Forschungsprojekte

Einfluss von transkutaner Vagusnervstimulation auf aufwandsbasiertes Entscheidungsverhalten

Kosten-Nutzen-Analysen sind fester Bestandteil unseres Alltags: Sollte ich mich dazu aufraffen, zum Supermarkt zu gehen, dort einzukaufen und danach eine frische, gesunde Mahlzeit zubereiten oder einfach das Telefon in die Hand nehmen und eine Pizza bestellen? Auf lange Sicht wäre die erste Option vorteilhafter. Allerdings bietet die zweite Option eine verlockende, schnell befriedigende Alternative. In dieser Studie versuchen wir, zu einem besseren Verständnis dieser Kosten-Nutzen Analysen beizutragen. Was prädisponiert eine Person dazu, zu fast food zu greifen? Was motiviert jemanden, Aufwand und Zeit in ein hausgemachtes Essen zu investieren und letztlich: wie können wir das Aufnehmen eines gesünderen Lebensstils begünstigen? Die Vagusnerv-Stimulation (VNS) wird bereits erfolgreich bei therapieresistenter Depression eingesetzt und wurde wiederholt in Zusammenhang mit verändertem Ernährungsverhalten und Stoffwechsel gebracht. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass der Vagusnerv Projektionen in dopaminerge Hirnnetzwerke besitzt, welche die Wahrnehmung von Belohnungen beeinflussen. Die exakten Hintergrundmechanismen der antidepressiven Wirkung von VNS sind jedoch noch nicht vollständig aufgedeckt. Deswegen wenden wir die nicht-invasive transkutane Vagusnerv-Stimulation an und untersuchen die Bereitschaft von Versuchsteilnehmenden, Aufwand für Geld- und Essensbelohnungen zu investieren. In einem weiteren Schritt untersuchen wir die Stoffwechselparameter und neuronalen Korrelate, die die Effekte von transkutaner VNS auf das Belohnungsverhalten vermitteln.

Kontakt: Vanessa Teckentrup, Studienkoordination; Nils B. Kroemer, PI

Publikationen und preprints

Müller, F.K., Teckentrup, V., Kühnel, A., Ferstl, M., & Kroemer, N.B. (2021) Acute vagus nerve stimulation does not affect liking or wanting ratings of food in healthy participants. bioRxiv

Wolf, V., Kühnel, A., Teckentrup, V., Koenig, J., & Kroemer, N.B. (2021) Does non-invasive vagus nerve stimulation affect heart rate variability? A living and interactive Bayesian meta-analysis. bioRxiv

Ferstl, M., Teckentrup, V., Lin, W.M., Kräutlein, F., Kühnel, A., Klaus, J., Walter, M., & Kroemer, N.B. (2021) Non-invasive vagus nerve stimulation boosts mood recovery after effort exertion. Psychol Med, preprint on bioRxiv

Neuser, M.P., Teckentrup, V., Kühnel, A., Hallschmid, M., Walter, M., Kroemer, N.B. (2020) Vagus nerve stimulation increases the drive to work for rewards. Nat Commun, 11: 3555. doi: 10.1038/s41467-020-17344-9, preprint on bioRxiv

Kühnel, A., Teckentrup, V., Neuser, M.P., Huys, Q.J.M., Burrasch, C., Walter, M., Kroemer, N.B. (2020) Stimulation of the vagus nerve reduces learning in a go/no-go reinforcement learning task. Eur Neuropsychopharmacol, 35:17-29, preprint on bioRxiv.

Teckentrup, V., Neubert, S., Santiago, J.C.P., Hallschmid, M., Walter, M., Kroemer, N.B. (2020) Non-invasive stimulation of vagal afferents reduces gastric frequency. Brain Stimul, 13:470-473. doi: 10.1016/j.brs.2019.12.018, preprint on bioRxiv


Analyse der Reliabilität von fMRT Biomarkern

Das Konzept der personalisierten Medizin verspricht fundamentale Verbesserungen individueller Gesundheit, indem Behandlungsmaßnahmen auf individuelle Eigenschaften („Biomarker“) maßgeschneidert werden. Kürzlich haben Studien jedoch gezeigt, dass funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) Studien bei der Definition von nützlichen Biomarkern bedenkliche Einschränkungen aufweisen. Es existieren einige Faktoren, die dazu beitragen, dass die Reliabilität der Ergebnisse solcher Studien ungenügend sein kann. Dazu zählen unter anderem eine zu geringe Anzahl an Wiederholungen, unpassende experimentelle Designs sowie unangemessene statistische Designs und Modellierungen. Jedoch konnten wir zeigen, dass ein weiterer wichtiger Beitrag zur Reliabilität im Anteil an personen-spezifischer Information steckt, der den Hirnaktivierungen zu Grunde liegt. Einfach gesagt, schauen wir uns die charakteristischen Hirnaktivierungsmuster an, die durch Belohnungen, wie Essensbildern, ausgelöst werden. Diese Muster können einem Fingerabdruck ähnlich und somit eine eindeutige Identifikation oder auch Vorhersage ermögliche. Um die Bestimmung der Reliabilität und, letztendlich, das Design von fMRT-Studien zu verbessern, haben wir eine open-source Toolbox, fmreli, entwickelt, die übliche Kennwerte der Reliabilität integriert und auf einfache Art und Weise auf fMRT Datensätze angewandt werden kann. In der Zukunft wollen wir die Toolbox auf existierende Datensätze anwenden, um Sequenzen, Parameter, Paradigmen oder spezifische mentale Zustände und notwendige Stichprobengrößen zu identifizieren, die die Reproduzierbarkeit einer Studie unterstützen. Wir hoffen, damit das Bewusstsein für die Reliabilität als fundamental limitierenden Faktor von Studiendesigns zu steigern und die Anwendung robuster Methoden nachhaltig zu fördern.

Kontakt: Nils B. Kroemer, Entwicklung von fmreli mit Juliane Fröhner (TU Dresden)

PUBLIkATIONen und Preprints

Kühnel, A., Czisch, M., Sämann, P., Binder, E.B., Kroemer, N.B. (2020) Threat-induced hippocampal connectivity fingerprints do not generalize to psychosocial stress. bioRxiv

Martens, L.*, Kroemer, N.B.*, Teckentrup, V., Colic, L., Palomero-Gallagher, N., Li, M., Walter, M. (2020) Localized prediction of glutamate from whole-brain functional connectivity of the pregenual anterior cingulate cortex. J Neurosci, 40:9028-9042, preprint on bioRxiv.

Fröhner, J.H., Teckentrup, V., Smolka, M.N., Kroemer, N.B. (2019) Addressing the reliability fallacy in fMRI: Similar group effects may arise from unreliable individual effects. NeuroImage, 195: 174-189. doi: 10.1016/j.neuroimage.2019.03.053; preprint on bioRxiv.


Binge-eating Störung und neuronale Variabilität

Patienten mit Essanfällen berichten häufig ein Gefühl des Kontrollverlusts über ihr Essverhalten. Die Ursachen für diesen Kontrollverlust sind bisher aber nur ungenügend verstanden. Eine mögliche Erklärung hierfür stellen spontan auftretende Schwankungen in der Gehirnaktivität dar. Wir möchten mit dieser Studie diese grundlegenden Prozesse von Binge-Verhalten, insbesondere der Binge-Eating-Störung, und damit zusammenhängende Muster der Gehirnaktivität eingehender untersuchen. In der Studie werden Motivation und Entscheidungsverhalten gesunder Studienteilnehmender und von Patient*innen mit Binge-Eating-Störung während einer fMRT Messung untersucht.

Kontakt: Monja Neuser, Studienkoordination; Nils B. Kroemer, PI, Co-PI Jennifer Svaldi

PUBLIkATIONen

van den Hoek Ostende, M.M., Neuser, M.P., Teckentrup, V., Svaldi, J., Kroemer, N.B. (2021) Can’t decide how much to EAT? Variability in effort for reward is associated with cognitive control. Appetite, 159: 105067, preprint on bioRxiv.

Neuser, M.P., Kühnel, A., Svaldi, J., Kroemer, N.B. (2020) Beyond the average: The role of variable reward sensitivity in eating disorders. Physiol Behav, 223: 112971. doi: 10.1016/j.physbeh.2020.112971


Auswirkungen der Stimmung auf die Bereitschaft Aufwand zu INvestieren

Kontact: Nils B. Kroemer (PI); Ulrik Beierholm (PI)


Abgeschlossene projekte

Crowdsourcing the mosaic of the mind – Open Science Fellows Program

Unser Wissen über psychische Erkrankungen gleicht häufig einem Blick durch das Schlüsselloch: Durch kleine Stichprobengrößen und kaum validierte, voneinander abweichende experimentelle Aufgaben sind Ergebnisse aus Studien viel zu selten reproduzierbar. Viele der Einflussfaktoren, die zu einer fehlenden Reproduzierbarkeit beitragen, könnten behoben werden durch den verbreiteten Einsatz von offener und plattformunabhängig laufender Software.
Innerhalb des Fellow-Programms Freies Wissen, möchten wir daher eine Aufgabensammlung konzipieren, die klinisch relevante Eigenschaften erfasst und deren Quellcode offen über GitHub verfügbar ist. Um einen möglichst breiten Einsatz in zukünftigen Studien zu vereinfachen, werden die Paradigmen in Haxe implementiert, einer Programmiersprache, die für den Einsatz auf verschiedensten Plattformen optimiert ist, indem der Code nativ für das jeweilige Ziel wie beispielsweise Android oder web-basiertes HTML5 kompiliert werden kann. Über die einfache Erfassung kognitiver Fähigkeiten hinaus, wird durch eine breit angelegte Online-Testung ebenfalls eine Erfassung der Dimensionalität psychischer Erkrankungen ermöglicht, die verwendet werden kann, um Individuen zu identifizieren, die gefährdet sind, eine psychische Erkrankung zu entwickeln.
Als Funktionserweiterung der Software ist zudem ein Interface geplant, das eine grundlegende Übersicht über die individuellen Ergebnisse im Vergleich zu anderen Teilnehmern in der Datenbank erlaubt ebenso wie ein umfassender Überblick über die Ergebnisse für Forschende, die die Aufgabensammlung einsetzen.
Durch dieses Vorgehen hoffen wir Forschende darin unterstützen zu können, adäquatere Modelle menschlichen Handelns und Erlebens zu erstellen, was wiederum Medizinern eine bessere Identifikation von Risikopatienten erlauben würde.

Kontakt: Vanessa Teckentrup