Mannheim

Die neuronalen und neurochemischen Muster akuter Bedrohung als Modulatoren von Aggression bei BPD werden in diesem Projekt untersucht. Die Modulation aggressiver Reaktionen unter akuter Bedrohung wird durch das Threat-of-Shock-Paradigma induziert. Die zentrale translationale Forschungsfrage ist, ob und wie aggressive Reaktionen durch Bedrohung moduliert werden und welche neurofunktionellen und neurochemischen Muster diesen Reaktionen während sicherer und bedrohlicher Bedingungen zugrunde liegen. MR-Spektroskopie wird bei Patienten eingesetzt, um Glutamat- und GABA-Spiegel zu erfassen. In einem weiteren translationalen Ansatz werden die am wenigsten und am stärksten aggressiven/impulsiven rekombinanten Inzucht-Mauslinien, die in C01 in Frankfurt identifiziert wurden, in Mannheim mit tierischer MR-Spektroskopie bei 9,4T getestet, um die Beziehung zwischen Glutamat, GABA, Impulsivität und Aggression in diesen Mauslinien sowie in vergleichbaren Hirnregionen zu bestimmen und neurofunktionelle und neurochemische Muster zu erfassen.

Der peripersonale Raum, die Repräsentation des Raums unmittelbar um den Körper herum, wird als zugrunde liegender Faktor für Bedrohungserleben untersucht. Frühe Lebensstressoren und Alltagsstressoren werden als Faktoren getestet, die PPS-Verarbeitung und assoziierte spezifische Hirnaktivierungsmuster beeinflussen. Standortverfolgung und geoinformatisches Mapping, Virtual-Reality (VR)-Experimente, physiologische Stressmarker und Hirnfunktion während der Verarbeitung von PPS-Verletzungen bei gesunden Risikopersonen werden verwendet, um prädiktive Biomarker zu identifizieren, die mit psychiatrischem Risiko, erhöhter neuraler Verhaltenssensitivität gegenüber PPS-Störungen und reaktiver Aggression im Alltag zusammenhängen.

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.

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.

Focus on the investigation of a lack of cognitive control in bullies and victims that contributes to the risk of developing mental health problems. Therefore, the project will assess bullies and their victims in real-life and digital social interactions to investigate how aberrant cognitive and affective prefrontal control and sensitivity to peer rejection with accompanied alterations in autonomic arousal may increase externalizing and internalizing behavior. To this end, a unique combination of ambulatory assessments of (cyber-)bullying, functional neuroimaging (emotion regulation, inhibition, social exclusion), physiological assessments (heart rate variability) and clinical trait-related questionnaires will be applied. Decoding dynamic

Investigate context-dependent aggression triggered by frustrative non-reward or acute social threats. Using newly developed approaches, multiple behavioral domains will be assessed in a semi-naturalistic, autonomous mouse habitat. Specifically, the habitat assesses the inter-individual dynamics of social interactions, aggressions, and hierarchy and the individual reward learning and impulsivity through different integrated modules. Intermittent challenges comprise intruder aggression and frustrative non-rewards. Within this LCD, circuit mechanisms are dissected through chemogenetic interventions, in vivo recordings, and functional MRI in awake mice during task performance. This approach in the first funding period will enable us to disentangle the specific functions of candidate entry points in prefrontal to ventral striatum pathways with respect to their modulation of aggression and dominance for potential interventions.

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.