Belohnungsassoziiertes Lernen und kortikale Dicke bei Patienten mit Morbus Alzheimer

172 Pages·2010·12.49 MB·German

Belohnungsassoziiertes Lernen und kortikale Dicke bei Patienten mit
Morbus Alzheimer
Inauguraldissertation
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Philosophie
(Dr. phil.)
am Fachbereich Erziehungswissenschaft und Psychologie
der Freien Universität Berlin
vorgelegt von
Dipl.-Psych.
Nora Schneider (geb. Klinkowski)
Berlin, 2010
Erstgutachter: Prof. Dr. R. Schwarzer
Zweitgutachter: Prof. Dr. F. M. Reischies
Tag der Dispuation: 19.10.2010
Abkürzungsverzeichnis
ACC anterior cingulate cortex = anteriores Cingulum
AD Alzheimer Demenz
ADAS Alzheimer’s Disease Assessment Scale
ADRDA Alzheimer’s Disease and Related Disorders Association
ApoE Apolipoprotein-E
BA Brodmann Areal
BASE Berliner Altersstudie
CCT kraniale Computertomographie
CERAD Consortium to Establish a Registry for Alzheimer’s Disease
CES-D Center for Epidemiologic Studies Depression Scale
CKV Computergestützte Kartensortierverfahren
cMRT kraniale Magnetresonanztomographie
CR conditioned response
CS conditioned stimulus = konditionierter Reiz
CT Computertomographie
DGPPN Deutsche Gesellschaft für Psychiatrie, Psychotherapie und
Nervenheilkunde
dlPFC dorsolateraler präfrontaler Kortex
DLT Digit Letter Test = Buchstaben-Zahlen-Test
DRS Dementia Rating Scale
DSM-IV-TR Diagnostic and Statistical Manual (4th edition, text revisi-
on)
DZA Deutschen Zentrums für Altersfragen
EC Entorhinaler Kortex
EEG Elektroenzephalographie
i
ii
EKG Elektrokardiogramm
FA flip angle = Anregungswinkel
FA flip angle = Anregungswinkel
FC Funktionelle Konnektivität
FEF frontal eye field = frontales Augenfeld
fMRT funktionelle Magnetresonanztomographie
FOV field of view = Bildfeld
FWT Farb-Wort-Test
HAMD Hamilton Despressions Skala
ICD International Classification of Disease
IST Intelligenz-Struktur-Test
IQ Intelligenzquotient
KG Kontrollgruppe
LPS Leistungsprüfsystem
MANOVA Multivariate Analyses of Variances
MAS multiaxialer Diagnoseschlüssels
MCI Mild Cognitive Impairment
MPRAGE Magnetization Prepared Rapid Gradient Echo
MRT Magnetresonanztomographie
NAc Nucleus Accumbens
NAI Nürnberger Altersinventar
NIH National Institutes of Health
NINCDS-ADRDA National Institute of Neurological and Communicative Dis-
ordersandStroke-AlzheimerDiseaseandRelatedDisorders
Association
NFT neurofibrillary tangles = neurofibrilläre Bündel
NPI Neuropsychiatrisches Inventar
OFC Orbitofrontaler Kortex
PET Positronen-Emissions-Tomographie
PFC Präfrontaler Kortex
pORT probabilistic object reversal task
PVLV primary-value-learned-value
QDEC Query,Design,Estimate,Contrast=FreeSurferApplication
SPECT Single Photon Emission Computed Tomography
SPSS Statistical Package for the Social Sciences
S-R Stimulus-Response
TC trials to criterion
TD Temporal Difference
iii
TE time to echo = Echozeit
TI inversion time = Inversionszeit
TMT Reitan Trail Making Test
TR time of repition = Repetitionszeit
UR unconditioned response
US unconditioned stimulus = unkonditionierter Reiz
VTA ventrales tegmentales Areal/ Area tegmentalis ventralis
WCST Wisconsin Card Sorting Task
ZNS Zentralnervensystem
Tabellenverzeichnis
1 Nicht-assoziatives und assoziatives Lernen . . . . . . . . . . . . . . . 30
2 Altersassoziierte Atrophie verschiedener Hirnregionen . . . . . . . . . 56
3 Diagnosekriterien für Morbus Alzheimer . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4 Demenzdiagnostik (Empfehlungen nach Leitlinien der DGPPN) . . . 66
5 Braak-Stadien der Alzheimer-Demenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6 Atrophie kortikaler Dicke in unterschiedlichen Hirnregionen . . . . . . 78
7 Forschungsfragen und Hypothesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
8 Variablen der Studie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
9 Beispiel altes Bewertungsschema pORT . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
10 Deskriptive Statistik Pilotstudie 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
11 Häufigkeiten gelernte Blöcke pORT und Fragebogen zum pORT (Pilot1) 91
12 Gegenüberstellung altes und modifiziertes Bewertungsschema pORT . 92
13 Deskriptive Statistik Pilotstudie 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
14 Häufigkeiten gelernte Blöcke pORT und Fragebogen zum pORT (Pilot2) 94
15 Stichprobencharakteristika Hauptstudie . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
16 Gruppenvergleich kognitive Leistung und Depressivität . . . . . . . . 111
17 Gruppenvergleich pORT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
18 Gruppenvergleich Fragebogen pORT . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
19 Gruppenvergleich strukturelle MRT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
20 Differenz kortikaler Dicke (OFC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
21 Signifikante Korrelationen (p < 0,05) kortikale Dicke & kognitive
Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
22 Signifikante Korrelationen (p < 0,05) kortikale Dicke & pORT . . . . 123
iv
Abbildungsverzeichnis
1 Kortex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Brodmann Areale des Kortex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3 Der Fall Phineas P. Gage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4 Den klinischen Präfrontalsyndromen zugeordnete kortikosubkortikale
Regelkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5 Theoretische Einbettung von belohnungsassoziiertem Lernen . . . . . 18
6 FC-Veränderungen während des Lernens . . . . . . . . . . . . . . . . 24
7 Darstellung unterschiedlicher Kontiguitäten und Kontingenzen . . . . 27
8 Belohnungskomponenten und belohnungsassoziiertes Lernen . . . . . 29
9 Lage des OFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
10 Brodmann Areale, Sulci und Gyri des OFC . . . . . . . . . . . . . . . 35
11 Durchschnittliche neuronale Aktivität im medialen (BA 10) und late-
ralen (BA 47) OFC bei unterschiedlichen Belohnungswerten . . . . . 39
12 DreiHauptformenvonOFC-AktivitätbeibelohnungsassoziiertenLern-
prozessen bei Primaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
13 Mesolimbisches Dopamin-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
14 Belohnungsverarbeitung und Dopamin . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
15 Belohnungsverarbeitung im Striatum . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
16 Demographische Struktur der deutschen Bevölkerung . . . . . . . . . 53
17 Zusammenhänge (r) zwischen Alter und Volumina verschiedener Hirn-
regionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
18 Alois Alzheimer und seine Patientin Auguste Deter . . . . . . . . . . 62
19 Braak-Stadien der Alzheimer-Demenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
20 Beispiel Ablauf pORT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
21 Kortikale Dicke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
v
Abbildungsverzeichnis vi
22 Dicke des entorhinalen Kortex (EC; y-Achse) in Abhängigkeit der
Gruppenzugehörigkeit (x-Achse) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
23 Gruppenunterschiede lateraler OFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
24 Gruppenunterschiede medialer OFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
25 Gruppenunterschiede Gyrus rectus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
26 Gruppenunterschiede Gyrus orbitalis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
27 Gruppenunterschiede lateraler orbitaler Sulcus . . . . . . . . . . . . . 117
28 Gruppenunterschiede medialer orbitaler Sulcus . . . . . . . . . . . . . 118
29 Beispiel-Streudiagramme zum Zusammenhang zwischen pORT-Maßen
und OFC-Strukturen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Inhaltsverzeichnis
I Einleitung 5
1 Überblick Kortex und Frontalhirn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1 Aufbau des Kortex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Anatomie des Frontalhirns/Präfrontalen Kortex . . . . . . . . 7
1.3 Funktionen des Frontalhirns/Präfrontalkortex . . . . . . . . . 8
1.4 Der Fall Phineas P. Gage und Schädigungen des Frontalhirns . 9
II Theoretischer Hintergrund 17
2 Belohnungsassoziiertes Lernen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1 BelohnungundKonditionierungauslerntheoretischerPerspektive 19
2.2 Neuere lerntheoretische Modelle belohnungsassoziierten Lernens 26
2.3 Belohnungsassoziiertes Lernen aus neuronaler Perspektive. . . 31
3 Neurologische Korrelate der Belohnungsverarbeitung . . . . . . . . . 33
3.1 Orbitofrontaler Kortex (OFC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2 Mittelhirn (v.a. Area tegmentalis ventralis) und Dopamin-
Neurone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3 Weitere Strukturen des Belohnungssystems . . . . . . . . . . . 43
3.4 Zusammenfassung Zusammenspiel der Strukturen . . . . . . . 46
4 Belohnungsassoziiertes Lernen aus Maschinenlern-Perspektive . . . . 47
4.1 Temporal-Difference-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5 Zusammenführung Perspektiven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6 Methoden zur Erfassung von belohnungsassoziiertem Lernen . . . . . 50
7 Altern und altersbedingte Veränderungen . . . . . . . . . . . . . . . . 52
7.1 Statistik zur Demographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
7.2 Altersbedingte kognitive, funktionelle und strukturelle Verän-
derungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
vii
Inhaltsverzeichnis viii
7.3 Normales versus pathologisches kognitives Altern . . . . . . . 59
8 Morbus Alzheimer und neuropsychiatrische Veränderungen im Alter . 60
8.1 Morbus Alzheimer - Ein historischer Abriss . . . . . . . . . . . 60
8.2 Definition, Klassifikation und Diagnostik . . . . . . . . . . . . 63
8.3 Epidemiologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.4 Ätiologie und Risikofaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.5 Komorbidität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8.6 Verlauf und Prognose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8.7 Pathologie und Alzheimer-assozierte kognitive, funktionelle
und strukturelle Veränderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
9 Forschungsfragen und Hypothesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
9.1 Zusammenfassung Theorie und Ziel der Studie . . . . . . . . . 79
9.2 Forschungsfragen und Hypothesen . . . . . . . . . . . . . . . . 80
III Methodik 82
10 Studiendesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
11 Ethische Überlegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
11.1 Risiken und Nutzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
11.2 Maßnahmen zur Risikobeherrschung . . . . . . . . . . . . . . . 85
11.3 Abbruchkriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
11.4 Ein- und Ausschlusskriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
12 Pilotstudien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
12.1 Pilot 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
12.2 Modifikation des pORT-Paradigmas . . . . . . . . . . . . . . . 91
12.3 Pilot 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
12.4 Fallzahlschätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
13 Hauptstudie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
13.1 Probanden und Patienten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
13.2 Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
14 Untersuchungsablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
15 Auswertung und Statistische Analysen . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
IV Ergebnisse 109
16 Validitätsüberprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
16.1 Kognitive Leistung und Depressivität . . . . . . . . . . . . . . 109
16.2 Kortikale Dicke entorhinaler Kortex . . . . . . . . . . . . . . . 110