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Hypothesen

27. Mai 2018

7 übergreifende Hypothesen

+ 3 Hypothesen der Fokusgruppe zu „Learning Dynamics" (F01)

+ 4 Hypothesen der Fokusgruppe zu „Neuroimaging" (F02)

Im SFB 1280 richten alle Teilprojekte ihre Studien an gemeinsamen Grundannahmen zum Extinktionslernen aus.

Auf dieser Seite werden die sieben übergreifenden Hypothesen kurz vorgestellt.
     Auf der hier verlinkten werden sie vertiefend erklärt. >>

1

Extinktionslernen beinhaltet sowohl eine Löschung der ursprünglichen Assoziation als auch das Neulernen einer Inhibition: Diese in der Forschung umstrittene Annahme soll im SFB 1280 sowohl mit Einzelzellableitungen im Tierexperiment als auch durch Tiefenableitungen aus dem menschlichen Cortex sowie mit behavioralen Studien untersucht werden. Bei Einzelzellableitungen mit paralleler optogenetischer Manipulation erwarten wir z. B. dass (in teilweise unterschiedlichen Hirnregionen) während der gleichen Versuchsphase einzelne Neuronen aufhören, auf den konditionierten Reiz zu reagieren, während andere Zelltypen anfangen, auf das Ausbleiben des unkonditionierten Reizes zu antworten. >>

2

Extinktionslernen aversiver und appetitiver Assoziationen äußern sich im Verhalten ähnlich, sind aber neurobiologisch partiell distinkt: Extinktionslernen wird äußerst erfolgreich mit dem Furchtkonditionierungsparadigma untersucht (z. B. im SFB-TRR 58). Doch Extinktionslernen ist nicht nur eine Domäne aversiver Assoziationen, sondern funktioniert bei appetitiven Reizen sehr ähnlich. Dadurch ist man verführt zu glauben, dass auch die neurobiologischen Mechanismen des Extinktionslernen aversiver und appetitiver Assoziationen identisch sind. Sehr wahrscheinlich ist das aber nicht vollständig der Fall. Z. B. spielt das Endocannabinoid-System primär beim Extinktionslernen aversiver aber nicht appetitiver Assoziationen eine Rolle. Auch das dopaminerge System und ein Teil der Projektionsmuster amygdalärer Neuronen zeigen deutliche Unterschiede zwischen der Verarbeitung aversiver und appetitiver Reize und Konditionierungen. Vor allem bei der Therapie der Drogensucht ist ein größeres Detailwissen über die neurobiologischen Mechanismen der Extinktion appetitiver Reize dringend notwendig. >>

5

Das neurale Extinktionsnetzwerk ist erheblich größer als die Trias aus Amygdala, Hippocampus und Präfrontalcortex: Bereits in Hypothese 4 wurde argumentiert, dass weite Teile des corticostriatalen Systems wahrscheinlich am Extinktionsgeschehen partizipieren. Eine wichtige weitere Struktur ist das Cerebellum, welches wahrscheinlich sowohl das Erlernen des Kontextes moduliert als auch bei der Extinktion der gelernten Reaktion zentral ist. Es ist lange bekannt, dass das Kleinhirn auch ein Speicherplatz gelernter Assoziationen ist. Seine Rolle bei der Extinktion, insbesondere von gelernter Furcht, ist bisher so gut wie nicht untersucht. Es gibt erste Belege, dass der cerebelläre Cortex vor allem beim Löschen von Assoziationen eine wichtige Rolle spielt. Im SFB 1280 sollen diese Überlegungen mit hochauflösenden Bildgebungsstudien an Kontrollpersonen und Patienten mit Kleinhirnerkrankungen als auch durch nicht-invasive Hirnstimulationsparadigmen untersucht werden. Zudem werden in einem SFB-eigenen Konsortium auch alle anderen Bildgebungsprojekte cerebelläre Aktivierungsmuster während diverser Extinktionsstudien auswerten. >>

4

Die Amygdala ist ein spezialisiertes corticostriatales System: Vorherige Studien stellten fest, dass die Amygdala keine natürliche Entität ist, sondern aus einer pallialen, Cortex-ähnlichen und einer striatalen, Basalganglien-äquivalenten Region zusammengesetzt ist. Diese Einsicht hat immense Implikationen, da wir dann erwarten könnten, dass wir bei Extinktionsexperimenten Amygdala-äquivalente Kodierungsprozesse in corticostriatalen Schaltkreisen erwarten müssen. Diese Hypothese wird von praktisch allen Teilprojekten untersucht, die mit Einzellableitungen bei Tiermodellen, Tiefenableitungen beim Menschen, sowie Bildgebungsverfahren arbeiten. >>

6

3

Kontextreize sind Stimuli, die nur schwach mit dem unkonditionierten Reiz assoziiert sind und durch die Interaktion zwischen Präfrontalcortex und Hippocampus das Verhalten kontrollieren: Meist wird angenommen, dass Kontextreize (z. B. Autoverkehr) eine andere Natur besitzen als die konditionierten Stimuli (z. B. Reifenquietschen). Wir halten das für falsch und gehen stattdessen davon aus, dass der Unterschied zwischen diesen zwei Reizkategorien nur in ihrer Assoziationsstärke und ihrer zeitlichen Struktur liegt. Wegen dem letzteren Punkt werden Kontextreize entsprechend unserer Hypothese auch primär im Hippocampus kodiert. Um diese Hypothese zu stützen sind tierxperimentelle Einzelzellableitungen mit optogenetischer Manipulation während Extinktionsversuchen, maßgeschneiderte Verhaltensexperimente am Menschen sowie theoretisch-neurowissenschaftliche Untersuchungen mit lernenden Robotern geplant. >>

Neuroendokrine und immunologische Prozesse sind Teil des Extinktionsgeschehens: Es ist bekannt, dass unterschiedliche Transmittersysteme wie Dopamin, Noradrenalin und Serotonin eine wichtige Rolle beim Extinktionslernen spielen. Daher sind diese Transmittersysteme Teil des SFB-Forschungsprogramms, wobei vor allem das serotonerge Systeme mit komplexen optogenetischen Verfahren untersucht werden soll. Ein Schwerpunkt im SFB 1280 liegt zudem auf Untersuchungen der Stress-induzierten Aktivierung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrindenachse sowie des sympathischen Nervensystems. Diese Systeme haben differentielle Wirkungen auf die Konsolidierung und den Abruf von Gedächtnisinhalten und werden von mehreren experimentalpsychologischen und bildgebungsbasierten Projekten erforscht. Zudem ist das Immunsystem konditionierbar und somit eine essentielle Komponente der Lernprozesse, die dem Extinktionslernen zugrunde liegen. Auch dieser Aspekt wird sowohl an Versuchspersonen als auch tierexperimentell untersucht. >>

7

Struktur-spezifische Hirnreifungsgeschwindigkeiten sowie individuelle Variationen im Extinktionslernen erzeugen unterschiedliche Konditionierungs- und Pathologiemuster: Die Amygdala reift schneller als der Hippocampus. Das könnte dazu beitragen, dass bei sehr kleinen Kindern das Extinktionslernen primär aus einer Löschung der alten Assoziationen besteht, während später in eine gelernte Hemmung dazukommt. Zudem kann die Untersuchung der Konditionierbarkeit von Individuen eventuell Unterschiede im Extinktionsgeschehen, z. B. bei Schmerzkonditionierungen, vorhersagen. Mehrere Arbeitsgruppen, die auf entwicklungspsychologische, neurologische und klinisch-therapeutische Ansätze spezialisiert sind, testen diese Hypothese. Dazu gehört auch, dass in einem Projekt eine Expositionstherapie im Scanner stattfinden soll, um die neuralen Korrelate des Extinktionslernens bei der Verhaltenstherapie zu untersuchen. >>

Quellen

Hadamitzky, M., Engler, H., and Schedlowski, M. (2013). Learned immunosuppression: extinction, renewal, and the challenge of reconsolidation. J. Neuroimmune Pharm. 8: 180–188.

Marsicano, G., Wotjak, C.T., Azad, S.C., Bisogno, T., Rammes, G., Cascio, M.G., Hermann, H., Tang, J., Hofmann, C., Zieglgänsberger, W., Di Marzo, V., and Lutz, B. (2002). The endogenous cannabinoid system controls extinction of aversive memories. Nature, 418: 530–534.

Medina, J.F., Nores, W.L., and Mauk, M.D. (2002). Inhibition of climbing fibres is a signal for the extinction of conditioned eyelid responses. Nature, 416: 330–333.

Swanson, L.W. and Petrovich, G.D. (1998). What is the amygdala? Trends Neurosci. 21: 323–331.

Wolf, O.T. (2017). Stress and Memory Retrieval: Mechanisms and Consequences. Curr. Opin. Behav. Sci. 14: 40–46.

Den vollständigen Artikel nachlesen: Onur Güntürkün, Dagmar Timmann-Braun, Neuroforum 02/2018; 24(1): 1–7 >>