Der Nucleus accumbens, oft als "Belohnungszentrum" des Gehirns bezeichnet, ist eine etwa daumennagelgroße Struktur im ventralen Striatum, einem Bereich des Vorderhirns. Er spielt eine zentrale Rolle bei Motivation, Genuss und Lernprozessen, wobei seine Funktion stark vom Neurotransmitter Dopamin beeinflusst wird. Als wichtige Verknüpfungsstelle zwischen den Basalganglien und dem limbischen System, ist der Nucleus accumbens an der Umsetzung von emotionalen Informationen in motorische Handlungen beteiligt.
Anatomie und Verbindungen
Der Nucleus accumbens befindet sich im unteren Vorderhirn, am vorderen Ende des Nucleus caudatus und des Putamens, mit denen er zusammen das Striatum bildet. Das Striatum liegt seitlich des Thalamus und dient als Eingangsstation zu den Basalganglien. Die Neuronen des Nucleus accumbens sind über Nervenfasern mit vielen anderen Hirnregionen verbunden, darunter das ventrale tegmentale Areal (VTA), der präfrontale Cortex (PFC), die Amygdala und der Hippocampus.
Das VTA zeichnet sich dadurch aus, dass es Dopamin produziert und damit über Nervenfasern mit dem Nucleus accumbens kommuniziert. Die Kerne des Nucleus accumbens weisen Dopaminrezeptoren auf, vor allem vom Typ 2. Diese Nerven verlaufen im medialen Vorderhornbündel ("Fasciculus medialis telencephali") und stellen erregende, dopaminerge Zuflüsse dar. Daneben gibt es auch rückläufige, hemmende Fasern wieder in das VTA.
Funktionelle Bedeutung
Der Nucleus accumbens kann als Bindeglied zwischen dem limbischen System und den Basalganglien betrachtet werden. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Entstehung sowie Aufrechterhaltung von Motivation zu gewissen Tätigkeiten und Verhaltensweisen. Dies geschieht hauptsächlich über das aus dem ventralen tegmentalen Areal ankommende Dopamin, welches über die ansässigen D2-Rezeptoren eine positive Verstärkerfunktion ausübt.
Das Belohnungssystem im Detail
Das Belohnungssystem funktioniert im Allgemeinen folgendermaßen:
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- Aktivierung: Eine Tätigkeit oder ein Erlebnis, wie zum Beispiel Essen, Sport, Geschlechtsverkehr oder ein Erfolgserlebnis, aktivieren das VTA.
- Dopaminausschüttung: Im VTA wird Dopamin ausgeschüttet, welches über Nervenfasern zum Nucleus accumbens gelangt und dessen Aktivität steigert.
- Verstärkung: Erlebte Momente von Glück und Freude sorgen somit für einen motorischen Antrieb und für ein bestimmtes Verhalten.
- Regulation: Der Nucleus accumbens projiziert (hemmend über GABA) wieder auf das VTA zurück, damit durch eine negative Rückkopplung keine überschießende Wirkung zustande kommt.
Eine Balance in diesem Belohnungssystem ist essentiell wichtig für eine stabile Persönlichkeit sowie für rationale Handlungsweisen.
Einfluss des präfrontalen Cortex (PFC)
Der Nucleus accumbens wird vom präfrontalen Cortex (PFC) moduliert, der seinerseits Informationen aus sensorischen und limbischen Gehirnbereichen erhält. Der mediale Bereich des PFC (mPFC) moduliert dopaminerge und cholinerge Neuronen im Hirnstamm, im basalen Vorderhirn und im Septum, die an den Nucleus accumbens sowie die Amygdala und Hippocampus im limbischen System senden und beeinflusst damit deren Aktivität.
Es besteht eine Wechselwirkung zwischen dem PFC und subkortikalen Regionen, bei der das jeweilige Aktivitätsverhältnis die Aktivität des Nucleus accumbens reguliert. Der PFC wird von Amygdala und Hippocampus glutamaterg in Bezug auf die Beurteilung einer Situation auf ihr Gefahrenpotenzial hin aktiviert.
Eine Stimulation des mPFC scheint eine phasische Dopaminfreisetzung im Nucleus accumbens hervorrufen zu können, wobei Häufigkeit und Dauer der mPFC-Stimulation die Dopaminfreisetzung im Nucleus accumbens modulieren.
Rolle von Amygdala und Hippocampus
Die Aktivität des Nucleus accumbens wird auch von der Amygdala und dem Hippocampus beeinflusst, die emotionale bzw. Kontextinformationen an den Nucleus accumbens senden. Es besteht eine Interaktion zwischen dem Hippocampus, dem PFC und dem Nucleus accumbens, bei der das jeweilige Aktivitätsverhältnis die Aktivität des Nucleus accumbens reguliert.
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Dopamin und funktionelle Konnektivität
Dopamin scheint die funktionelle Konnektivität bestimmter Gehirnregionen spezifisch zu beeinflussen. Amisulprid (ein D2-/D3-Antagonist) erhöhte laut einer Studie die funktionelle Konnektivität vom Putamen zum Precuneus und vom ventralen Striatum zum präzentralen Gyrus.
Beteiligung an verschiedenen Verhaltensweisen und Prozessen
Der Nucleus accumbens spielt eine Rolle bei einer Vielzahl von Verhaltensweisen und Prozessen, darunter:
- Belohnungslernen: Der Nucleus accumbens spielt eine Schlüsselrolle für das Belohnungslernen. Wenn ein Verhalten (z. B. das Drücken eines Hebels) mit einer Belohnung (z. B. Futter) verbunden ist, wird die Dopaminfreisetzung im Nucleus accumbens verstärkt, was dazu führt, dass das Verhalten häufiger gezeigt wird.
- Motivation: Der Nucleus accumbens wird benötigt, um physische oder kognitive Kosten bei der Verfolgung der Belohnung zu überwinden oder um aversive Reize zu vermeiden.
- Soziale Interaktionen: Soziale Interaktionen, wie das Knüpfen und Pflegen von Bindungen, führen ebenfalls zu einer Dopaminausschüttung im Nucleus accumbens und verstärken somit positive soziale Verhaltensweisen.
- Risikoverhalten: Risikoaktivitäten wie Glücksspiel, Extremsportarten oder das Eingehen sozialer oder finanzieller Risiken können ebenfalls eine Dopaminfreisetzung bewirken.
- Sexuelles Verhalten: Sexuelle Aktivitäten und sexuelle Erregung gehen ebenfalls mit einer Aktivierung des Nucleus accumbens einher, wobei die Ausschüttung von Dopamin zum Gefühl von Freude und Befriedigung beiträgt.
- Genuss kultureller Aktivitäten: Der Genuss von Musik, Kunst oder anderen kulturellen Aktivitäten kann auch zu einer Dopaminfreisetzung im Nucleus accumbens führen. Menschen erleben oft Freude und Erfüllung beim Hören von Lieblingsmusik oder beim Erleben ästhetischer Eindrücke.
- Lernen: Neues Lernen und das Lösen komplexer Aufgaben führen zur Aktivierung des Nucleus accumbens. Die Belohnung beim Lernen unterstützt die Motivation, neue Informationen aufzunehmen und Wissen zu erweitern.
Klinische Relevanz
Bezüglich des klinischen Kontexts steht der Nucleus accumbens vor allem wegen seiner Beteiligung bei Suchterkrankungen im Vordergrund.
Suchterkrankungen
Auf die Psyche einwirkende Substanzen aktivieren nämlich direkt oder indirekt die dopaminergen Neurone des mesolimbischen Systems, vor allem diejenigen im Nucleus accumbens. Das Resultat: Es kommt nach Konsum zu einer Aktivierung des Belohnungssystems mit entsprechender Euphorie und Wohlbefinden. Daraus folgt wiederum eine Verhaltensverstärkung und es entsteht der Wunsch nach mehr.
Im Allgemeinen aktivieren Drogen über diverse Wege die Dopamin-Rezeptoren im Nucleus accumbens. Dies geschieht dabei allerdings stärker und länger, als es natürlicherweise der Fall wäre. Zum Teil kann die Wirkung bis zu zehn Mal stärker sein als zum Beispiel die Freisetzung bei der Nahrungsaufnahme.
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Die Droge Kokain hemmt beispielsweise direkt ein Transportsystem für den Botenstoff Dopamin. Das führt dazu, dass Dopamin in den kleinen Spalträumen zwischen zwei Synapsen länger als üblich verweilt.
Substanzen wie Alkohol, Nikotin, Kokain, Amphetamine und Opioide sind mit einer verstärkten Freisetzung von Dopamin im Nucleus accumbens verbunden. Diese verstärkte Freisetzung entspricht einem erhöhten Verlangen nach der Substanz. Das Belohnungssystem wird gewissermaßen „gekapert“.
Der Schlüssel zur Überwindung von Süchten und psychiatrischen Störungen liegt tief in den Schaltkreisen unseres Gehirns, den Belohnungskreisläufen. Das älteste und bekannteste Belohnungssystem ist das mesolimbische dopaminerge System, das aus Neuronen besteht, die von der ventralen Tegmentalregion in den Nucleus accumbens projizieren - eine Schlüsselstruktur bei der Vermittlung von Emotionen und Motivation.
Andere psychiatrische Erkrankungen
Neben seiner Rolle in der Suchtentwicklung kann der Nucleus accumbens auch bei anderen psychiatrischen Erkrankungen involviert sein. Dopaminmangel im linken oder rechten PFC, mPFC oder ACC erhöhte die Stressanfälligkeit.
Aktuelle Forschung
In einem kürzlich erschienenen Artikel haben Forscher das Wissen über die Belohnungskreisläufe beim Menschen erweitert und einen weiteren Weg jenseits des Dopamins entdeckt: [1]Al-Hasani, R., et al. (2021) Ventral tegmental area GABAergic inhibition of cholinergic interneurons in the ventral nucleus accumbens shell promotes reward reinforcement.
In dieser Studie fanden die Forscher heraus, dass etwa 30% der Zellen im ventralen Tegmentalbereich (VTA) GABA-Neuronen sind. Im Tiermodell zeigten die Forscher sowohl bei männlichen als auch bei weiblichen Mäusen, dass GABAerge Neuronen mit großer Reichweite vom VTA bis zum ventralen, aber nicht der dorsalen Nukleus accumbens an Belohnungs- und Verstärkungsverhalten beteiligt sind. Diese Ergebnisse unterstreichen die Diversität in der strukturellen und funktionellen Topographie von VTA-GABAergen Projektionen und ihre neuromodulatorischen Wechselwirkungen über den dorsoventralen Gradienten des Nucleus accumbens.
Veränderungen im Laufe des Lebens
Das Belohnungssystem im Gehirn wandelt sich im Laufe des Lebens. Besonders eindrücklich zeigt sich dies in der Pubertät und im Alter.
Eine Studie von Jessica R. Cohen von der University of California in Los Angeles etwa zeigte, dass junge Menschen in der Pubertät besonders viel Dopamin in ihrem Striatum ausschütten, wenn sie riskante Handlungen erfolgreich abschließen. Dies motiviert sie dazu, ähnliche Situationen erneut zu suchen - und erklärt das mitunter merkwürdige risikobetonte Verhalten von Teenagern. Ursache der hohen Dopamin-Ausschüttung im Gehirn der Jugendlichen ist nach Ansicht der Forscher der massive Umbau des Gehirns in der Pubertät. Er setzt manche Kontrollmechanismen für einige Zeit außer Kraft, während andere noch nicht vollständig aufgebaut sind.
Auch im Alter wandelt sich die Reaktion des Gehirns auf Dopamin. Das zeigen Studien von Jean-Claude Dreher vom französischen Institute des Sciences Cognitives in Bron und Karen Berman vom amerikanischen National Institute of Mental Health in Bethesda. Die Forscher ließen Probanden im Alter von 25 und 65 Jahren zu einem Spiel antreten, bei dem man finanzielle Belohnungen gewinnen konnte, und untersuchten dabei deren Gehirnaktivität per Positronen-Emissions-Tomografie (PET) und funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT). Dabei zeigte sich, dass zwar in beiden Altersgruppen je nach Belohnung etwa gleich viel Dopamin ausgeschüttet wurde. Das Gehirn der älteren Teilnehmer reagierte darauf aber weniger intensiv als das der jüngeren. Vor allem der präfrontale Cortex antwortete auf das Dopamin in sehr unterschiedlicher Weise. Bei den jüngeren Probanden nahm die Aktivität in diesem Bereich mit steigender Dopamin-Ausschüttung zu. Bei den älteren beobachteten die Forscher den gegenteiligen Effekt: Je höher der Dopaminspiegel, desto weniger aktiv war der präfrontale Cortex.
Selbstgesteuertes Lernen und Belohnung
Das menschliche Gehirn kann mittels eines eigenen Signals fehlende äußere Belohnung ersetzen und so das Erlernen neuer Informationen selbstgesteuert verstärken. Das berichten Wissenschaftler der Universitäten Magdeburg und Barcelona in der Zeitschrift eLife (2016; doi: 10.7554/eLife.17441).
Für die Untersuchung wurden Versuchspersonen mittels funktioneller Magnetresonanztomographie untersucht. Die Probanden lasen Satzpaare, die neue Worte enthielten und versuchten, die Bedeutung neuer Worte zu verstehen. Wenn sie erfolgreich eine neue Wortbedeutung erschlossen, waren Gedächtnisareale wie der Hippocampus zusammen mit Belohnungsarealen wie dem Nucleus accumbens aktiviert. Je stärker diese Areale kooperierten, umso besser war die individuelle Lernleistung.
Zusätzlich fragten die Forscher die Versuchspersonen, wie angenehm sie jedes neue Wort, also jeden Lernzuwachs empfanden. Dazu wurde die Hautleitfähigkeit gemessen. Größere Freude und damit eine Veränderung des Hautleitwiderstands konnten sie während des Einprägens für die Worte beobachten, die anschließend auch noch nach einer Woche im Gedächtnis blieben.
Insgesamt zeigten die Ergebnisse der Studie, dass selbstgesteuertes Lernen selbstbelohnend sein kann, also die Belohnungsgedächtnisschleife des Gehirns anschaltet.
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