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

Befunde zu Einflüssen genetischer Variation auf Temperamentsunterschiede und die Entwicklung psychiatrischer Störungen haben in den letzten Jahren bedeutende Beiträge zum eingehenderen Verständnis neurobiologischer Grundlagen von Verhaltensunterschieden geleistet. Eine der am eingehendsten untersuchten genetischen Variationen ist ein Polymorphismus des Dopamin-D4-Rezeptor-Gens (DRD4 Exon III). Nichtsdestoweniger ist seine funktionelle und verhaltenswirksame Rolle bisher weitgehend unklar: Zwar wurden bestimmte Varianten des Polymorphismus mit einer höheren Ausprägung in der Temperamentsdimension Novelty Seeking in Verbindung gebracht, Nachfolgeuntersuchungen erbrachten jedoch inkonsistente Resultate. Angesichts der methodischen und demografischen Heterogenität der einzelnen Studien war es das Anliegen zweier erster Studien der Dissertation, die Ursprungsbefunde möglichst exakt zu replizieren. Während in einer Voruntersuchung bei 136 Studierenden signifikant höhere Werte in Novelty Seeking bei Vorliegen des DRD4 Exon III 7-Repeat-Allels bzw. des 4/7-Genotyps festgestellt wurde, ergaben sich in Studie I, in der 276 Personen der selben Population mit der selben Methodik untersucht wurden, keinerlei Effekte des Polymorphismus. Auch anhand von Meta-Analysen ist gegenwärtig davon auszugehen, dass derzeit keine ausreichende empirische Grundlage für einen Haupteffekt von DRD4 Exon III auf Novelty Seeking vorliegt. Allerdings stellt ein einzelner Polymorphismus nur einen von vielen endogenen und exogenen Einflussfaktoren auf Temperamentsunterschiede dar, und inzwischen liegen auch Befunde zu Interaktionseffekten von DRD4 Exon III mit weiteren Polymorphismen vor. Derartigen Interaktionen wurde in Studie II nachgegangen, bei der für die Stichprobe aus Studie I zusätzlich zwei weitere genetische Polymorphismen genotypisiert wurden, die direkt oder indirekt die Dopamin-Funktion beeinflussen (COMT, 5-HTTLPR). In Studie II konnten die Ergebnisse einer vorhergehenden Arbeit repliziert werden, die einen Effekt des DRD4 Exon III 7-Repeat-Allels nur für bestimmte Genotyp-Gruppierungen der anderen beiden Polymorphismen zeigte. Zudem kann anhand der Befunde eine Abhängigkeit des Effektes von DRD4 Exon III von tonischen Dopamin-Niveaus vermutet werden. Ein neuerer Ansatz für die Aufklärung der funktionellen Rolle genetischer Variation geht davon aus, dass die relativ geringen Effekte von Polymorphismen auf endophänotypischer Ebene, also der Ebene etwa psychophysiologischer Maße wie dem EEG, möglicherweise besser erfassbar sind als auf Fragebogen-Ebene. Daher wurde in Studie III der Einfluss des DRD4 Exon III Polymorphismus auf einen Endophänotyp der Responsivität gegenüber Neuheit unter Berücksichtigung tonischer Dopamin-Niveaus untersucht. Als ein plausibler solcher Endophänotyp wurde die Novelty P3 des akustisch evozierten Potenzials im EEG in einer Stichprobe von 72 Personen im Hinblick auf ihre Modulation durch DRD4 Exon III untersucht. Tonische Dopamin-Niveaus wurden über die spontane Lidschlagrate als einem indirekten Indikator der Dopamin-Aktivität erhoben. Es zeigten sich keine Haupteffekte von DRD4 Exon III oder Lidschlagrate auf die akustisch evozierte Novelty P3. Es fand sich hingegen eine signifikante Interaktion der beiden Faktoren: Unter den Personen mit niedriger Lidschlagrate (=niedrigen tonischen Dopamin-Niveaus) zeigten Personen mit dem DRD4 Exon III 4/7-Genotyp eine signifikant höhere Novelty P3 in Antwort auf abweichende Reize als Personen mit dem 4/4-Genotyp. Dieses Ergebnis legt nahe, dass der Effekt von DRD4 Exon III auf die Verarbeitung abweichender Information von tonischen Dopamin-Niveaus abhängig ist. Insgesamt eröffnen die Resultate der Dissertation auch weiter gehende Erklärungsmöglichkeiten für Befunde etwa zu einer Assoziation von DRD4 Exon III mit Aufmerksamkeitsdefizit/Hyperaktivitätsstörung sowie für Zusammenhänge zwischen kognitiven, motivationalen und temperamentsmäßigen Verhaltenstendenzen.

Befunde zu Einflüssen genetischer Variation auf Temperamentsunterschiede und die Entwicklung psychiatrischer Störungen haben in den letzten Jahren bedeutende Beiträge zum eingehenderen Verständnis neurobiologischer Grundlagen von Verhaltensunterschieden geleistet. Eine der am eingehendsten untersuchten genetischen Variationen ist ein Polymorphismus des Dopamin-D4-Rezeptor-Gens (DRD4 Exon III). Nichtsdestoweniger ist seine funktionelle und verhaltenswirksame Rolle bisher weitgehend unklar: Zwar wurden bestimmte Varianten des Polymorphismus mit einer höheren Ausprägung in der Temperamentsdimension Novelty Seeking in Verbindung gebracht, Nachfolgeuntersuchungen erbrachten jedoch inkonsistente Resultate. Angesichts der methodischen und demografischen Heterogenität der einzelnen Studien war es das Anliegen zweier erster Studien der Dissertation, die Ursprungsbefunde möglichst exakt zu replizieren. Während in einer Voruntersuchung bei 136 Studierenden signifikant höhere Werte in Novelty Seeking bei Vorliegen des DRD4 Exon III 7-Repeat-Allels bzw. des 4/7-Genotyps festgestellt wurde, ergaben sich in Studie I, in der 276 Personen der selben Population mit der selben Methodik untersucht wurden, keinerlei Effekte des Polymorphismus. Auch anhand von Meta-Analysen ist gegenwärtig davon auszugehen, dass derzeit keine ausreichende empirische Grundlage für einen Haupteffekt von DRD4 Exon III auf Novelty Seeking vorliegt. Allerdings stellt ein einzelner Polymorphismus nur einen von vielen endogenen und exogenen Einflussfaktoren auf Temperamentsunterschiede dar, und inzwischen liegen auch Befunde zu Interaktionseffekten von DRD4 Exon III mit weiteren Polymorphismen vor. Derartigen Interaktionen wurde in Studie II nachgegangen, bei der für die Stichprobe aus Studie I zusätzlich zwei weitere genetische Polymorphismen genotypisiert wurden, die direkt oder indirekt die Dopamin-Funktion beeinflussen (COMT, 5-HTTLPR). In Studie II konnten die Ergebnisse einer vorhergehenden Arbeit repliziert werden, die einen Effekt des DRD4 Exon III 7-Repeat-Allels nur für bestimmte Genotyp-Gruppierungen der anderen beiden Polymorphismen zeigte. Zudem kann anhand der Befunde eine Abhängigkeit des Effektes von DRD4 Exon III von tonischen Dopamin-Niveaus vermutet werden. Ein neuerer Ansatz für die Aufklärung der funktionellen Rolle genetischer Variation geht davon aus, dass die relativ geringen Effekte von Polymorphismen auf endophänotypischer Ebene, also der Ebene etwa psychophysiologischer Maße wie dem EEG, möglicherweise besser erfassbar sind als auf Fragebogen-Ebene. Daher wurde in Studie III der Einfluss des DRD4 Exon III Polymorphismus auf einen Endophänotyp der Responsivität gegenüber Neuheit unter Berücksichtigung tonischer Dopamin-Niveaus untersucht. Als ein plausibler solcher Endophänotyp wurde die Novelty P3 des akustisch evozierten Potenzials im EEG in einer Stichprobe von 72 Personen im Hinblick auf ihre Modulation durch DRD4 Exon III untersucht. Tonische Dopamin-Niveaus wurden über die spontane Lidschlagrate als einem indirekten Indikator der Dopamin-Aktivität erhoben. Es zeigten sich keine Haupteffekte von DRD4 Exon III oder Lidschlagrate auf die akustisch evozierte Novelty P3. Es fand sich hingegen eine signifikante Interaktion der beiden Faktoren: Unter den Personen mit niedriger Lidschlagrate (=niedrigen tonischen Dopamin-Niveaus) zeigten Personen mit dem DRD4 Exon III 4/7-Genotyp eine signifikant höhere Novelty P3 in Antwort auf abweichende Reize als Personen mit dem 4/4-Genotyp. Dieses Ergebnis legt nahe, dass der Effekt von DRD4 Exon III auf die Verarbeitung abweichender Information von tonischen Dopamin-Niveaus abhängig ist. Insgesamt eröffnen die Resultate der Dissertation auch weiter gehende Erklärungsmöglichkeiten für Befunde etwa zu einer Assoziation von DRD4 Exon III mit Aufmerksamkeitsdefizit/Hyperaktivitätsstörung sowie für Zusammenhänge zwischen kognitiven, motivationalen und temperamentsmäßigen Verhaltenstendenzen.

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