Neuronal correlates and the role of dopaminergic neurotransmission in the interaction of pain perception and extrinsic (monetary) and intrinsic (pain relief) reward
Final Report Abstract
Belohnung ist ein positiver Reiz, der als eine Konsequenz von Verhalten auftritt und die Schmerzwahrnehmung vermindern kann. Belohnung kann unterschiedliche Formen annehmen, so ist z.B. Geld meist eine sehr wirksame Belohnung aber auch Schmerzlinderung. Ziel dieses Projekts war es, die Rolle des in der Belohnungsverarbeitung zentralen Neurotransmitters Dopamin sowie assoziierte Hirnaktivität, d.h. neuronal Korrelate, der Interaktion von monetärer (extrinsischer) Belohnung und Schmerzlinderung als Belohnung (intrinsisch) zu untersuchen. Zur Untersuchung dieser Interaktion spielten gesunde Probanden ein Glücksradspiel, in dem sie entweder Geld oder Schmerzlinderung als Belohnung gewinnen konnten, aber auch Geld verlieren oder Schmerzsteigerung erhalten konnten als Bestrafung. Um den Einfluss dieser Gewinne und Verluste auf die Schmerzwahrnehmung zu testen, erhielten die Probanden in der Geldversion des Glücksrads kurze Schmerzreize während sie den Ausgang des Glücksrads sahen. In der Schmerzversion des Glücksrads wurde dieser Einfluss durch Kontrolldurchgänge mit gleichem Stimulationsverlauf aber ohne Gewinne oder Verluste untersucht. Zunächst zeigte sich, dass monetäre Belohnung und auch Schmerzlinderung als Belohnung die subjektive Schmerzwahrnehmung hemmen. Mit der Schmerzversion des Glücksrads konnte außerdem gezeigt werden, dass auch behavioral gemessene Schmerzwahrnehmung und damit ein objektiveres Maß der Wahrnehmung gehemmt wird. Letzteres konnte allerdings nicht für monetäre Belohnung untersucht werden, da für diese Messung länger andauernde Schmerzreize notwendig sind, diese aber in diese Studie nicht durch die Belohnung moduliert werden konnten, vermutlich aufgrund höherer Aversivität der Reize. Die Rolle von Dopamin und die neuronalen Korrelate wurden aufgrund von unerwarteten Problemen mit der Schmerzversion des Glücksrads nur für monetärer Belohnung untersucht. Im Gegensatz zu typischerweise angenommener direkter schmerzhemmender Effekte von Dopamin zeigten die Ergebnisse dieser Studie, dass Dopamin sowohl die hemmenden Effekte monetärer Belohnung als auch die steigernden Effekte von Bestrafung verstärkt. Darüber hinaus wurden diese verstärkenden Effekte von Dopamin nur für subjektiv als schmerzhaft oder nahe der Schmerzschwelle wahrgenommen Reize und nur für deren wahrgenommen Intensität, nicht deren Unangenehmheit gefunden. Diese Ergebnisse weisen auf eine entscheidende Rolle von Dopamin in motivationaien Prozessen in der Schmerz-Belohnungsinteraktion hin, im Einklang mit der Rolle von Dopamin in der Belohnungsverarbeitung. Die gefundenen Ergebnisse lassen vermuten, dass Dopamin abhängig von situationalen Faktoren die Motivation Schmerz zu ertragen oder zu vermeiden beeinflusst: Im Fall von gleichzeitig vorhandener Belohnung und Schmerz, führt eine Schmerzhemmung dazu, dass der Organismus den Schmerz eher erträgt, mit dem Ziel, die Belohnung zu konsumieren, während bei gleichzeitiger Bestrafung und Schmerz, es keinen Grund gibt in der Situation zu verbleiben und Schmerzvermeidung durch eine zusätzliche Schmerzsteigerung befördert wird. Ergebnisse zu den neuronalen Korrelaten der Interaktion von monetärer Belohnung und Schmerz bestätigen die zuvor angenommen zentrale Rolle des ventralen Striatums und des orbitofrontalen Kortex. Die gefundenen Ergebnisse deuten daraufhin, dass diese beiden Hirnstrukturen sowohl die gegensätzliche Modulation der Schmerzwahmehmung durch monetäre Belohnung (Schmerzhemmung) als auch durch Bestrafung (Schmerzsteigerung) mediieren. Dies steht im Einklang mit früheren Ergebnissen zur Kosten-Benefit-Integration bei gleichzeitig vorhandener Belohnung und Schmerz und dem Einfluss positiver Reize auf die Schmerzwahmehmung. Die Ergebnisse aller drei Teilstudien tragen zum Verständnis der Schmerz-Belohnungsinteraktion bei, welche klinische relevant ist, da chronischer Schmerz mit veränderter Belohnungsverarbeitung, Veränderungen im dopaminergen System und auch strukturellen Abweichungen in Hirnregionen, welche die Schmerz-Belohnungsinteraktion mediieren, einhergeht.
Publications
- (2012). Cerebral interactions of pain and reward and their relevance for chronic pain. Neuroscience Letters, 520(2):182-7
Becker S, Gandhi W, Schweinhardt P
(See online at https://doi.org/10.1016/j.neulet.2012.03.013) - (2013). Pain increases motivational drive to obtain reward, but does not affect associated hedonic responses: A behavioral study in healthy volunteers. European Journal of Pain [Epub ahead of print]
Gandhi W, Becker S, Schweinhardt P
(See online at https://doi.org/10.1002/j.1532-2149.2012.00281.x)
