Engagement – wann lohnt Belohnung?Die neurowissenschaftliche Sichtweise

Michael KochAbt. NeuropharmakologieInstitut für Hirnforschung

Zentrum für Kognitionswissenschaften

7. Bremer Schifffahrtskongress 13. und 14. März 2013

Das Belohnungssystem des Gehirns

• Geschichte• Neuroanatomie und Neurochemie• Funktionelle Bedeutung

Das Belohnungssystem des GehirnsSelbstreizungsexperimente bei Ratten

(Pleasure centers of the brain Olds & Milner 1954)

Das Belohnungssystem des GehirnsDas mesoaccumbale Dopaminsystem

Reizorte im Hypothalamus

Dopamin ist in strategischer Position für die Regulation (Auswahl) von Verhalten

Nucleus accumbens(septi)

Der Nucleus accumbens als sensorimotorisch-motivationales Interface

Aktivierung des Nucleus accumbens durch Anreizmotivation

Kampe et al., Nature, 2001

Holstege et al. J Neurosci 2003

Hirnaktivierung beim Orgasmus (Mann)

Knutson et al., (2003) Neuroimage

Gewinn-Erwartung führt zur Aktivierungdes Nucleus accumbens

Auch für

Proc Natl Acad Sci, 2001

Das Belohnungssystem des GehirnsSelbstverabreichung von Drogen

(Weeks, Science, 1962)

Selbstverabreichung von Drogen, die das mesoaccumbaleSystem aktivieren

Sanchis-Segura & SpanagelAddict Biol 2006

Kokain-Verlangen führt zur Aktivierung des Nucleus accumbens

Breiter et al. Neuron 1997

Drevets et al.,Biol Psychiatry, 2001

Amphetamin-induzierteDopaminfreisetzungkorreliert mit dersubjektiv empfundenenEuphorie

Das mesoaccumbale Belohnungssystem ist die Basis allerbekannten stofflichen und nicht-stofflichen Suchtmittel

Rolle des Belohnungssystems bei SuchtReduktion von Dopamin Rezeptoren im Striatum von Patienten mit Drogenabhängigkeit Ursache oder Folge des Drogenkonsums?

Volkow et al. Mol Psychiatry 2004

Alle primären Motivationsfaktoren und Drogen eignen sich durch die Freisetzung von Dopamin im Nucleus accumbens als Verstärker (Reinforcer) für das Lernen (klassische und instrumentelle Konditionierung)

Neutraler Reiz

Konditionierter Reiz

Der Nucleus accumbens bereitet eine appetitive Reaktion vor, wenn ein Belohnungsreiz (unkonditioniert oder konditioniert) auftritt

Schultz, Nat Rev Neurosci, 2003

Koch et al. Psychopharmacology 2000

Dopaminrezeptoren und Anreizmotivation durchFutterbelohnung Dopamin vermittelt die Verhaltensaktivierung

Cortikale Plastizität: Reorganisation sensorischer Karten durchBelohnung

Bestfrequenz vonNeuronen in A1 bei Ratten, die auf 9 kHzkonditioniert wurden(elektrische VTA-Stimulation)

Der Trainingseffekt folgt den RegelnPavlov´scher Konditionierung:

Zeitliche Kontingenz des 4kHz CS-Tones und VTA-Stimulation

(Bao et al., Nature 2001)

Watanabe (1999) Nature

Der orbitofrontale Cortex codiert den relativen Belohnungswert von Futter

Vorhersagereiz

Einige Besonderheiten des Belohnungssystems:

Premack-Prinzip: Bevorzugte Tätigkeiten können alsReinforcer (Belohnungsreize) für ungeliebte Aufgabeneingesetzt werden

Shaping: Zu Beginn einer Belohnungsdressur sind dieVerhaltensweisen noch komplex und umständlich

Chaining: Das Ende einer Verhaltensweise kann einBelohnungsreiz für den Beginn der nächsten sein usw.

Partial-reinforcement extinction effect: Werden bestimmte Verhaltensweisen (Tätigkeiten) nicht immer belohnt, so ist die Konditionierung resistenter gegen dieExtinktion (Löschung)

Das Belohnungssystem ist ein stammesgeschichtlichaltes Netzwerk aus definierten neuronalen Strukturenund Neurotransmittern (v.a. Dopamin)

Aufgabe ist die Steuerung prokreativer Verhaltensweisen(Nahrungsaufnahme, Sex, Brutpflege)

Funktion ist die Bewertung von Reizen (Kontexten) und dieInitiation entsprechender motorischer Programme, sowiedas Erlernen dieser Reizbewertung (ReinforcementLearning)

Wann lohnt Belohnung? Immer!