Reinforcement learning and risk-taking across the lifespan. A comparison of adolescent and adult reward-related behavior in consideration of steroid hormones, stress, and test time

Abstract

Belohnung und Bestrafung trägt maßgeblich zum Erwerb neuer Fertigkeiten sowie zur Anpassung von Verhaltensweisen bei. Belohnung fördert dabei die gezeigte Handlung, während das Ausbleiben einer Belohnung eine Anpassung von Verhalten provoziert. Neurophysiologisch werden diese Verhaltensweisen zum Großteil durch den Neurotransmitter Dopamin und dessen dopaminerge Verarbeitungspfade moduliert. Tier- und Humanstudien konnten bereits einen Einfluss von Steroidhormonen auf die Dopaminverfügbarkeit und Bioaktivität nachweisen. So scheint belohnungsbezogenes verstärkendes Lernverhalten dabei ebenso durch endogene Hormonkonzentrationen beeinflusst zu sein, wie Risikoverhalten. Mit dem Einsetzen der Pubertät während der frühen Adoleszenz beeinflussen Steroidhormone entscheidend Verhalten Adoleszenter aber auch Erwachsener. Diese Dissertation untersucht unter Zuhilfenahme von computergestützen Verhaltensaufgaben den Einfluss von endogenen Steroidhormonen auf verstärkendes Lernverhalten und Risikoverhalten von der Adoleszenz bis ins frühe Erwachsenenalter. Dafür wurden in vier Studien die Einflüsse von unterschiedlichen Testzeitpunkten (Jahreszeit und Tageszeit), endogenen Hormonkonzentrationen (Estradiol, Progesteron, Testosteron und Cortisol), neurophysiologischen Verarbeitungsprozessen während des Erhalts einer Belohnung (positives Feedback) oder Bestrafung (negatives Feedback) und der Einfluss von psychosozialem Stress (hervorgerufen durch den Trier Social Stress Test) ausgewertet. In der ersten Untersuchung konnte eine allgemein langsamere Antwortzeit am Morgen, jedoch keine weiteren Einflüsse von Photoperiodizität, Temperatur oder Jahreszeit auf verstärkendes Lernen beobachtet werden. Die weiteren Studien zeigten bei Adoleszenten und Erwachsen, dass Estradiol sehr wahrscheinlich Belohnungslernen stärkt. Hohe Testosteronkonzentrationen schienen hingegen einen negativen Einfluss sowohl auf Belohnungs- als auch auf Bestrafungslernen zu haben. In Studie drei konnte eine bessere Lernleistung der erwachsenen Testpersonen im Vergleich zu den adoleszenten beobachtet werden, jedoch auch die Tendenz einer stärkeren Hirnaktivität auf negatives Feedback bei Adoleszenten. Im Hinblick auf Stress konnten keine Auswirkungen auf das Lernverhalten beobachtet werden. Gestresste Testpersonen zeigten einen stärkeren Cortisolanstieg und weibliche Testpersonen berichteten von einer größeren Stresswahrnehmung. Mit stärkerem Cortisolanstieg konnte zudem eine vermehrte neurophysiologische Aktivität auf negatives Feedback beobachtet werden. In der vierten Studie wurde der Einfluss des Verhältnisses von endogenem Testosteron- und Cortisolspiegel auf Risikoverhalten bei männlichen Versuchsteilnehmern mit einer herkömmlichen statistischen Analyse sowie mit einem computergestütztem Rechenmodell untersucht. Dabei konnte entsprechend der „dual-hormone“ Hypothese festgestellt werden, dass ein hoher Testosteronspiegel bei gleichzeitig niedrigem Cortisol vermutlich die Neigung zu riskantem Verhalten steigert. Allgemein zeigte sich ein positiver Zusammenhang zwischen erhöhten Testosteronwerten und vermehrtem Risikoverhalten, wobei auch ein quadratischer Zusammenhang zwischen Alter und Risikoverhalten aufgezeigt wurde. Hierbei wurde das riskanteste Verhalten während des frühen Erwachsenenalters beobachtet. Insgesamt konnten im Lern- und Risikoverhalten Unterschiede zwischen Adoleszenten und Erwachsenen ermittelt werden. Auch ein Einfluss von Steroidhormonen auf Belohnungsverhalten wurde gemessen. Aufgrund von Erkenntnissen aus vorherigen Untersuchungen, könnte angenommen werden, dass sich die gezeigten Studienergebnisse unter anderem auf unterschiedliche dopaminerge Prozesse, aber auch eine entwicklungsbezogene Hirnreifung während der Adoleszenz zurückführen lassen. Diese und weitere Annahmen werden im Hinblick auf den aktuellen Forschungsstand in dieser Dissertation ausführlich diskutiert. Die neurophysiologischen Vorgänge von Belohnungsverarbeitung sind nicht nur relevant für kognitive Verarbeitungsprozesse während des Lernens oder Treffens von Risikoentscheidungen. Zusammenhänge zwischen dopaminergen Funktionen und mentalen Störungen konnten zuvor in vorausgegangenen Patientenstudien beobachtet werden. Bereits während der Adoleszenz entstehen erste Störungsbilder (z.B. Depressionen oder Angststörungen), welche sich im Erwachsenenalter manifestieren. Eine gezielte Erforschung möglicher Einflüsse (z.B. von Stress, endogenem Hormonhaushalt, neurophysiologischen Prozessen) auf das dopaminerge Belohnungssystem kann zum besseren Verständnis der Störung der grundlegenden Verarbeitung von Belohnungsreizen beitragen. Dadurch könnten Kenntnisse über die Entstehung mentaler Störungen womöglich konkretisiert und eine Grundlage für weitere Präventions- und Behandlungsmöglichkeiten geschaffen werden.