Kognitive und computationale Neurowissenschaften in der Entwicklungspsychiatrie

Sind gesunde und in Verbindung mit psychischen Erkrankungen auftretende Verhaltensmuster im Gehirn nachweisbar? Lassen sich aus den Messwerten zusammen mit der individuellen Symptomatik Verlaufsmodelle erstellen? Diesen spannenden Fragen geht die Arbeitsgruppe „Kognitive und computationale Neurowissenschaften“ der KJPPP nach.

Hintergrund

Kinder und Jugendliche durchlaufen in ihrer Entwicklung Lernprozesse, die kognitive Fähigkeiten wie etwa Konzentration, Denkvermögen oder eine lösungsorientierte Entscheidungsfähigkeit, aber auch ihre Motivation zu positiven und negativen Ereignissen prägen. Sukzessive manifestieren sich daraus Verhaltensmuster, die bei regelrechter Entwicklung flexibel und zielgerichtet an Situationen oder Gegebenheiten angepasst werden können. Einige Kinder und Jugendliche verlieren jedoch die Kontrolle über diese Verhaltensmuster und handeln wiederholt impulsiv. Bei dem einen Kind äußert sich das in Unruhe und Konzentrationsstörungen, bei einem anderen in unkontrollierbaren Wutausbrüchen oder in Alkohol- oder Drogenkonsum. ADHS ist ein bekanntes Beispiel eines entwicklungspsychiatrischen Störungsbildes.

Forschungsziel

Lassen sich solche psychopathologische Verlaufsformen im Gehirn sichtbar machen? Ab wann und auf welcher Stufe driften Entwicklungsverläufe voneinander ab? Was sind die sensiblen Phasen und welche Veränderungen leiten sie im Gehirn ein? Wir erwarten, dass die identifizierten Veränderungen in Gehirn- und Verhaltensdaten mit charakteristischen Symptomenkomplexen zusammenhängen. So könnte die Zusammenführung von biologischen, psychologischen und sozialen Daten mit Hilfe eines Algorithmus eine klinische relevante Verlaufsvorhersage ermöglichen.

Eine zentrale Rolle nehmen empirische und theoretische Kenntnisse über die Rolle des Botenstoffs Dopamin im Gehirn ein. Der Neuromodulator aktiviert bestimmte Hirnareale, fördert die Signalübertragung und dient so der Kommunikation zwischen den einzelnen Nervenzellen. Er vermittelt motivations- und antriebssteigernde Effekte und hat dadurch Einfluss auf Lernprozesse.

Vorgehensweise

In mehreren Studien werden Verhalten und Gehirn von gesunden und erkrankten Kindern und Jugendlichen ab dem Grundschulalter – teils einmalig, manchmal auch wiederholt – untersucht. Sowohl Fragebögen als auch Verhaltenstests im Labor, online oder per Smartphone sind Bestandteile der Erhebungen. Neuronale Messungen über MRT, EEG sowie PET ergänzen die Datenerhebung. In manchen Fällen werden auch pharmakologische Wirkstoffe eingesetzt. Wir verwenden sogenannte computationale Modelle – Algorithmen aus dem maschinellen Lernen zu Lern- und Entscheidungsprozessen – mit denen wir die erhobenen Daten analysieren und die Ergebnisse auf ihre klinische Relevanz überprüfen.

Bedeutung

Diese methodischen Ansätze ermöglichen ein detaillierteres und tieferes Verständnis, um Pathomechanismen entwicklungspsychiatrischer Symptome aufzeigen könnten. So könnte zum Beispiel erklärt werden, weshalb das Ansprechen auf psychopharmakologische Behandlungen oft unterschiedlich ist.

Förderung

Unsere laufenden Forschungsprojekte werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Wir sind Teil des Sonderforschungsbereichs (SFB) Transregio (TRR) 265 zu Suchterkrankungen.

Augewählte Publikationen

Reiter A, Heinze HJ, Schlagenhauf F, Deserno L.
Impaired flexible reward-based decision-making in binge eating disorder: evidence from computational modeling and functional Neuroimaging.
Neuropsychopharmacology, 2017

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Deserno L, Wilbertz T, Reiter A, Horstmann A, Neumann J, Villringer A, Heinze HJ, Schlagenhauf F.
Lateral prefrontal model-based signatures are reduced in healthy individuals with high trait impulsivity.
Translational Psychiatry, 2015

Zur Publikation

Deserno L, Huys QJM, Boehme R, Buchert R, Heinze HJ, Grace AA, Dolan R, Heinz A, Schlagenhauf F.
Ventral striatal dopamine reflects behavioral and neural signatures of model-based control during sequential decision making.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States, 2015

Zur Publikation

Deserno L, Beck A, Huys QJM, Lorenz RC, Buchert R, Buchholz HG, Plotkin M, Kumakara, Y, Cumming P, Rapp MA, Heinze HJ, Schlagenhauf F, Heinz A.
Chronic alcohol intake abolishes the relationship between dopamine synthesis capacity and learning signals in ventral striatum.
European Journal of Neuroscience, 2015

Zur Publikation

Deserno L, Sterzer P, Wüstenberg T, Heinz A, Schlagenhauf F.
Reduced prefrontal-parietal effective connectivity and working memory in schizophrenia.
Journal of Neuroscience, 2012

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Prof. Dr. med.
Lorenz Deserno

W2-Professur für Experimentelle Neurowissenschaften in der Entwicklungspsychiatrie

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