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Prof. Dr. Peter Kirsch

Kirsch P. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft KI 576/18-1: How culture shapes our brain: Neural correlates of cultural differences in social cognition. 09/2018-06/2020.

In times of globalization and increasing intercultural exchange, social understanding between cultures gains tremendously in importance. Recent studies, however, showed that people are better in understanding emotions and mental states of people from their own than from another culture. The purpose of our project is to explore cultural differences in MNS responsivity with a new approach: CN. Specifically, we will study cultural differences in the response profiles of the MNS during social-cognitive and social-emotional processing. To this end, we will investigate the neural basis of imitation, as well as empathy for basic and social emotions, in two different cultures: individualism (Germany) and collectivism (China). Further, we will study the effect of social learning on cultural differences in social cognition with a cross-sectional approach by comparing participants from China and Germany who live abroad with those who never lived abroad.

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.

Kirsch P. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft KI 576/16-1: Neurobiologische Grundlagen und psychotherapeutische Behandlung des komorbiden Auftretens von Alkoholabhängigkeit und Depression: Von grundlegenden Mechanismen zu erfolgreichen Behandlungsstrategien". 07/2016-06/2019.

BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung 01EA1605: Verbund iCase: Induvidualisierte kognitive, affektive und soziale Verbesserungen durch Ernährungsinterventionen für ein langes, gesundes Leben.. 07/2016-06/2019.

BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung 01EE1409C: Verbund ASD-Net: P3b - Neurobiological markers for SST resonse in ASD. 02/2015-01/2019.

Effects of an oxytocin enhanced social skill training (SST) should be particularly observable in brain regions associated with autism spectrum disorder (ASD) and oxytocin (OXT) like the social brain, particularly the amygdala, and the rewards circuits. We therefore apply a battery of fMRI tasks to examine the effect of OXT administration on neural activation in N = 100 participants before and after SST. We will delineate OXT specific modulation of the social brain using a Theory of Mind (ToM) task to activate the mentalizing network, an affective matching task particularly focusing on the amygdala, and a reward task combining both, social and non-social cues as well as social and non-social rewards. We will identify specific neurobiological mechanisms associated with therapy response as well as particular neurobiological signatures before treatment that are associated with treatment response. Results should further allow us to tailor treatment to different subtypes of ASD and finally to correctly allocate individuals to treatment settings.

Kühner C, Kirsch P. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft KU 1464/4-2, KI 576/12-2: Experimentelle Untersuchungen zu Rumination und Achtsamkeit: Ein Mehrebenenansatz mit fMRI und ambulantem Assessment in klinischen und nichtklinischen Stichproben. 01/2014-02/2018.

Das Projekt untersuchte in der 1. Förderphase (2010-2013) funktionelle Konnektivität unter und neuronale Korrelate von induzierten Aufmerksamkeitsfoki (Rumination, Achtsamkeit) mit fMRT und Auswirkungen spontaner und induzierter Aufmerksamkeitsfoki auf emotionale, kognitive und endokrinologische Prozesse im Alltag bei remittiert depressiven Patienten (≥2 Episoden) und Kontrollen. Die Ergebnisse beider Messebenen (fMRT, Ambulantes Assessment) werden zusammengeführt und ihr Prädiktionswert für den Symptomverlauf wird untersucht. Durch die Integration beider Forschungszugänge verfolgt unser Projekt einen bis dato völlig neuen Ansatz im Bereich der Ruminationsforschung. In der 2. Förderphase (2014-2016) möchten wir die bislang identifizierten AA- und fMRT-basierten Prädiktoren hinsichtlich ihrer Vorhersagekraft für den längerfristigen Symptomverlauf der Patienten untersuchen und Interventionseffekte eines achtsamkeitsbasierten Aufmerksamkeitstrainings auf neuronale und alltagsbezogene Parameter an einer neuen Patientenstichprobe überprüfen. Teilstudie 1 intendiert ein abschließendes Drei-Jahres-Follow-Up der in Studienphase 1 untersuchten remittiert Depressiven. Dies erlaubt, prädiktive Effekte der im AA und fMRT identifizierten depressionstypischen Auffälligkeiten über einen ausreichenden Zeitraum zu untersuchen, um damit auch deren Funktion als Rückfallprädiktoren identifizieren zu können. Wir nehmen an, dass höhere Alltagsrumination, schlechtere Alltagsstimmung und eingeschränkte Cortisolreagibilität gegenüber subjektivem Erleben mit schlechterem Symptomverlauf assoziiert sind. Zudem erwarten wir, dass die bei den Patienten identifizierte verstärkte funktionelle Konnektivität innerhalb des Default Mode Netzwerks (DMN) einen ungünstigeren Symptomverlauf vorhersagt, und dass der Zusammenhang zwischen Grad der funktionellen Konnektivität und Symptomverlauf durch das Ausmaß der Alltagsrumination mediiert wird. Teilstudie 2 möchte im Rahmen einer randomisierten experimentellen Interventionsstudie an einer neuen Stichprobe remittiert Depressiver Effekte eines vierwöchigen achtsamkeitsbasierten Aufmerksamkeitstrainings gegenüber einem strukturierten Entspannungstraining (Progressive Muskelentspannung) auf die Veränderung funktioneller Konnektivität des DMN unter negativer Stimmungsinduktion und Rumination (fMRT), auf Rumination, emotionale Prozesse und Cortisolaktivität im Alltag sowie auf die Spezifität des autobiographischen Gedächtnisses und habituelle Achtsamkeit untersuchen.

Kühner C, Kirsch P. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft KU 1464/4-2, KI 576/12-2: Experimental studies on rumination and mindfulness: A multilevel approach using fMRI and ambulatory assessment in clinical and nonclinical samples. 01/2014-02/2018.

During the first funding period (2010-2013), the project investigated functional connectivity and neural correlates of induced attention foci (rumination, mindfulness) using fMRI, and effects of spontaneous and induced attention foci on emotional, cognitive and endocrinological processes in daily life in remitted depressed patients (≥2 episodes) and healthy controls. In this context, we examine the relationship between results of both measurement levels (fMRI, ambulatory assessment, AA) and their predictive value for the course of symptoms. By integrating both research approaches, our project pursues an as yet completely new approach in the area of rumination and mindfulness research. In the second funding period (2014-2016) we aim at investigating AA- and fMRI-based predictors identified during the first funding period with regard to their potential to predict the long-term symptom course and risk of relapse/recurrence in patients, as well as at investigating intervention effects of a specific mindfulness-based attention training on neural and everyday parameters in a new sample of patients. Substudy 1 intends to conduct a concluding three-year-follow-up of the remitted depressed patients investigated in study period 1. This allows an examination of long-term predictive effects of depression-related alterations in AA- and fMRI-based variables for the longterm course of symptoms in this already extensively characterized sample. Amongst others, we assume that increased daily rumination, worse mood states and a decreased cortisol response towards subjective experiences in daily life will predict a worse course of symptoms and an increased risk of relapse/recurrence. We also expect that the increased functional connectivity identified within the Default Mode Network (DMN) in patients during negative mood and rumination induction will predict a disadvantageous course of symptoms over the three-year period. Finally, we expect that the relationship between degree of functional connectivity at baseline and the course of symptoms will be mediated by the degree of daily rumination at baseline. Substudy 2 aims to investigate the short-term effects of a four-week mindfulness-based attention training compared to a time-matched relaxation training (progressive muscle relaxation) in a randomised experimental intervention study on changes in functional connectivity of the DMN as well as rumination, emotional processes, and cortisol activity in daily life in a new sample of remitted recurrent depressed patients.

Meyer-Lindenberg A, Kirsch P. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft KFO 256, 2nd funding period: TP 03 "Neural Mechanisms of Trust and Dyadic Interaction in BPD. 08/2015-07/2017.

1 Results of the first funding period Aim of IP3 is the identification of abnormal activity and connectivity in brain systems associated with trust in BPD by means of a rather new brain imaging method, hyperscanning. Hyperscanning permits the measurements of brain activity simultaneously in two people interacting socially. During the first funding period, we mainly focused on the development of a generalizable, robust and hypothesis-free analysis routine for hyperscanning data while collecting data from both healthy controls and patients. Method development was based on two independently recruited samples of healthy subjects, a sample of 26 subjects (13 pairs) including both sexes, and a sample of 50 female subjects (25 pairs), which also serves as control sample for our BPD patients. A Joint Attention (JA) task was chosen for first investigation, representing a fundamental developmentally early form of specifically human social interaction. Data from both investigated samples showed that during JA, coupling between brain systems does emerge, uniquely to truly interacting subjects, and temporally and spatially highly specific, i.e. based upon function of the right temporo-parietal junction (rTPJ). Remarkably, in our patient study we found that neural coupling parameters during JA were already affected by illness status, suggesting a disruption in fundamental processing of social information in BPD at early developmental and cognitive processing stages. Specifically, in 22 pairs, formed from one subject with BPD interacting with one healthy control participant, we found significantly lower coupling in dyads with a BPD subject during JA. Initial analysis of a multi-round trust game using the same methodology showed a comparable reduction in rTPJ coupling when BPD patients were involved in the interaction. 2 New questions and work schedule The surprising discovery of disrupted basic social information processing in BPD during JA raises several questions. First, since JA arises very early in development (during the first year of life) and is required for the emergence of higher-order social skills, it may predict social dysfunction in adult social interaction requiring those skills. In the coming funding period, we will therefore examine whether JA impairment is predictive of neural coupling during trust and deception in a hyperscanning framework. Secondly, impairment of JA could index a state or trait phenomenon, with differing implications for therapy. To test trait aspects, JA disruption will be related to early environmental exposure data as well as to genotype information available through the KFO, requiring a further buildup of sample size. To examine state properties of JA prediction, we will study the effects of a social interaction training battery, conducted in IP1, on neural synchrony before and after treatment, providing insights into the nature and biological importance of neural coupling parameters. This work should provide an assessment to which degree cross-brain rTPJ-coupling can serve as a predictive biomarker to standard therapy and contribute to the investigation of innovative treatments for baseline social cognition. Further toward this end, induced changes in oxytocin will be related to neural changes in hyperscanning and treatment effects. To achieve these gains in the coming funding period, our data set will be extended from currently female subjects and simple, cooperative interaction within JA to the inclusion of male patient- as well as control samples, an oversampling of early childhood adversity participants to examine the effects of early environmental risk. Our analysis methods will be further developed to characterize cross-brain connections and cross-task predictive interactions in a variety of social settings and according fMRI tasks.

Dietmar Hopp Stiftung gGmbH 23016007: Ein Jahr im Wald - Der Einfluss von naturnahem und bewegungsreichem Schulunterricht auf biologische Indikatoren der Stress-Resilienz. 09/2014-03/2016.

Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist es, zu untersuchen, inwieweit ein Unterrichtsangebot, das durch die Verlagerung eines Teils des Unterrichts in den Wald, eine höhere Naturnähe, eine größeren Bewegungsanteil und weniger sozialen Stress aufweist zu einer Stärkung biologischer Stress-Systeme und zu einer Zunahme des selbst-regulierten Lernens (intrinsische Lernmotivation) führt. Dazu sollen in einem prospektiven Längsschnittansatz Schülerinnen und Schüler des Gymnasiums Englisches Institut in Heidelberg während des 5. Und 6. Schuljahrs untersucht werden. Die Hälfte dieser Schüler Wird ein Jahr lang für einen ganzen Tag in der Woche im Naturkunde- und Sportunterricht Im Wald unterrichtet, während die andere Hälfte der Schüler den normalen Unterricht an Der Schule erhält. Untersucht werden soll, inwieweit sich die Hirnstruktur und Funktion Nach dem Schuljahr zwischen im Wald unterrichten und nicht Wald Unterrichteten Schülern unterscheidet. Darüber hinaus sollen über das Schuljahr hinweg Einflussfaktoren untersucht werden, die den Zusammenhang zwischen der Art des Unterrichts und Veränderung der biologischen Maße vermitteln können. Dies können sowohl akute Stressreaktionen sein, der Umfang der physiologischen Belastung, das Ausmaß an sozialer Interaktion oder auch das Ausmaß an Bewegung. Für all diese potentiellen Moderatorvariablen werden physiologische Marker erhoben. Darüber hinaus soll natürlich auch untersucht werden, inwieweit die Form des Unterrichts auch auf die schulische Leistung und Motivation Einfluss nimmt und inwieweit diese Faktoren die Stressreaktion und die Ausbildung der Stress-Systeme moduliert. Konkret sollen folgende Hypothesen geprüft werden: 1. Schülerinnen und Schüler, die am Waldunterricht teilnehmen zeigen eine größere Zunahme an Hirnstrukturen des limbischen Systems, die mit Stress-Resilienz verbunden sind, als Kinder die nicht am Waldunterricht teilnehmen. 2. Schülerinnen und Schüler, die am Waldunterricht teilnehmen zeigen im Vergleich Zu Schülerinnen und Schüler, die nicht im Wald unterrichtet werden eine reduzierte Aktivität der Stress‐Systeme, gemessen über Speichelcortisol, Haarcortisol und freie DNA Im Speichel. 3. Schülerinnen und Schüler, die im Wald unterrichtet werden zeigen eine höhere Lernmotivation und bessere Lernleistungen in den im Wald unterrichtet Fächern als Die Vergleichsschülerinnen und -schüler. 4. Im Wald unterrichtete Schülerinnen und Schüler weisen eine reduzierte neuronale Und hormonelle Stressreaktion nach dem Schuljahr in einem sozialen Stresstest auf Als Kinder, die am Regelunterricht teilgenommen haben. 5. Die in Hypothese 1 bis 4 formulierten Effekte, sind assoziiert mit einer erhöhte Bewegung in der Natur und mehr direkter sozialer Interaktion während des Schulaltages.

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.

Kirsch P. BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung 01GQ1003B: BCCN TP C5: Brain activity in depression & ageing. 05/2010-04/2015.

Zink M, Meyer-Lindenberg A, Kirsch P. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG ZI 1253/3-2, KI 576/14-2, ME 1591/6-2: Metakognitive Defizite bei Patienten mit erhöhtem Risiko für schizophrene Psychosen und deren Interaktion mit Psychopathologie, Neuropsychologie und funktioneller Bildgebung. 09/2012-02/2015.

Schizophrenia patients suffer from a broad variety of cognitive deficits that are very often resistant to antipsychotic treatment and interfere with the social and vocational rehabilitation. An international consensus initiative elaborated a comprehensive set of neuropsychological tests, the MATRICS battery (Measurement And Treatment Research to Improve Cognition in Schizophrenia) in order to improve treatment research (1). Besides the domains represented in the MATRICS battery, it has been shown that metacognitive capacities are impaired in schizophrenia, leading to a reduced ability to select appropriate responses, to appraise and weigh information effectively and to cope with cognitive limitations. Metacognitive impairments, (2) such as a self-serving attributional bias, hasty decision making (jumping to conclusion: JTC), a bias against disconfirmatory evidence (BADE) (3), overconfidence in errors, metamemory alterations (4;5), and finally deficits in mentalizing and social cognition („theory of mind“: ToM) (6;7), are thought to contribute to development and maintenance of delusions (8-10). Specific therapeutic interventions to improve metacognitive functions have been developed and tested in several controlled trials (11). In the present application, we mainly focus on ToM-deficits and the JTC-bias.

Meyer-Lindenberg A, Kirsch P. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft ME 1591/4-1: KFO 256 TP 3: Neural Mechanisms of Trust and Dyadic Interaction in BPD . 01/2012-12/2014.

Zentralinstitut für Seelische Gesundheit (ZI) -