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Projekte

PD Dr. Susanne Becker

Becker S. EFIC Grünenthal Grant: Altered cognitive-emotional networks in chronic pain: the modulatory role of dopamine. 07/2017-06/2018.

MAIN OBJECTIVES − To characterize neurobiological underpinnings of cognitive-emotional fronto-striatal networks in acute and chronic pain in terms of dopaminergic mechanisms. − To modulate dopamine in chronic pain in order to reverse altered functional connectivity in fronto-striatal networks to counteract pain chronification. To investigate dopaminergic mechanisms in functional connectivity of fronto-striatal networks in the context of pain, dopamine will be reduced in healthy volunteers and pain perception and motivated behavior assessed during fMRI (Study 1). Reducing dopamine using a D2-receptor antagonist will mimic a hypodopaminergic state as described before in chronic pain patients. Inducing a hypodopaminergic state in healthy volunteers allows investigating the basic mechanisms of dopamine in fronto-striatal connectivity in pain. In chronic pain patients, brain processing, particularly pain processing, is altered due to neural plasticity. Thus, in a next step, chronic pain patients for whom a hypodopaminergic state in mesolimbic systems can be assumed will be examined (Study 2). Functional connectivity in fronto-striatal network will be assessed as before, challenged by increasing dopamine pharmacologically. Using a D2-receptor agonist, dopamine is thought to be normalized in order to reverse maladaptive circuits involved in pain chronification.

WIN Kolleg der Heidelberger Akademie der Wissenschaften: Thermischer Komfort und Schmerz: Verstehen von menschlicher Adaption an Störfaktoren durch die Kombination psychologischer, physikalischer und physiologischer Messungen und Messmethoden. 10/2014-05/2017.

In diesem Projekt sollen zwei Aspekte des täglichen Lebens – Schmerz und Komfort – in Hinblick auf Parallelen und Diskrepanzen ihrer Adaptionsprozesse beim Menschen interdisziplinär durch die Verbindung von psychologischer Schmerzforschung und bauphysikalisch architektonischer Komfortforschung untersucht werden. Das übergreifende Ziel dieses gemeinsamen Forschungsvorhabens ist es, den Prozess der Adaption im Kontext globaler thermischer Unbehaglichkeit, lokaler Schmerzreize und weiterer Störfaktoren durch die innovative Kombination verschiedener Messmethoden zu verstehen und Einflussfaktoren durch gezielte Manipulation zu bestimmen. Neben dem Messen und Verstehen von Adaption zum Erlangen eines entscheidenden Wissensgewinns solcher sozioökonomisch höchst relevanter Prozesse in diesem Kontext, ist es das langfristige Ziel dieses Forschungsprojekts, Methoden bereitzustellen, die es ermöglichen, Maßnahmen zum optimierten Umgang mit Störfaktoren zu erforschen. Entsprechend hat dieses Projekt im Einzelnen folgende Ziele, die den aktuellen Stand der Forschung deutlich erweitern: 1) durch Entwicklung, Anwendung und Validierung quantitativer und qualitativer Verfahren und Methoden, die Messung von Adaptionsprozessen zu verbessern und zu bestimmen wie die Messinstrumente (z.B. Art der Skala) die Ergebnisse und vorhandenen Modelle beeinflussen; 2) zu beschreiben und verstehen, wie Menschen mit Störreizen und unangenehmen Reizen umgehen, wie sie an solche Störreize adaptieren und wie diese Adaption beeinflusst werden kann, um vorhandene Modelle zu hinterfragen und so zu begründen oder durch neue Modelle zu ersetzen.

Flor H. DGM F1/1: Lebensqualität, Schmerz und neuropsychologische Einschränkungen bei Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen. 05/2015-04/2016.

Mitochondriale Erkrankungen sind Multisystemerkrankungen, bei denen es durch Genmutationen zu Defekten in den Mitochondrien kommt, die zu einer Vielzahl an Symptomen führen. Mitochondriale Erkrankungen sind phänomenologisch äußerst variabel, wobei allen Erkrankten eine starke Beeinträchtigung der Funktionalität und ein hoher Leidensdruck gemein ist. Trotzdem, oder vielleicht gerade deshalb, gibt es bisher keine systematische Beschreibung der somatischen, kognitiven und auch affektiv-emotionalen Beschwerden von Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen. So treten, zum Beispiel, chronische Schmerzen bei vielen dieser Patienten auf, wird jedoch meist nicht als Teil der Erkrankung betrachtet, da der Schmerz nicht ursächlich durch die Defekte in den 2 Mitochondrien erzeugt wird. Eine systematische Erfassung von somatischen, kognitiven als auch affektiv-emotionaler Symptome ist dringend erforderlich und kann einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis mitochondrialer Erkrankungen sowie zur Diagnosestellung und Therapie leisten. Zur Optimierung von Therapieempfehlungen, insbesondere unmittelbar anwendbarer und einfach umzusetzender Ansätze, müssen außerdem die Lebensqualität, Resilienzfaktoren und Bewältigungsstrategien erfasst werden. Eine solche systematische Erfassung an einer umfangreichen europaweiten Stichprobe von Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen ist das übergreifende Ziel dieses Forschungsvorhabens. Um einen Beitrag zur Verbesserung von Diagnose und Therapie zu leisten, werden die erfassten Daten z.B. zu bekannten Diagnosen und Genmutationen in Beziehung gestellt. Das Projekt ist eine notwendige Pilotuntersuchung, um die Untersuchungsmethoden auszuwählen und zu optimieren. Dazu werden 200 Patienten und 50 Kontrollprobanden umfassend mittels validierter Fragebögen untersucht, sowie eine Subgruppe von 50 Patienten zusätzlich mit neuropsychologischen Test zu kognitiven Defiziten genauer getestet.

Universität Heidelberg Olympia Morata-Programm: Wenn Schmerz und Belohnung aufeinandertreffen: Effekte von Motivationskonflikten auf Wahrnehmung und Verhalten und deren neurophysiologische Mechanismen. 03/2015-02/2016.

Schmerz und Belohnung als zwei fundamentale Motivatoren erzeugen bei gemeinsamem Auftreten Motivationskonflikte. Durch solche Konflikte bzw. dieser Interaktion zweier Motivationssysteme, die sich auf neurophysiologischer Ebene widerspiegelt, beeinflussen Schmerz und Belohnung unser Verhalten aber auch unsere Wahrnehmung maßgeblich. Insbesondere Schmerzlinderung als Belohnung – als Spezialfall der Schmerz-Belohnungsinteraktionen – ist im Kontext chronischer Schmerz von höchster Relevanz. Trotzdem ist bisher wenig über diese Interaktionen, insbesondere Für den Fall von Schmerzlinderung als Belohnung und deren zugrunde liegenden neurophysiologischen Mechanismen sowohl bei gesunden Personen als auch bei Patienten mit Chronischem Schmerz bekannt. Die Charakterisierung dieser Schmerz‐Belohnungsinteraktion und Ihrer neurophysiologischen Mechanismen ist Ziel dieses Habilitationsvorhabens. In einer Reihe eigener Vorarbeiten konnte die Antragstellerin bereits zeigen, dass monetäre Belohnung (Geldgewinne) schmerzhemmende Effekte hat, die durch den Neurotransmitter Dopamin und Neuroanatomisch durch den orbitofrontalen Kortex vermittelt werden. Weitere Ergebnisse zeigten, dass für solche Effekte entscheidend ist, ob und wie stark ausgeprägt eine Person einen Motivationskonflikt wahrnimmt und welche Entscheidung (d.h. zugunsten der Belohnung oder des Schmerzes) sie trifft. Aber nicht nur monetäre Belohnung, die in alltäglichen Situationen in dieser Form selten auftritt, hat schmerzhemmende Wirkung, auch Schmerzlinderung als Belohnung.- ein im Alltag häufig auftretender Prozess, da z.B. schon durch kleine Änderungen der Körperhaltung Schmerzlinderung (bei z.B. Rückenschmerzen) erzeugt werden kann – hat zusätzliche schmerzhemmende Effekte. Insgesamt verfestigt sich hieraus die Relevanz der Interaktion von Schmerz und Belohnung und die Notwendigkeit der genaueren Untersuchung,um diese Interaktion auch klinisch z.B. zur Verbesserung der Schmerztherapie nutzen zu können. Mehrere Arbeiten hierzu wurden bereits in Fachzeitschriften publiziert und weitere sind in Vorbereitung. Aktuell und in Zukunft beschäftigt sich die Antragstellerin zur Komplementierung dieser Vorarbeiten mit den Fragen, welche neurophysiologische Mechanismen Motivationskonflikte, insbesondere für den Fall von Schmerzlinderung als Belohnung, vermitteln und wie diese Mechanismen bei Patienten mit chronischem Schmerz verändert sind. Es scheint, dass die Verarbeitung von Belohnung bei solchen Schmerzpatienten beeinträchtigt ist, jedoch wird Belohnung z.B. in der operanten Schmerztherapie angewendet. Durch das Wissen, wie die Schmerz-Belohnungsinteraktion bei chronischem Schmerz verändert ist, kann daher z.B. diese Art der Schmerztherapie optimiert werden. Zusammenfassend werden wichtige neue Erkenntnisse erwartet, die unser Wissen zu Faktoren, welche die Entstehung und Aufrechterhalten chronischer Schmerzen fördern, maßgeblich erweitern und die Anwendung in der Optimierung der Schmerztherapie finden werden.

Becker S. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft BE 4309/51: Verstehen der Interaktionen und Konflikte zwischen Schmerz und Belohnung: Integration von Computermodellen und psychologischen Methoden". 02/2015-01/2016.

The aim of the project is to initiate and establish an international collaboration to study how the brain processes pain. The project focuses on a particular issue in pain neuroscience: how do we solve conflicts between pain and reward, termed ‘motivation-decision’ conflicts, which arise in everyday life? This is illustrated by the classic maxim ‘no pain, no gain’. The collaboration aims to develop a new approach to this problem by integrating two distinct disciplines: computational and engineering models of decision-making (Cambridge), and psychological and clinically-orientated approaches to understanding behaviour (Mannheim). The overall projects goals are to: a) develop a new model of pain-reward interactions that explains data from behavioural experiments, and; b) generate testable experimental predictions to identify how and where in the brain this interaction occurs. Our proposal involves three steps: (1) summarise the core experimental findings for painreward interactions to date (‘what needs to be explained’) and review key the computational models which can readily be applied to this data; (2) develop and simulate a new model and test its ability to account for these data (Cambridge) and make novel experimental predictions; (3) test these predictions in a newly designed behavioural experiment (Mannheim). At the end of the project, we aim to have a theoretically validated and behaviourally tested model of pain-reward interactions, which is both publishable in its own right, but more importantly supports a larger joint research proposal to study the neural basis of pain-reward interactions.

Becker S. Baden-Württemberg Stiftung: Schön wenn der Schmerz nachlässt: Neurophysiologische Mechanismen von Schmerzlinderung als Belohnung in Gesunden und chronischen Schmerzpatienten. 01/2014-12/2015.

Schmerzlinderung als Belohnung, d.h. als Verhaltenskonsequenz, tritt nahezu alltäglich auf, z.B. durch eine Änderung der Körperposition bei Rückenschmerzen. Für Schmerzpatienten ist solche Schmerzlinderung von besonderer Bedeutung, die aber paradoxerweise zur Steigerung der Schmerzsensitivität führen können. Trotzdem wurde belohnende Schmerzlinderung bisher kaum untersucht und zugrunde liegenden neurophysiologischen Mechanismen in Gesunden und Schmerzpatienten sind unklar. Das Projekt soll daher (1) Effekte von Schmerzlinderung als Belohnung auf Wahrnehmung und Lernen in Gesunden und chronischen Schmerzpatienten charakterisieren, (2) die Rolle der Neurotransmitter Dopamin und endogender Opioide dabei und (3) funktionelle und strukturelle neurale Korrelate dieser Effekte bestimmen. In zwei Studien spielen die Probanden ein Glücksrad, dass Schmerzlinderung als Belohnung operationalisiert. Beide Studien tragen zur Charakterisierung belohnender Schmerzlinderung bei. In Studie 1 werden außerdem die Rolle von Dopamin und endogenen Opioiden in Gesunden untersucht; neurale Korrelate in Gesunden und Schmerzpatienten in Studie 2. Wichtige Erkenntnisse zu den Mechanismen eines alltäglichen und relevanten Prozesses werden erwartet, die für die Grundlagen- wie auch Klinische Forschung von Bedeutung sind.

Kooperationsprojekt der Baden-Württemberg Stiftung: Zuckerbrot & Peitsche oder wie sich globales Komfortempfinden und lokale Schmerzreize beeinflussen. 11/2014-10/2015.

Komfort und Schmerz liegen sowohl zeitlich als auch räumlich beim Menschen oft nah beieinander und werden doch von unterschiedlichen Disziplinen untersucht. Während die Komfort- und Behaglichkeitsforschung je nach Schwerpunkt z.B. bei Architekten, Maschinenbau- oder Bauingenieuren angesiedelt ist, wird das Thema Schmerz von Medizinern, Psychologen und Biologen betrachtet. In diesem Projekt werden diese beiden Aspekte des täglichen Lebens und ihre Wechselwirkungen in Hinblick auf ihr Potential für größere Forschungsvorhaben interdisziplinär durch die Verbindung von bauphysikalischer Komfortforschung und psychologischer Schmerzforschung untersucht. Dieser ungewöhnliche Ansatz eröffnet ein hohes Potential für innovative Forschungsansätze, wie im Folgenden dargestellt. Ziel dieses Projekts ist die Durchführung mehrere Machbarkeitsstudien als Vorlaufforschung zu einem geplanten gemeinsamen größeren Forschungsvorhaben der Antragsteller.

Flor H. EU - Europäische Union 230249: ERC PHANTOMMIND: Phantom Phänomene: Ein Fenster zu Geist und Gehirn. 01/2009-12/2014.

Obwohl nach der Amputation einer Gliedmaße fast immer Phantom Empfindungen, d.h. Empfindungen im nicht mehr vorhandenen Körperteil, auftreten ist dieses Phänomen noch nicht gut verstanden. Veränderungen der Repräsentation des Körpers im Gehirn wurden mit dem Ausmaß des Phantomschmerzes in Beziehung gesetzt. Außerdem gibt es große Ähnlichkeiten zwischen nicht schmerzhaften Phantomphänomenen und Körperillusionen wie z.B. der Gummihand-Illusion. Die Forschung konnte zeigen, dass das Gehirn nicht die tatsächliche, physischen sondern die empfunden Realität verarbeitet. Dies gibt sowohl in der Grundlagenforschung als auch bei der Behandlung von Phantomschmerz die Möglichkeit die erlebte Realität zu manipulieren. Verhaltenstherapeutische Interventionen wie ein Prothesentraining, ein sensorisches Diskriminationstraining oder ein Spiegeltraining beeinflussen den Phantomschmerz und verändern die Gehirnfunktionen. Das Ziel dieses Projektes ist (1) eine exakte Erhebung und Analyse der Beziehung verschiedener Phantomphänomene wie Phantomschmerz, Phantomempfindungen, Telescoping (die Wahrnehmung, dass sich das Phantomglied in seiner Länge verändert), Prothesennutzung, und Empfänglichkeit für Körperillusionen in einer großen Stichprobe durch zu führen, (2) die Analyse der neuronalen Korrelate dieser Phänomene in kleinen Subgruppen mittels der funktionellen Magnetresonanztomographie und der transkraniellen Magnetstimulation, (3) die Analyse der Determinanten und neuronalen Korrelate von Körperillusionen bei gesunden Personen um gemeinsame neuronale Mechanismen zu identifizieren und (4) ein virtuelles Training zur Nutzung der Prothese kurz nach der Amputation zu untersuchen um zu verstehen wie eine Manipulation des Körperschemas und sensorisches Feedback die Entstehung und die Korrelate der Phantome im Gehirn verändern.

: Deutsche Schmerzgesellschaft - NachwuchsFörderPreis Schmerz. 12/2014.

Zuviel Schmerz oder zu wenig Belohnung? Die Rolle von Salienz und Anreizsalienz bei chronischem Schmerz

Flor H. : IASP Collaborative Research Grant: Neural Correlates and the Role of Dopamine in the Interaction of Intrinsic and Extrinsic Reward with Pain Sensitivity. 06/2012-05/2014.

Becker S. : IASP Early Career Research Grant: Pain and reward: Decision-making under conflicting motivations, the role of dopamine, and neural correlates. 04/2013-03/2014.

Pain and reward are fundamental motivators that determine behavior. When both are present simultaneously, a (unconscious) decision has to be made on which motivation to prioritize. The ‘Motivation-Decision Model’ predicts pain inhibition or pain facilitation dependent on whether the organisms decided to respond to the reward or the pain in such situations. Chronic pain patients constantly face situations with such conflicting motivations due to their ongoing pain. Despite this clinical relevance, the predictions of the model have not been tested in humans and the underlying mechanisms of the decision-making leading to pain inhibition or facilitating remain unclear. Thus, this project aims at testing pain-inhibitory and -facilitatory effects and to investigate the neuronal correlates and the role of dopamine in decision-making under conflicting motivations. Healthy volunteers will be tested in a functional magnet resonance imaging (fMRI) study with pharmacological intervention (central D2 receptor blockade) to manipulate dopaminergic neurotransmission. The proposed project would expand my research program on pain-reward interactions and their underlying mechanisms that I am currently establishing. As evidence exists that reward processing is altered in chronic pain, it seems of crucial importance to advance our understanding of pain-reward interactions and their neurophysiological underpinnings, possibly resulting in new treatment options


Zentralinstitut für Seelische Gesundheit (ZI) - https://www.zi-mannheim.de