Aachen

Ein einzigartiges experimentelles Modell wird verwendet, um die neurobiologische Basis aggressiven Tierverhaltens zu untersuchen und neue Erkenntnisse über dessen zelluläre und schaltkreisbedingte Grundlagen auf menschliche Phänotypen pathologischer Aggression zu übertragen. Insbesondere ermöglicht das Modell sozialer Isolation nach dem Absetzen, den „Schalter" von funktionaler adaptiver Aggression zu exzessivem pathologischem aggressivem Verhalten experimentell zu untersuchen. Bei männlichen Mäusen lösen artspezifische Chemostimuli angeborenes aggressives Verhalten aus. Die relevanten aggressionsfördernden Schaltkreise entlang der (sensorischen) Input- zu (aggressiven) Output-Achse umfassen den akzessorischen Bulbus olfactorius (AOB), ein Zentrum für die Verarbeitung sozialer Chemosignale, und die mediale Amygdala (MeA), ein wichtiges Kontrollzentrum für die Regulation aggressiven Verhaltens. Daher befasst sich dieses Projekt mit den Prinzipien, die den aggressionsfördernden Informationstransfer entlang des AOB-zu-MeA-Signalwegs steuern.

Der Fokus liegt auf den Einflüssen eines provozierenden Kontexts auf die soziale Bedrohungsverarbeitung bei AMD unter unterschiedlichen Testosteronspiegeln. Insbesondere zielt das Projekt darauf ab, die modulierende Funktion von Kontext unter Testosteronanwendung versus -suppression auf Bedrohungssensitivität bei gesunden Kontrollpersonen sowie Patientengruppen zu analysieren. Zusätzlich werden wir den Einfluss endogener Hormonvariationen (Testosteron, Oxytocin, Östrogen und Cortisol) auf NVS bei hoch- versus niedrig-aggressiven Patienten in einer großen Patientengruppe untersuchen, die in Q01 rekrutiert wird. Mit dieser Stichprobe werden wir versuchen, multidimensionale Biosignaturen basierend auf Hormonspiegeln in Kombination mit fMRT-Messungen von Amygdala und Amygdala-präfrontaler Konnektivität, NVS-Messungen durch Fragebögen, Aggressionsmessungen und psychopathologischen Daten zu identifizieren.

Wir nutzen bedrohungsbezogene chemosensorische Stimuli, nämlich Körpergeruch, der während aggressivem Verhalten (Boxen) erworben und unbewusst wahrgenommen wird, um erhöhte Amygdala-Reaktionen auf Bedrohungsreize bei aggressiven Patienten zu untersuchen. Körpergerüche haben den großen Vorteil, direkt in die Amygdala projiziert zu werden und dabei kortikale Vorverarbeitung zu umgehen, wodurch die Differenzierung von Mechanismen zwischen bottom-up veränderter limbischer Verarbeitung und top-down modulierter veränderter kognitiver Bewertung ermöglicht wird. Wir untersuchen das Potenzial solcher Körpergerüche, Reaktionen auf ambigue visuelle soziale Hinweise in Richtung Bedrohung zu verzerren, sowie ihre Effekte während Verletzungen des peripersonalen Raums (PPS), wo sie besonders relevant sein könnten.

Das Projekt setzt fMRT- und funktionelle Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS) Hyperscanning-Techniken ein, um zu erforschen, wie Gehirn-zu-Gehirn-Synchronisation und dynamische Prozesse innerhalb von Peer-Dyaden aggressives Verhalten unter verschiedenen Provokationsebenen bei jugendlichen Patienten und Kontrollen fördern oder hemmen. In zwei vollständig interaktiven Aufgaben werden wir aggressives Verhalten gegenüber einem Aufgabenpartner untersuchen und den Aufbau von zwischenmenschlichem Vertrauen/Misstrauen mittels eines sozialen Interaktions- und wirtschaftlichen Austauschparadigmas quantifizieren. Diese Paradigmen werden innerhalb von Dyaden in fMRT-Hyperscanning-Umgebungen eingesetzt und durch gruppenbasierte fNIRS-Methoden in Triaden erweitert, um Auswirkungen von Gleichaltrigen, sozialer Ausgrenzung und Koalitionen auf aggressives Verhalten in semi-naturalistischen Interaktionen zu untersuchen. Die neuronale Synchronisation zwischen den Gehirnen wird berechnet und mit alltäglichen sozialen Erfahrungen und individuellen Prädispositionen in Beziehung gesetzt, um Marker für die Vorhersage aggressiven Verhaltens zu identifizieren.

Beta-Hydroxy-Butyrat (BHB), ein Ketonkörper, ist negativ mit aggressivem Verhalten assoziiert. BHB ist ein Metabolit und ein aktives Signalsubstrat, das an der epigenetischen Regulation von z.B. neurotrophen Faktorgenen im Gehirn beteiligt ist. Von den drei Hauptketonkörpern Aceton, Acetoacetat und BHB ist Aceton eine sehr flüchtige Verbindung, die hauptsächlich über die Atmung ausgeschieden wird und daher nicht-invasiv in der Atemluft gemessen werden kann. Eine Reduktion von Aceton in der Atemluft korreliert nachweislich stark mit BHB im Blut und ist mit dem Schweregrad der Symptome bei Schizophrenie assoziiert (Jiang et al. 2022). Mittels MR-Spektroskopie zielt A08 darauf ab, (1) festzustellen, ob Aceton und andere flüchtige organische Verbindungen in der Atemluft mit Aggression und akuter Bedrohungsverarbeitung bei psychischen Erkrankungen assoziiert sind, (2) zu untersuchen, ob diese Atemmarker mit direkten metabolischen Hirnkorrelaten (wie BHB, Glutamat) und mit dem brain-derived neurotrophic factor (BDNF)-Spiegel im Plasma assoziiert sind. In einem translationalen Ansatz werden wir (3) testen, ob die Supplementierung von BHB aggressives Verhalten bei Mäusen reduziert.

TDCS will be used as an interventional tool to decrease aggression. Using a simultaneous tDCS – fMRI approach, the project aims to enhance cognitive control by repeated prefrontal brain stimulation, investigating its effect on aggression. In addition to gauging tDCS responsivity, identifying the role of individual factors such as genetic profiles in aggression will be a particular focus of this project. By examining brain activity at multiple time points (e.g., before, during multiple stimulation sessions and after tDCS), it will add to the understanding of mechanisms underlying neural tDCS effects and help to identify individual factors that predict responsiveness to the stimulation. To determine the therapeutic potential, we will include psychiatric patients with substance use problems, a group of criminal, violent offenders, and healthy matched controls.

Probe the self-regulation of CS networks in adults and adolescents diagnosed with mental disorders related to frequent stress-associated affective outbursts and aggressive symptoms in posttraumatic stress disorder (PTSD), and BPD. The patients will subsequently be trained to regulate the frontal control network to varying acute threat in a double-blind, randomized, controlled design. An immersive, virtual brain- computer-interface (BCI) will allow for a culture- and age-sensitive, personalized training approach. The aim of the present investigation is to assess feasibility of the approach according to four clinical markers: Reduction of perceived threat and aggressive behavior in daily life, improved control in the face of unfair provocation, and neurofeedback-specific modulation of the neural networks.

Focus on the neural correlates of characterizing cognitive control deficits during conflict situations. The project will investigate patients with varying levels of cognitive control along with their close partners (sibling or intimate partner) to identify the dynamics of self-regulation and co-regulation in provoked conflict situations in patients with control deficits. To identify the precursors and dynamics of conflict escalation, the project will apply measures of behavioral reactions, skin conductance, simulated or real conflict, fMRI and fMRI-hyperscanning techniques and physiological measures. Neuroimaging data will also be combined with information on stress, control and conflicts in real-life via EMA.

Develop virtual scenarios to assess decision strategies in cartoon-like and naturalistic contexts. The core question is how healthy individuals and patients make (mal-)adaptive aggressive decisions in social conflicts given their threat sensitivity, cognitive functions, and learning experience. We plan to present mathematically well-defined aggressive decision scenarios to healthy participants as well as patients across diagnostic categories with high scores of aggressive behavior, threat sensitivity, and inference of hostile intent in others. Computational models that accurately explain behavioral choices and neural responses (tested using fMRI and pupillometry) will be developed to identify the aggressive decision strategies humans employ in approach-avoidance conflicts of increasing complexity and ecological realism. The purpose will be to determine if patients use overly aggressive strategies that are not warranted by the necessary defense of self-threats and underlying neural circuits.

The central recruitment platform for collecting and curating a longitudinal dataset for studying individual aggression dynamics related to the neural, cognitive-emotional, neurobiological, psychopathological and environmental factors in patient groups.

Data management and training platform. A decentralized data management infrastructure will help focus on developmental and therapeutic longitudinal data, training all participating researchers in the necessary skills for future use. This strategy will lay the foundations for further data-driven computational modelling projects in the next funding period.

Bundle all training and mentoring activities in a research training group (RTG) for the young researchers participating in this collaborative research center.

Governance, and communication among participating researchers and the public.