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!