Theta- und High-Beta-assoziierte Netzwerke der Feedback-Verarbeitung in der EEG-informierten funktionellen Magnetresonanztomographie

Abstract

Die Kernkomponenten des Belohnungssystems interagieren in der Verarbeitung von belohnenden und bestrafenden Stimuli mit weiteren neuronalen Regionen. Diese Interaktion könnte oszillatorische neuronale Aktivität vermitteln. Im Rahmen monetärer Glücksspiel-Paradigmen erfüllen insbesondere Oszillationen im Theta- (4-6 Hz) bzw. High-Beta-Frequenzbereich (21-29 Hz) wichtige Funktionen in der Verarbeitung von Feedback-Reizen. Diese Arbeit untersucht mit der Single-Trial-Methode der simultanen Elektroenzephalographie und funktionellen Magnetresonanztomographie, welche neuronalen Netzwerke in der Verarbeitung von Feedback-Stimuli einer Glücksspiel-Aufgabe bei gesunden männlichen Probanden aktiv sind: Die gekoppelte Analyse stellte separate, mit unterschiedlicher Feedback-Valenz assoziierte Netzwerke dar, die jeweils Regionen mit verschiedenen Funktionen umfassen: Nach negativem Feedback wurde ein Theta-assoziiertes frontoparietales Netzwerks aktiviert (z.B. anteriorer cingulärer Cortex). Die charakterliche Impulsivität der Teilnehmer modulierte dessen Aktivität teilweise. High-Beta-assoziiert und folgend auf positives Feedback hingegen zeigte sich die Aktivierung eines primär subkortikalen Netzwerks (z.B. ventrales Striatum), das Kernareale des Belohungssystems beinhaltet. In die Verarbeitung von Feedback-Reizen mit unterschiedlichen Eigenschaften sind diesen Ergebnissen nach getrennte Netzwerke involviert, deren interne Synchronisation frequenzspezifisch erfolgt.

The neuronal reward system’s core components interact with several cortical and subcortical regions when processing feedback. Their interaction could be mediated by oscillatory neuronal activity. During feedback-processing in gambling paradigms, high-beta (21-29 Hz) and theta (4-6 Hz) oscillatory neuronal activity have been reported to be of relevance. We investigated which neuronal networks process feedback stimuli of different properties in healthy male participants performing a two-choice gambling task while being examined by simultaneous electroencephalography and functional magnetic resonance imaging (EEG-fMRI). Two separate networks revealed by single-trial coupling analyses of EEG-fMRI-data were distinctly associated with feedback-valence: Upon negative feedback a theta-associated frontoparietal network was activated (e.g. anterior cingulate cortex). The participants’ trait impulsivity partly modulated its activity. On the other hand, a high-beta-associated network following positive feedback mainly comprised subcortical areas (e.g. ventral striatum). Our findings suggest that distinct networks are involved in processing feedback of different properties. Their respective interaction could be mediated by synchronized oscillatory activity of different frequency.