Serotonergic modulation of response inhibition : a fMRI study

Schlägel, Sonja Marta Augustine; Gauggel, Siegfried

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-34029

Serotonergic modulation of response inhibition : a fMRI study = Serotonerge Modulation von Handlungskontrolle : eine fMRT-Studie

Schlägel, Sonja Marta Augustine

2010

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sonja Marta Augustine Schlägel

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2010

UmfangIII, 45 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Gauggel, Siegfried (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2010-09-27

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-34029
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/63240/files/3402.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Medizinische Psychologie und Medizinische Soziologie (514000-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Serotonin (Genormte SW) ; Selbstkontrolle (Genormte SW) ; Funktionelle NMR-Tomographie (Genormte SW) ; Serotonin-Reuptake-Hemmer (Genormte SW) ; Medizin (frei) ; Handlungskontrolle (frei) ; Stop-Change-Aufgabe (frei) ; response inhibition (frei) ; fMRI (frei) ; stop change task (frei) ; selective serotonin reuptake inhibitor (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610
rvk: YH

Kurzfassung
Sowohl Tierstudien als auch Studien mit menschlichen Probanden belegen, dass der Neurotransmitter Serotonin (5-HT) eine entscheidende Rolle in der Handlungskontrolle spielt. Diese plazebokontrollierte, randomisierte Doppelblindstudie im cross-over Design beschäftigt sich mit den akuten Effekten einer pharmakologischen Modulation im serotonergen System in Bezug auf Handlungskontrolle. Dabei wurden Verhaltens- und Aktivierungsunterschiede im Gehirn während der Bearbeitung einer Stop-Change-Aufgabe mit Hilfe von funktioneller Magnetresonaztomografie (fMRT) erfasst. 14 männliche, gesunde Probanden erhielten eine orale Dosis von 10 mg Escitalopram oder Plazebo und absolvierten zum Zeitpunkt des erwarteten Plasmapeaks die Stop-Change-Aufgabe während der fMRT-Messungen. Die funktionellen MRT-Bilder wurden mit der Software Statistical Parametric Mapping (SPM5) analysiert. Escitalopram beeinflusste weder die Reaktionszeit (GoRT) noch die Stopsignalreaktionszeit (SSRT), was sich darin zeigte, dass es keinen signifikanten Haupteffekt des Faktors Substanz gab. Auch die Reaktionszeit während des erfolglosen Stoppens wurde nicht beeinflusst. Im Vergleich zu Plazebo bewirkte Escitalopram jedoch Veränderungen von Gehirnaktivierungen. Während des Stoppens verstärkte Escitalopram Aktivierungen im rechten präfrontalen Cortex, einschließlich des rechten Orbitofrontalcortex, im rechten supplementären/prämotorischem Cortex, beidseitig im Cingulum sowie in subkortikalen Regionen. Auch während erfolglosen Stoppens modulierte Escitalopram ein weitreichendes Netzwerk von Gehirnregionen, einschließlich des vorderen Cingulums, des rechten parietalen und temporalen Cortex und subkortikaler Bereiche. Während des Go-Prozesses verstärkte Escitalopram Gehirnaktivierungen in vielen Regionen, unter anderem im rechten vorderen und hinteren Cingulum sowie im rechten präfrontalen, parietalen und temporalen Cortex und auch hier in subkortikalen Regionen. Diese Ergebnisse implizieren, dass Serotonin Einfluss auf die menschliche Handlungskontrolle nimmt. Außerdem liefert diese Studie Hinweise darauf, dass 5-HT nicht nur „ action restraint“, sondern auch „action cancellation“ durch Modulation von Gehirnaktivierungen beeinflusst. Weiterhin zeigte sich in dieser Studie, dass Serotonin die Gehirnaktivierungen auch während des erfolglosen Stoppens veränderte. Vor allem das anteriore Cingulum scheint hier eine entscheidende Rolle zu spielen. So bestärken unsere Ergebnisse die bestehende Annahme, dass diese Region an der Erkennung von Fehlern beteiligt ist. Außerdem implizieren die Ergebnisse dieser Studie die Existenz eines fronto-striatales Netzwerkes für die Vermittlung von Handlungskontrolle in Verbindung mit Serotonin.

In animal and human studies, the neurotransmitter serotonin (5-HT) has been implicated in inhibitory control. Using functional magnetic response imaging (fMRI), the present study investigated the acute effects of pharmacological modulation in the serotonergic system on brain activations during response inhibition in healthy human volunteers. In all, 14 male participants received either a single oral dose of selective serotonin reuptake inhibitor (SSRI) escitalopram (10 mg) or placebo in a randomized double-blind placebo-controlled cross-over design. At the time of the expected plasma peak participants performed a stop change task during fMRI. Functional images were analyzed using Statistical Parametric Mapping software (SPM5). Escitalopram did not affect behavioral inhibitory performance as the main effect did not reveal significant differences of stop signal reaction time (SSRT). Likewise no differences were found for reaction time on go-trials (goRT) as well as for reaction time on trials of unsuccessful response inhibition (StopRespondRT). However, escitalopram was associated with alterations in brain activation patterns compared to placebo. Escitalopram enhanced brain activations in right prefrontal cortex, including right OFC, in right supplementary/pre motor and bilateral cingulate cortex as well as in subcortical regions during successful response inhibition. Also, escitalopram modulated a widespread network of brain regions, including anterior cingulate, right parietal cortex, right OFC, areas in right temporal cortex and subcortical regions during failed inhibition. During the go-process escitalopram increased brain activations in numerous regions like right anterior and posterior cingulate and in right prefrontal, parietal and temporal cortex as well as in subcortical areas. Our findings implicate an involvement of 5-HT in neural regulation of response inhibition. Moreover, this study provides evidence that 5-HT influences not only action restraint but also action cancellation through modulation of activations of brain areas. In addition, we found modulating effects of serotonin also on activations during failed inhibition. Especially, the anterior cingulate seems to play a critical role here. Results of this study support the assumption of an involvement of the anterior cingulate in error-detection. The results also implicate a fronto-striatal-circuitry for response inhibition in conjunction with serotonin.

Fulltext:
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