Investigation on the neurobiological correlates of social anxiety disorder using functional magnetic resonance imaging

Funktionelles MRT basiert auf dem sehr intuitiven Prinzip, dass neuronale Aktivität zu einem lokal gesteigerten Energiebedarf führt, welcher aufgrund der unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von oxygeniertem und desoxygeniertem Blut messbar ist. Interdisziplinäre Forschung und Entwicklung in Physik, Technik, Bioinformatik und Neurowissenschaften haben fMRT zu einem unersetzbaren Forschungswerkzeug für alle Disziplinen der Kognitionswissenschaften gemacht. Von Grundlagenforschung abgesehen, ist fMRT auch für bestimmte klinische Anwendungen eine Diagnosemethode der Wahl geworden. Das Hauptziel der gegenwärtigen Dissertationsschrift war, einen Beitrag zum momentanen Wissenstand über die neurobiologischen Mechanismen der sozialen Angststörungen (SAD) zu leisten. SAD, oder Sozialphobie, ist eine stark einschränkende psychiatrische Erkrankung, die das Sozialverhalten beeinträchtigt und einen beträchtlichen Risikofaktor für Depression und Abhängigkeit darstellt. Zu diesem Zwecke wurde eine fMRT-Studie an eine Gruppe SAD Patienten und gesunden Kontrollprobanden unternommen, um funktionelle Abweichungen innerhalb des Emotionsregulationsnetzwerks aufzuzeigen. Unzureichende Anpassung an sozialen Stress, der unter Laborbedingungen zum Beispiel durch die Konfrontation mit emotionalen Gesichter ausgelöst werden kann, ist eine charakterisierende Symptomatik von sozialen Angststörungen. Tatsächlich wurden in einer Studie, in der eine Emotionsunterscheidungsaufgabe eingesetzt worden ist, Gruppenunterschiede bei neuronalen Anpassungsprozessen bei Sozialphobikern innerhalb der Amygdala und des orbitofrontalen Cortex (OFC) gefunden. Beide Areale sind zentrale Knotenpunkte des Emotionsregulationsnetzwerks. Um die kausalen neurobiologischen Mechanismen aufzuzeigen, wurden dieselben Daten auch mittels Dynamic Causal Modeling (DCM) ausgewertet. In dieser Studie wurde ein Unterschied in der effektiven Konnektivität zwischen dem OFC und der Amygdala gefunden. In gesunden Probanden, zeigte sich, dass der OFC die Aktivität der Amygdala runterreguliert, was mit der Vorstellung einer kognitiven top-down Kontrolle über affektive Einflüsse korrespondiert. Bei SAD Patienten andererseits, wurde eine positive effektive Konnektivität vom OFC zur Amygdala gefunden, was für eine positive Rückkopplung zwischen diesen Regionen spricht. Dieses Ergebnis liefert die Grundlagen für ein neurobiologisches Modell, welches die verminderte Unterdrückung von affektiven Reizen bei Sozialphobikern erklären könnte. Damit diese neurobiologischen Entdeckungen möglich werden konnten, waren Teile dieser Doktorarbeit auch der Optimierung von fMRT-Methoden gewidmet. So wurde mittels Computersimulationen und In-Vivo-Daten die Wichtigkeit von Slice-Timing-Correction nachgewiesen. Außerdem wurden die Vorteile von Ultrahochfeld fMRT bei 7 Tesla in einer Studie an gesunden Probanden aufgezeigt.Functional MRI is based on the very intuitive principle that neuronal activity leads to locally increased energy demand, which can be measured due to the different magnetic properties of oxygenated and deoxygenated blood. Interdisciplinary research and development in MR physics, engineering, bioinformatics and neuroscience have made fMRI an indispensible research tool for all domains of cognitive science. Besides basic research, fMRI has become a gold standard diagnostic method for clinical applications, as well. The main goal of the present doctoral thesis was to contribute to the understanding of the neural mechanisms of social anxiety disorder (SAD) patients. SAD is a disabling psychiatric conditions that impairs social interactions and acts as a major risk factor for depression and addiction. To this end, an fMRI study has been conducted on a population of SAD patients and healthy controls to highlight functional aberrations within the emotion regulation network. Failed adaptation towards social stressors, such as emotional faces, is a characterizing symptom of SAD. And indeed, in this study, which involved an emotion discrimination task, group differences in neural habituation of SAD patients were found in the amygdala and the orbitofrontal cortex (OFC), two central nodes of the emotion regulation network. To highlight the causal neurobiological mechanisms, the same data were analyzed using dynamic causal modeling (DCM). In this study, a difference in effective connectivity between the OFC and the amygdala was found. In healthy subjects, the OFC showed to down-regulate amygdalar activation, which corresponds to the conception of cognitive top-down control over affective influences. In SAD patients, however, a positive effective connectivity from OFC to amygdala was found, indicating a positive feedback loop between these regions. This finding, thus, nurtures a neurobiological model that could explain the decreased inhibition of affective stimuli by cognitive control in SAD patients. To enable and support neurobiological discovery, parts of this thesis are also dedicated to the optimization of fMRI methodology. The importance of slice-timing correction as an fMRI data pre-processing step was demonstrated, using simulated and in vivo data. Also, the benefits of ultra-high field fMRI at 7 Tesla have been highlighted in a study on healthy volunteers who performed an emotion discrimination task.Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüftAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersWien, Med. Univ., Diss., 2012(VLID)171559