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Titel: From the Cell to the Brain –Fear and Anxiety across the Levels of Neuroscience
Autor: Mueller, Erik M.
Weitere Beteiligte: Wacker, Jan (Dr. rer. nat.)
Erscheinungsjahr: 2011
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0124
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2011-01245
DOI: https://doi.org/10.17192/z2011.0124
DDC: Psychologie
Titel(trans.): Von der Zelle zum Gehirn -Furcht und Angst über die Ebenen der Neurowissenschaften

Dokument

Schlagwörter:
Generalisierte Angststörung, Anxiety, Rolipram, Elektroencephalographie, Angst, Neurovisceral Connectivity, Dopamin, Dopaminantagonist, Furcht, Neurotizismus, Dopamine, Fear

Summary:
The four studies presented in this thesis independently provided support for a dynamic multilevel account for anxiety-related phenomena (see Table 2). Study 1 showed how medial prefrontal cortex activity (i.e., Structure Level) measured with EEG was related to heart rate (PNS Level) and provided some evidence that this association was dynamically linked to trait anxiety: in conditions of negative but not positive feedback did trait anxiety increase the link between cortical and cardiac activity. This modulation is consistent with the functional definition of anxiety given that negative but not positive feedback is normally associated with increased danger in the future. Study 2 showed how dopaminergic genes (Molecule Level) and manipulations of dopamine (Synapse Level) presumably affected network states (Network Level), which then influenced brain activity at the AMC (Structure Level) and error-related behavior (Whole System Level). The unexpected finding that trait-anxiety was not related to error monitoring in that study can be explained post hoc by task characteristics (Olvet & Hajcak, 2009), again suggesting that some patterns of multilevel interactions are dynamically linked to anxiety. Study 3 tested individuals with GAD (manifest at the Whole System Level) using a neuropsychological test designed to measure future-orientation in patients with damage of the ventromedial prefrontal cortex (Structure Level) and resulting impairments in neurovisceral connectivity (Bechara et al., 1997) thus affecting the CNS and PNS-Levels. Consistent with (a) the assumed future-orientation of anxiety and (b) increased neurovisceral connectivity in anxiety (Study 1) individuals with GAD performed better in the IGT than non-anxious control participants. Finally, Study 4 manipulated intracellular signalling cascades (Molecule Level), thereby modulating synaptic learning and extinction learning (Synapse Level), which then affected fear-related reflex potentiation (CNS-Level and Whole Systems Level). In contrast to prior studies that found improved extinction learning of hippocampus-dependent fear memory (e.g., fear conditioned to a place), Study 4 found that rolipram disturbed extinction learning of presumably hippocampus independent fear-memory (e.g., fear conditioned to a sound). Together with these other studies, Study 4 thus provides further evidence that situational characteristics (place vs. sound as cue for present danger) may influence various levels (including the Molecule Level) with regard to fear processing. As can be seen in Table 2, some studies covered different levels than others. Of course, the herein proposed subdivision into eight levels of organization should be seen as a flexible framework used for illustrating the multilevel perspective rather than as a rigid model. Future research may uncover that much more levels of organization are needed to explain certain phenomena, and there may also be cases when good predictions can be made based on fewer than eight levels. However, Table 2 also shows that guesses for most empty cells can be made based on existing theories and research findings. A critical exception may be the network level, and it has been noted by others that this level is underrepresented in cognitive neuroscience research. However, the network level may be particularly critical for linking what we know about substances, cells, synapses and neurons (mostly based on in vitro work) to what we know about anxiety relevant structures (based on neuroimaging, EEG and lesion studies). From this perspective, future studies that include the neural network levels when investigating danger-reduction phenomena may be indispensable stations for achieving a wholistic understanding of fear and anxiety.

Zusammenfassung:
Es ist davon auszugehen, dass biologisch implementierte Mechanismen zur erfolgreichen Bewältigung von Gefahrensituationen einem positivem Selektionsdruck unterliegen und eine Vielzahl solcher Mechanismen im Laufe der Phylo- und Anthropogenese evolviert ist, um auch im menschlichen Genom konserviert zu werden. In der vorliegenden Konzeptualisierung werden solche Mechanismen mindestens einer von zwei generellen Strategien zugeordnet. In der sogenannten proaktiven Gefahrenbewältigung werden vor Auftreten eines konkreten Gefahrenreizes organismische (z.B. neuronale, zelluläre, endokrinologische, motivationale, kognitive, behaviorale) und damit auch extraorganismische (z.B. Auswahl von Situationen betreffende) Faktoren dahingehend moduliert, dass spätere Gefährdungen des Organismus (bzw. des Fortbestandes seiner Gene) maximal abgeschwächt werden. In der reaktiven Gefahrenbewältigung werden hingegen organismische und extra-organismische Faktoren dahingehend moduliert, dass augenblickliche Gefährdungen maximal abgeschwächt werden. Mechanismen der proaktiven Gefahrenbewältigung beinhalten unter anderem Aufmerksamkeitsverzerrungen gegenüber potentiellen Gefahrenindikatoren, Fehlervermeidung, peripherphysiologische Anpassungsprozesse, Unsicherheitsreduktion, Verhaltenshemmung, aversive und negative Affektivität und verminderte Antriebsmotivation. Die prominentesten Mechanismen der reaktiven Gefahrenbewältigung sind Kampf-, Flucht- und Todstelltendenzen. Während proaktive Gefahrenbewältigungsmechanismen in der vorliegenden Arbeit unter dem Begriff „Angst“ subsummiert werden, ist der reaktiven Gefahrenbewältigung der Begriff „Furcht“ zugeordnet. In der vorliegenden Arbeit wird weiterhin davon ausgegangen, dass um diese teilweise genetisch vorprogrammierten Mechanismen im Verhalten des Individuums auf adaptive und situationsangepasste Weise implementieren zu können, multiple Organisationsebenen und deren Interaktionen erforderlich sind. Als Organisationsebenen werden dabei ausschließlich intraindividuelle neurobiologische Ebenen (z.B. Molekülebene, Synapsen-Ebene, Netzwerkebene, Strukturebene, Systemebene, ZNS/PNS-Ebene, Gesamtsystemebene) betrachtet. So kann sich Angst beispielsweise auf die Molekülebene (z.B. Genexpression), Synapsen-Ebene (erhöhte Serotonin-Ausschüttung), Netzwerkebene (erhöhte neuronale Erregbarkeit), Strukturebene (erhöhte Aktivität in bestimmten Nuclei der Amygdala), Systemebene (Modulation fronto-striataler Kommunikation), PNS-Ebene (Erhöhung der Herzfrequenz) und Gesamtsystemebene (subjektives Erleben von Angst) auswirken. Dass sich darüber hinaus die als Furcht und Angst bezeichneten Gefahrenbewältigungststrategien auch auf extraindividuellen Ebenen manifestieren (z.B. Phänomene wie Massenpaniken oder kollektive Angst nach Naturkatastrophen) und entsprechend auf der Dimension reaktiv vs. proaktiv trennen lassen können sei hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt.


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