Klinische Psychiatrie, Psychotherapie und Kinder- und Jugendpsychiatrie

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.

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.

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.

This project aims to identify cognitive and emotion control deficits in the context of negative valence and threat interference and their association with ACE in young offenders. Complementary to other projects, this project will focus on a group of young people defined by their propensity to aggression showing at the same time more severe psychopathologies. In a series of studies using multimodal imaging (EEG-fMRI, EEG-sMRI) in combination with naturalistic longitudinal follow-up (ecological momentary assessment (EMA)) B02 will identify the neural mechanisms and predictors of self-regulation deficits as a putative common developmental pathway for both, aggressive behavior, and psychopathology. Additionally, B02 will seek to causally confirm neural network mechanisms of inhibitory control and emotion regulation deficits as the basis of aggressive behavior and associated psychopathology by real-time EEG-triggered TMS-stimulation in young offenders.

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.

Address sex-specific NVS (reactive aggression) and CS (different dimensions of psychopathy, proactive aggression) associated risk factors, and risk factor-based biosignatures in young people. Considering the interacting genetic, environmental, and hormonal factors related to these specific aggressive behavior dimensions, C04 will identify specific and shared factors and mechanisms related to NVS and CS in female and male youth with and without pathological aggression. Implementing deep-learning algorithms, sex-specific, data-driven subgroups in relation to dimensions of aggressive behavior will be described and probed against the NVS and CS. Group-level risk factors of aggressive behavior dimensions, and individual risk factor-based subgrouping will be the basis of developing a biologically informed stratification strategy for tailored treatment. Models and classifiers will be established cross-sectionally in available data and replicated in the prospectively collected cross-sectional data (Q01). In addition, C04 will test the models and classifiers for predictive validity in the longitudinal data of the TRR Q01 cohort.

Identify specific neuronal mechanisms related to the NVS and CS in female and male clinical samples with a history of early-life maltreatment (ELM) who exhibit externalizing, aggressive psychopathologies as opposed to internalizing, non-aggressive psychopathologies. We will therefore explore the interaction of the NVS and CS as well as the modulating effects of theory-of-mind (ToM) on the NVS and CS using a series of fMRI and behavioral tasks. Furthermore, we will investigate the role of hormonal stress responses and will use EMA to assess anger and aggression in everyday life. Thus, we will be able to combine behavioral phenotyping in natural conditions of everyday life and neurobiological correlates of psychopathology in order to detect clinically relevant biosignatures for AMD.

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.