Verhaltens- und bildgebende Untersuchungen zur Rolle des striatalen und frontalen Dopamins für kognitive Flexibiltiät und Stabiliseriung bei Parkinson-Patienten und gesunden Probanden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Neben motorischen Symptomen setzen kognitive Defizite bereits in frühen Phasen des idiopathischen Parkinson-Syndroms ein, das durch den Niedergang dopaminerger Versorgung verursacht wird. Im Rahmen des Konzepts der Prädiktion als einem allgemeinen Prinzip der Funktionsweise des Gehirns wird das Dopamin-Signal als Ausdruck eines Vorhersagefehlers aufgefasst, der eine Verhaltensadaptation erfordert. Hierbei spannen Flexibilität und Stabilität als scheinbar antagonistische Grundleistungen der Prädiktion den Rahmen der Einzelleistungen auf, die im IPS als beeinträchtigt angenommen werden: Entweder werden Erwartungen als Reaktion auf unerwartete Veränderungen der Umgebung modifiziert oder vor einer Modifikation geschützt. Unsere Magnetresonanztomographie-Studien ergaben, dass Aktivität in dopaminergen Arealen eine entscheidende Rolle im Umgang mit solchen relevanten und irrelevanten Vorhersagefehlern spielen. Diese sind einerseits in der Kodierung der jeweiligen Reaktion auf Vorhersagefehler involviert (behaviorale Aktivierung oder Inhibierung), andererseits aber auch in der Anpassung der Vorhersage in bestimmten Umgebungen, in denen spezifische Anforderungen an entweder stabileres oder flexibleres Verhalten gestellt werden. Eine Beeinträchtigung sowohl der Stabilität als auch der Flexibilität der Prädiktion beim IPS steht mit spezifischen strukturellen zerebralen Veränderungen im Zusammenhang. Unterschiede in der durch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Reizes (Surprisal) modulierten Aktivität zwischen Patient*innen und Kontrollen deuten hin auf Schwierigkeiten in der Anpassung an Umgebungen, in denen relevante bzw. irrelevante Veränderungen jeweils mit unterschiedlicher Häufigkeit auftreten. Überraschend erscheint insbesondere das Ergebnis, dass Patient*innen mit und ohne Medikation keine Unterschiede in der Performanz und dem funktionellen Aktivitätspattern zeigen, was sich entweder auf methodische Schwierigkeiten zurückführen lässt oder darauf hinweist, dass eine medikamentöse Einstellung der Patient*innen kognitive Beeinträchtigungen stärker berücksichtigen sollte. Ein verbessertes Verständnis der Prädiktionsleistung im IPS als einer Schnittstelle zwischen motorischen und kognitiven (Dys-)Funktionen ist daher nicht nur von grundlagenwissenschaftlicher Bedeutung, sondern kann auch direkten Einfluss nehmen auf eine Optimierung der Parkinson-Therapie.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2013) Joint principles of motor and cognitive dysfunction in Parkinson's disease. Neuropsychologia, 51(8), 1417-25
Schönberger, A. R., Barbe, M. T., Hagelweide, K., Kühn, A. B., Fink, G. R., Schubotz, R. I.
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(2014) Sensory-guided motor tasks benefit from mental training based on serial prediction. Neuropsychologia, 54, 18-27
Binder, E., Hagelweide, K., Wang, L. E., Kornysheva, K., Grefkes, C., Fink, G.R., Schubotz, R.I.
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(2015) Intact action segmentation in Parkinson's disease: hypothesis testing using a novel computational approach. Neuropsychologia, 78, 29-40
Schiffer, A.-M., Nevado-Holgado, A., Johnen, A., Schönberger, A.R., Fink, G.R.
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(2015) Motor loop dysfunction causes impaired cognitive sequencing in patients suffering from Parkinson's Disease. Neuropsychologia, 77, 409-20
Schönberger, A.R., Hagelweide, K., Plzer, E.A., Fink, G.R., Schubotz, R.I.
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(2017). Frontostriatal contribution to the interplay of flexibility and stability in serial prediction. Journal of Cognitive Neuroscience, 29(2), 298-309
Trempler, I., Schiffer, A. M., El-Sourani, N., Ahlheim, C., Fink, G. R., & Schubotz, R. I.
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(2018). Association of grey matter changes with stability and flexibility of prediction in akinetic-rigid Parkinson’s disease. Brain Structure and Function, 223(5), 2097-2111
Trempler, I., Binder, E., El-Sourani, N., Schiffler, P., Tenberge, J. G., Schiffer, A. M., Fink, G. R. & Schubotz, R. I.
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(2018). Making sense of objects lying around: How contextual objects shape brain activity during action observation. Neuroimage, 167, 429-437
El-Sourani, N., Wurm, M. F., Trempler, I., Fink, G.R., & Schubotz, R.I.
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(2018). Motor cognition in patients treated with subthalamic nucleus deep brain stimulation: Limits of compensatory overactivity in Parkinson's disease. Neuropsychologia, 117, 491-499
Hagelweide, K., Schönberger, A.R., Kracht, L., Gründler, T., Fink, G.R., Schubotz, R.I.
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Impaired context-sensitive adjustment of behavior in Parkinson’s disease patients tested on and off medication: an fMRI study. NeuroImage, 212
Trempler, I., Bürkner, P. C., El-Sourani, N., Binder, E., Reker, P., Fink, G. R., Schubotz, R. I.
