Gehirnaktivität bei Entscheidungsprozessen: Kosten-Nutzen-Check im Frontalhirn
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Was im Gehirn passiert, wenn man die Qual der Wahl hat, ist noch wenig verstanden. Forscher des Biologischen Instituts der Universität Stuttgart und des Max-Planck-Instituts für neurologische Forschung in Köln konnten nun zeigen, dass in Entscheidungssituationen, bei denen die Kosten und der Nutzen verschiedener Handlungsoptionen abzuwägen sind, insbesondere der vorderste Teil der Hirnrinde, der Präfrontalcortex, aktiviert wird*). Mithilfe moderner bildgebender Verfahren gelang es den Gruppen erstmals, die Stoffwechselaktivität im Gehirn von Nagetieren bei komplexen kognitiven Leistungen zu messen.
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Nach den Daten ist vor allem der vorderste Teil der Hirnrinde, der Präfrontalcortex, die Schlüsselstruktur eines Schaltkreises, der Entscheidungen steuert, ob sich eine Handlung unter Kosten-Nutzen-Aspekten „lohnt“. Die Erkenntnis ist wichtig für die Entwicklung neurobiologischer Modelle der Entscheidungsfindung. Solche Modelle sind auch für die Humanmedizin relevant, denn bei zahlreichen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen kommt es zu starken Störungen der Entscheidungsfindung. Interessant sind sie darüber hinaus für andere Wissenschaftsdisziplinen, die sich mit Entscheidungsabläufen beschäftigen, so für die Psychologie und die Wirtschaftswissenschaften.
Abstract
Decision making refers to the process by which subjects choose between competing courses of action based on the expected costs and benefits of their consequences. Lesion studies in rats suggest that the anterior cingulate cortex and the nucleus accumbens are key structures of a neural system that subserves effort-based decision making. Little is known about brain activation associated with effort-based decisions in intact rats. Using an open hypothesis approach, we used 2-deoxy-2[18F]fluoro-D-glucose positron emission tomography (FDG-PET) to assess regional metabolic changes in two conditions of an effort-based decision making task. In the "same effort" condition, male rats could choose between two response options associated with the same effort but different reward sizes, i.e., decision making was simply a function of reward size. By contrast, in the "different effort" condition, an integration of different efforts and reward sizes associated with the two response options was necessary before making a decision. Separate PET scans were performed from each condition. Subtractive analysis revealed that metabolic activity was increased in the different effort relative to the same effort condition in the left anterior cingulate, left orbitofrontal and prelimbic cortex region. Metabolic activity was decreased in the infralimbic cortex and septum region. Our findings suggest that making decisions on how much effort to invest to obtain greater rewards evokes changes of metabolic activity in multiple brain areas associated with cognitive, limbic, motor and autonomic functions. This study demonstrates that FDG-PET provides a tool to determine in rats regional brain metabolic activity in cognitive tasks.
