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Projekte: Neuroenhancement

Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg GRK 2350/1: Der Einfluss von Traumatisierung im Kindes- und Jugendalter auf psychosoziale und somatische Erkrankungen über die Lebensspanne, Projekt B5 "Stress sensitivity, emotion processing and cue-reactivity in substance-related disorders: the influence of ACE". 04/2019-09/2022.

TRR/1 TP C01: Losing and Regaining Control: TP Modifcation of the imbalance between goal-directed and habitual behavior. 07/2019-06/2022.

In this study, we aim to assess the imbalance between goal-directed and habitual behavior, its neural basis and how it can be differentially modified in treatment-seeking smokers, using two training interventions. The first intervention is cognitive remediation treatment (CRT), also known as cognitive enhancement therapy, focusing on improving inhibitory control and executive functions. The second intervention, a computer-based habit-modifying training focusing on implicit drug seeking ("implicit computer-based habit-modifying Training", ICHT) uses a conditioning approach through implicit priming and contextual modulation. We hypothesize that both interventions change the balance between goal-directed and habitual behavior but by different mechanisms. Whereas CRT should directly increase cognitive control, in contrast, ICHT should affect the early processing and the emotional valence of smoking and smoking cues.

Vollstädt-Klein S. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft VO 2173/4-1: Investigating Neurobiological Mechanisms of Chess as an Add-On Treatment against Alcohol Use Disorder. 06/2019-05/2022.

The current project aims to investigate the potential mechanism of action of chess as a “cognitive remediation therapy” to reduce cognitive deficits in individuals with alcohol use disorder (AUD) seeking treatment using neurobiological and neuropsychological approaches. Furthermore, we will assess whether this chess intervention has a generalized positive effect on short-term abstinence. Interestingly, the functional domains and associated underlying neuronal networks observed to be affected in individuals with AUD overlap significantly with those that could be strengthened by chessbased cognitive training or formal chess. Specifically, strengthening of cortical control regions (dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC) and brain areas relevant for decision-making (orbitofrontal cortex, OFC) could prevent future relapse. Therefore, chess as an add-on therapy to complement other standard treatments of AUD could lead to improved therapeutic outcomes.

EU - Europäische Union 668863: SyBil-AA System Biology of Alcohol Addiction. 01/2016-12/2019.

Alcohol addiction ranks among the primary global causes of preventable death and disabilities in human population, but treatment options are very limited. Rational strategies for design and development of novel, evidence based therapies for alcohol addiction are still missing. Alcohol dependence is characterized by cycles of excessive alcohol consumption, interspersed with intervals of abstinence, and frequent relapses. Relapse is a key element of this disease process and blocking relapse is therefore a key objective for the treatment of alcohol dependent patients. In this project we will provide a novel discovery strategy based on the principles of systems medicine that uses mathematical and network theoretical models to identify brain sites and functional networks that can be targeted specifically by therapeutic interventions. To build predictive models of the ‘relapse-prone’ state of brain networks we will use magnetic resonance imaging, electrophysiology and neurochemical data from patients and laboratory animals. The mathematical models will be rigorously tested through experimental procedures aimed to guide the network towards increased resilience against relapse. We expect to identify hubs that promote ‘relapse-proneness’ and to predict how aberrant network states could be normalized. Proof of concept experiments in animals will need to demonstrate this possibility by showing directed remodeling of functional brain networks by targeted interventions suggested by the theoretical models. Thus, our translational goal will be achieved by a theoretical and experimental framework for making predictions based on fMRI and mathematical modeling, which is verified in animals, and which can be transferred to humans. With our highly interdisciplinary EU consortium (PIs from seven European countries and Israel with outstanding expertise) it is expected that after having such a world-wide unique effort in place, new neurobiologically-defined treatment strategies will be delivered to our addicted patients and thus help to address a serious and widespread health problem in our European societies.

Kiefer F. BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung 01EE1406C: Verbund AERIAL im Forschungsnetz für psychische Erkrankungen - Mechanismen von Suchterkrankungen: Sozialer Ausschluss, Vorhersage von Erkrankungsrisiken, Widerstandsfähigkeit und angepasste Theorien, Projekt 6. 01/2017-12/2019.

We will define the impact of social influences on drug consumption patterns across lifespan in the rat. In particular, social exclusion from peers during adolescence is suggested as an early risk factor for psychopathologies and social stressors in adolescent individuals facilitate drug abuse-related behaviors [1]. However, it is unclear how social exclusion during adolescence impacts on drug consumption patterns and the risk to develop SUD across the lifespan. By studying the impact of social exclusion in the adolescent rat we will provide essential epigenetic, transcriptomic, molecular and neurochemical information to Project 1 to better define neurobehavioral predictor profiles for SUD later in life. We will use our novel animal model of social exclusion [2] where inadequate playful interactions in adolescent rats produces life-long adverse consequences such as alterations in social behavior, emotional and pain-reactivity. Rats deriving from this model will be studied for gender-dependent alcohol consumption patterns, nicotine self-administration behavior and vulnerability to develop addictive behavior. Beside this behavioral characterization we will examine neurobiological alterations induced by social exclusion within the dopaminergic and the endocannabinoid systems by longitudinal translational PET studies and adjunct in vivo microdialysis, post mortem biochemical and immunohistochemistry experiments. In parallel, together with partners from Project 7 we will conduct genome-wide methylation and gene expression studies in socially excluded vs. non-excluded rats and will functionally study by virus-mediated gene transfer epigenetically altered genes in their role in later alcohol drinking, nicotine self-administration and addictive behavior. In a convergent approach our validated datasets will be merged with the databank of Project 1. Having defined genetic and neurobehavioral risk profiles we will manipulate in animals the genetic and neurobehavioral mechanisms identified in our corresponding animal and humans experiments. This approach aims to inform the identification of marker sets in humans as well as the development of targeted early interventions.

Kiefer F. Ministerium für Soziales und Integration Baden-Württemberg Az.: 55-5072.1: Evaluation und Definition des therapeutischen Interventionsbedarfs bei Patienten mit häufigen stationären Wiederaufnahmen bei Alkoholabhängigkeit. 08/2016-07/2019.

Um die Hypothese zu prüfen, ob unter den häufig wiederkehrenden Patienten („Heavy User“) in den Suchtkliniken von PZN und ZI ein erhöhter Anteil von Patienten mit komorbider Emotionaler Instabilität, adultem ADHS und Traumaerfahrung anzutreffen ist, soll den Patienten, die auf Grund des Krankheitsverlaufs als „Heavy User“ (mindestens 5 stationäre Aufnahmen in einem Jahr oder 10 stationäre Aufnahmen in den vergangenen 5 Jahren) identifiziert wurden, auf Basis spezifischer diagnostischer Testungen der drei genannten Krankheitsbilder mit Patienten verglichen werden, die in der Vergangenheit einen eher günstigeren Krankheitsverlauf zeigten (max. zwei Aufnahmen in den vergangenen 5 Jahren). Hierbei sollen diagnostische Instrumente zum Einsatz kommen, die nach Ende der Studie auch in die stationäre Routineversorgung integriert werden können.

Kiefer F. Universität Heidelberg : Marsilius-Kolleg. 04/2018-03/2019.

BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung 01ZX1611A: e:Med II SPs10 - Functional Validation II: Neuroimaging x genetics. 01/2017-12/2018.

In SP10 neuroimaging x genetics predictions are studied (see Fig. 2). During the first two years data collection of neuroimaging, neuropsychology, psychometrics, genetics and epigenetics for the follow-up of the NGFN-plus sample was initiated. Recruitment for the follow-up assessments (alcohol addicted patients from the NGFNplus study, 1st degree relatives and healthy individuals) is in line with the initially proposed time plan. In the meantime we have performed data analysis from existing data (NGFNplus, IMAGEN) and reported on SNPs of genes coding for molecular components of the opioidergic and glutamatergic signaling and their association to neural cue reactivity, craving and relapse (Bach et al., 2015a, b).

Kiefer F. BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung 01ZX1311A: Alcohol Addiction-A Systems-Oriented Approach (SysMedAlcoholism); Teilprojekt 10: Functional Validation II: Neuroimaging X genetics. 01/2017-12/2018.

Das Teilprojekt 10 ist eine in Berlin und Mannheim durchgeführe Studie (SysMedAlcoholism – eMEDS), die mit Hilfe bildgebender Verfahren (fMRT= Kernspintomographie) bei alkoholabhängigen Patienten (N= 112) und ihren Angehörigen 1. Grades (n= 112), den Zusammenhang von genetischer Veranlagung zur Alkoholabhängigkeit, neuropsychologischen Maßen und strukturellen und funktionellen Veränderungen des Gehirns untersucht. Die Grundidee dabei ist, dass sich auf Gehirnebene schon Effekte genetischer „Risikovarianten“ nachweisen lassen, auch wenn Verhalten oder Klinik völlig unauffällig sind. Für die einzelne Person ist dieses genetische „Risiko“ aber so gering und klinisch unbedeutend, dass man solche Untersuchungen in größeren Gruppen durchführen muss, um klinisch relevante Aussagen zu machen, z.B. ob sich anhand solcher Gehirnveränderungen bzw. aus Kombination von Gehirnveränderung und Genetik (Imaging Genetics) die Wahrscheinlichkiet von Rückfällen oder Alkoholkonsum in einer Gruppe vorhersagen lassen. Deshalb werden neu erhobene Daten (SysMedAlcoholism) mit Daten aus anderen großen Untersuchungen (NGFNplus: Erwachsene, IMAGEN: Jugendliche), die ähnliche Fragestellungen verfolgen, und an denen die Projektleiter beteiligt sind, kombiniert, um eine bessere Aussagekraft zu erlangen und Befunde gegenseitig zu überprüfen (Kreuzvalidierung). The goal of the multicenter subproject 10 of the eMED Alcohol Addiction Consortium - A Systems-Oriented Approach is to study neuroimaging x genetics predictions in an existing sample (NGFNplus) of tightly endophenotyped and genome-wide genotyped alcohol dependent subjects (N=240) and controls (N=240); (ii) to translate the results of neuroimaging and genetic analyses from an adolescent risk sample (IMAGEN) to adult disease (NGFNplus sample) by examing related MRI-paradigms tagging the same functional brain systems in both samples (e.g. reward system, inhibitory control system, emotion processing, working memory); (iii) to conduct a follow-up neuroimaging study on the NGFNplus sample validating the neurobehavioral risk profiles predicitve for juvenile harmful alcohol use in adult patients with alcohol addiction, (iv) to expand the NGFNplus sample by including a new set of healthy subjects with high genetic risk (1st degree relatives of patients with alcohol addiction). We will do so by using elaborate imaging genetic methods that are already available and successfully used in other multicenter studies by our group (e.g. univariate analyses, functional and effective connectivity analyses, polygenetic scores, network topology) as well as by using complex computational algorithms and mathematical models, in particular advanced machine learning methods, developed in TP 6. Our approach aims in the long to to predict and characterize longitudinal outcomes in patients with alcohol addiction (5 years following our index session) and to complement the NGFN-sample with an add-on study with 1st degree relatives that will allow us to test the generalizability of the identified predicitive risk profiles for early risk identification.

Koopmann A. Oberberg Stiftung Matthias Gottschaldt : Der Effekt von „Trauma Informed Hatha Yoga“ auf die psychopathologische Symptombelastung und Lebensqualität bei Patienten/innen mit einer emotional instabilen Persönlichkeitsstörung vom Borderline Typ sowie einer komorbiden Suchterkrankung. 10/2016-09/2018.

Ziel der vorliegenden Studie ist es, zu untersuchen ob die psychopathologische Symptombelastung und das physiologische Stressniveau (gemessen anhand der Plasma- und Speichel- Cortisol Konzentration) bei Patienten/innen mit einer emotional instabilen Persönlichkeitsstörung vom Borderline-Typ sowie einer komorbiden Suchterkrankung durch wöchentliche 60- minütige „Trauma Informed Hatha Yoga“ Übungsstunden gesenkt werden kann. Die Studiendauer beträgt hierbei 12 Wochen. Die Studie erfolgt während des vollstationären Aufenthalts der Patienten/innen auf unserer Spezialstation für Dialektisch Behaviorale Therapie Sucht (DBT-S). Während der gesamten Studienzeit nehmen alle 48 Patienten/innen, die in die Studie eingeschlossen werden, an unserem regulären Psychotherapieprogramm im Rahmen der Dialektisch Behavioralen Therapie Sucht (DBT-S) teil, begleitend hierzu absolvieren die 24 Patienten/innen der Interventionsgruppe „Trauma Informed Hatha Yoga“ Übungsstunden. Bei der Kontrollgruppe (24 Patienten) entfällt diese Intervention ersatzlos.

ZIS Hamburg (Weiterleitungsvertrag BMG) : IMPELA (Implementierung und Evaluation der S3-Leitlinie zu Screening, Diagnose und Behandlung alkohol-bezogener Störungen) . 11/2017-02/2018.

Kiefer F, Kirsch P. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft SFB 636: TP D06: Belohnungslernen und Extinktionstraining bei alkoholabhängigen Patienten: Einfluss der frontostriatalen Konnektivität. 01/2012-12/2015.

Eine gesteigerte Reizreaktivität auf alkoholassoziierte Reize gilt als ein wichtiger pathophysiologischer Mechanismus der Alkoholabhängigkeit. Ergebnisse der letzten Förderperiode zeigen, dass ein Extinktionstraining diese gesteigerte Reizreaktivität von Alkohol-Patienten reduziert. Im nun vorliegenden Projekt soll mit Hilfe funktioneller und struktureller Hirnbildgebung untersucht werden, inwieweit Aktivierung und Konnektivität frontaler und striataler Regionen die Extinktion modulieren. Wir erwarten, dass uns diese Methoden erlauben, Subgruppen von Patienten zu definieren, die unterschiedlich stark von einem Extinktionstraining profitieren.

Kiefer F. BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung 01GS08152: NGFN Plus GENALC TP13: Endophenotyping with fMRI: genetic modulation and treatment response. 06/2011-05/2013.

Zentralinstitut für Seelische Gesundheit (ZI) -