richtung verlagerte, hinweisend auf eine Dopamin-Überdosierung. Die Einnahme von L-DOPA hatte keinen Einfluss auf das Risikoverhalten bei Verlusten, selbst wenn Unterschiede in der Persönlichkeitsimpulsivität und den Basalspiegeln von striatalem Dopamin berücksichtigt wurden. Die Performanz in den Aufgaben der Entscheidungsbatterie war nur wenig und schwach untereinander korreliert, was impliziert, dass „Delay Discounting“, „Probability Discounting for Gains“, „Probability Discounting for Losses“ und „Mixed Gambles“ separate Entscheidungsaspekte repräsentieren. Schlussfolgerungen: Unsere Ergebnisse bestätigen und erweitern bisherige Erkenntnisse, die nahelegten, dass der Belohnungsaufschub und Entscheidungen unter Risiken unter einem umgekehrt U-förmigen Einfluss Dopamins stehen. Mit einer Batterie von weitgehend unabhängigen Entscheidungsaufgaben konnten wir die Effekte von Gewinnen und Verlusten auf riskante Entscheidungen auftrennen. Während das Risikoverhalten bei Gewinnen vom Baseline-Dopamin-Signal abhängig zu sein schien, fanden wir keine Hinweise dafür, dass sich die dopaminerge Neurotransmission auf das Risikoverhalten bei Verlusten auswirkt. Übereinstimmend mit der Literatur zeigen unsere Daten, dass selbstberichtete Persönlichkeitsimpulsivität und experimentell gemessene Entscheidungsdimensionen unterschiedliche Phänomene innerhalb des mehrdimensionalen Konstrukts der Impulsivität sind. Unsere Analysen ergaben ferner, dass Entscheidungsmaße in unterschiedlicher Beziehung zu dopaminerger Aktivität standen. Dies legt nahe, dass diese nicht nur beschreibende Unterscheidungen, sondern separate psychobiologische Entscheidungsprozesse darstellen. Da die Regulierung von Entscheidungen wahrscheinlich mehrere Neurotransmittersysteme umfasst, ist die weitere Erforschung dieser Systeme gerechtfertigt. Nach Identifizierung der genauen Mechanismen innerhalb jedes Systems könnten umfassende Studien zu deren Zusammenwirken letztlich aufdecken, wie impulsive Entscheidungen entstehen. Angesichts einer Reihe von Studien, die eine geringe Fähigkeit zum Belohnungsaufschub und eine übermäßige Risikobereitschaft mit schlechter Gesundheit und psychischen Erkrankungen in Verbindung brachten, könnte das erworbene Wissen auch in die translationale Erforschung impulsivitätsassoziierter Krankheiten einfließen.