Publikation: Processing of threat cues : psychophysiological correlates of posttraumatic stress disorder and changes through psychotherapy
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Zusammenfassung
Die Posttraumatische Belastungsstörung (PTBS) ist gekennzeichnet durch sich wiederholende, ungewollte Erinnerungen an traumatische Erlebnisse, eine Vermeidung von Erinnerungsreizen sowie eine generelle Übererregbarkeit (DSM-IV, 1994). Aktuellen Theorien zufolge stellt die Veränderung in der Verarbeitung aversiver oder trauma-assoziierter Reize ein Hauptmerkmal der PTSD dar (Ehlers et al., 2000).
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung psychophysiologischer Korrelate der Verarbeitung von Bedrohungsreizen bei PTBS. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob sich diese Abweichungen durch Psychotherapie verändern lassen.
Die Studienteilnehmer (N=78) gehören zu einer der drei Gruppen: Traumaüberlebende mit und ohne PTBS, oder gesunde Kontrollprobanden mit gleichem ethnischen Hintergrund, aber ohne traumatische Lebensereignisse. Wir verwendeten eine steady-state Präsentationstechnik, bei dem 75 IAPS-Bilder in einer Frequenz von 10 Hz für jeweils 4 s präsentiert wurden. Die kortikale Aktivität wurde mit Magnetenzephalographie (MEG) aufgezeichnet. Drei verschiedene psychophysiologische Parameter wurden erhoben: Herzfrequenz, frühe kortikale Aktivierung im Bereich von Millisekunden und überdauernde kortikale Aktivierung bis zu vier Sekunden nach Stimulusbeginn.
Bei der Auswertung der Herzfrequenz zeigten die PTBS-Patienten einen unmittelbaren Anstieg der Herzfrequenz und einem Ausbleiben der Orientierungsreaktion gegenüber bedrohlichen Bildern. Die Ergebnisse weisen auf eine gesteigerte und schnelle Fluchtbereitschaft von PTBS-Patienten hin. Ohne den potenziell bedrohlichen Stimulus zunächst genau zu explorieren, befindet sich das autonome Nervensystem dieser Patienten innerhalb kürzester Zeit in maximaler Alarmbereitschaft.
Bei der Auswertung der ersten 300 ms neuronaler Aktivität während der affektiven Bildverarbeitung zeigten Patienten mit PTBS Hinweise auf ein zweiphasisches kortikales Reaktionsmuster. PTBS-Patienten zeigten bereits in den ersten 130 ms, im Vergleich zu neutralen oder angenehmen Bildern, eine erhöhte Aktivierung in rechts präfrontalen Hirnregionen. Dieser Aktivierung folgte in zeitlicher Latenz eine Abnahme der Reaktion in parieto-okzipitalen Arealen. Die Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass bei PTBS-Patienten ein früher Detektionsprozess von Bedrohungsreizen stattfindet, der einer Abwendung der Aufmerksamkeit vorausgeht. Insofern sind unsere Ergebnisse vereinbar mit der Hypothese eines Übererregungs-Vermeidungs-Musters gegenüber Bedrohungsreizen bei Angststörungen (Mogg et al., 2004).
Um zu untersuchen, ob die frühe Abwendung der Aufmerksamkeit von Bedrohungsreizen über längere Zeit anhält, analysierten wir zusätzlich die überdauernde kortikale Reaktion auf affektive Reize. PTBS-Patienten als auch bei Traumakontrollen zeigten eine reduzierte kortikale Aktivierung in okzipitalen Regionen bei der Präsentation aversiver Bilder. Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Vermeidung der gezielten Aufmerksamkeitslenkung auf bedrohliche Reize bis zu 4 s bestehen bleibt.
Als Schwerpunkt der Arbeit wurde der Frage nachgegangen, inwieweit sich die neuropathologischen Abweichungen in der emotionalen Verarbeitung durch Psychotherapie verändern lassen. In einer randomisierten, kontrollierten Therapiestudie wurden 34 Patienten mit PTBS einer Behandlungsgruppe mit Narrativer Expositionstherapie (NET) bzw. einer Wartelisten-Kontrollgruppe zugeteilt. Die therapierten Patienten zeigten nach 4 Monaten eine signifikante Zunahme der kortikalen Aktivität gegenüber bedrohlichen Reizen in parietalen und okzipitalen Hirnregionen. In Kenntnis der hohen Relevanz parietaler Strukturen beim episodischen Gedächtnisabruf deutet die verstärkte Aktivierung in diesen Arealen auf eine willentlich gesteuerte Gedächtnissuche hin, die durch NET trainiert wurde. Unsere Ergebnisse geben Hinweise darauf, dass Narrative Expositionstherapie die kortikale top-down' Regulierung von Aufmerksamkeitsressourcen gegenüber bedrohlichen Reizen wieder herstellt und einen verbesserten Gedächtnisabruf ermöglicht.
Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass PTBS durch ein spezifisches physiologisches Reaktionsmuster gegenüber bedrohlichen Reizen gekennzeichnet ist, das sich durch Narrative Expositionstherapie verändern lässt: PTBS-Patienten reagieren mit einer unmittelbaren Aktivierung des autonomen Nervensystems, was ihre Bereitschaft für eine rasche Flucht/Kampf Reaktion widerspiegelt. Die kortikale Verarbeitung von Bedrohungsreizen zeichnet sich durch ein zweiphasisches Übererregungs-Vermeidungs-Muster aus. Die schnelle Zunahme der kortikalen Aktivität in präfrontalen Arealen weist auf ein frühes Alarmsystem bei potenzieller Bedrohung hin. Diese Reaktion ist gefolgt von einer reduzierten sensorischen Verarbeitung, die bis zu einigen Sekunden anhält. Dies stellt vermutlich eine Vermeidung der detaillierten Exploration potenzieller Bedrohung dar. Diese Abweichungen in der kortikalen Reaktion bei PTBS-Patienten lassen sich durch Narrative Expositionstherapie (NET) verändern. Nach der Therapie sind NET-Patienten in der Lage, kognitive Vermeidungsmechanismen gegenüber Bedrohungsreizen zu reduzieren und damit eine adäquatere Verarbeitung dieser Reize zu ermöglichen. Die Stärkung der willentlichen Gedächtnissuche durch NET ist notwendig, um die aktuelle Situation vor dem Hintergrund früherer Erlebnisse zu bewerten. Möglicherweise steht die Veränderung in der neuronalen Verarbeitung trauma-assoziierter Reize im Zusammenhang mit der Reduktion der PTBS-Symptomatik nach der Therapie.
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
Posttraumatic stress disorder (PTSD) is characterized by repeated unwanted memories of the traumatic experiences, avoidance of trauma reminders, and general hyperarousal (DSM-IV, 1994). Symptoms of hyperarousal, especially the excessive reactivity to trauma reminders, indicate a dysfunctional regulation of the physiological stress system in PTSD patients (Buckley et al., 2001). Current theories of PTSD consider alterations in the processing of threat cues as a core characteristic of this disorder (Ehlers et al., 2000).
Aim of the present thesis was to investigate psychophysiological correlates of the processing of threat-related stimuli in patients with PTSD. Additionally, we wanted to examine if alterations in the emotional processing could be changed through psychotherapy.
Study participants (N=78) belonged to one of the three groups: Trauma-exposed refugees with or without PTSD and healthy individuals with a similar cultural background but without traumatic experiences. We presented IAPS pictures that varied in emotional content (Lang et al., 1997) and applied a visual steady-state presentation technique and recorded physiological data using magnetencephalography (MEG).
We analyzed three different psychophysiological parameters of affective picture processing: Heart rate reactivity, very early cortical activity in the range of milliseconds, and the sustained cortical activity up to four seconds after stimulus onset.
Analyses of the heart rate reactivity revealed that PTSD patients reacted with an immediate increase in heart rate towards aversive pictures and an absence of the orienting response. Our findings argue for a faster flight/fight response to threatening cues in PTSD. Immediately after having identified the threatening quality of a stimulus, PTSD patients seem to mobilize for action rather than exploring the stimulus further in a vigilant state.
Examination of the first 300 milliseconds of neuronal activity during the processing of affective pictures revealed also differences between the three groups. In patients with PTSD, we found evidence for a biphasic cortical reaction pattern. In response to aversive pictures, compared to neutral or pleasant pictures, PTSD patients showed elevated activity over right prefrontal brain areas as early as 130 milliseconds after stimulus onset. This initial increased cortical activity was followed by a decrease of the affect-related response in the parieto-occipital cortex starting 200 milliseconds after stimulus onset. Our results support the idea of a very early alarm' response towards aversive stimuli in PTSD, which precedes an attentional disengagement. Thereby, our findings are consistent with the hypothesis of a vigilance-avoidance reaction pattern to threat in anxiety disorders (Mogg et al., 2004).
To examine if the attentional disengagement lasts over time, we analyzed the sustained cortical activity over the entire four seconds of picture presentation. We found reduced cortical activity over occipital areas in response to aversive pictures in both PTSD patients and trauma controls in comparison to unexposed subjects. Our results indicate that the attentional disengagement from threatening cues lasts up to four seconds. PTSD seem to focus on the initiation of a rapid flight reaction rather than concentrating on the attentive evaluation of the threat cue when confronted with potential threats.
Main interest of the study was to examine whether these neuropathological alterations in the emotional processing of aversive stimuli could be changed through psychotherapy. In a randomized controlled treatment trial, 34 PTSD patients were randomly assigned to either a group that was treated with Narrative Exposure Therapy (NET) or a waiting-list group. We found that parietal and occipital activity to threatening pictures, compared to neutral pictures, significantly increased after therapy in the NET group only. Given the relevance of the parietal cortex in episodic memory retrieval, the enhanced parietal activity after therapy might be linked to a voluntary top-down episodic memory search that is trained by NET. Our results indicate that NET causes a re-establishment of cortical top-down regulation of attention towards aversive pictures. The increase of attention allocation to potential threat cues in patients treated with NET might allow exploring and re-appraising the actual danger of the current situation, thereby, reducing PTSD symptoms.
Conclusively, this thesis demonstrates that PTSD is characterized by a very specific pattern of physiological responses towards threatening stimuli that can be changed through psychotherapy: PTSD patients react with an immediate increase in autonomic activation indicating their readiness for a rapid flight/fight response. The cortical processing of threat cues in PTSD is characterized by a biphasic vigilance-avoidance pattern. A rapid increase in cortical activity in prefrontal areas indicates an early alarm or categorization response towards threat. This is followed by a reduced sensory processing of aversive stimuli that lasts up to several seconds after stimulus presentation and might represent a mechanism of attentional disengangement from potential threat. These alterations in the cortical processing can be changed through Narrative Exposure Therapy. After therapy, NET patients are able to reduce cognitive avoidance and increase attention allocation towards threatening pictures. Together with a successful memory search, the increase of attention allows treated patients to evaluate the current situation on the basis of previous experiences. This might be linked to a reduction of PTSD symptoms such as chronic hyperarousal and uncontrollable intrusive memories.
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ADENAUER, Hannah, 2010. Processing of threat cues : psychophysiological correlates of posttraumatic stress disorder and changes through psychotherapy [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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Aktuellen Theorien zufolge stellt die Veränderung in der Verarbeitung aversiver oder trauma-assoziierter Reize ein Hauptmerkmal der PTSD dar (Ehlers et al., 2000).<br />Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung psychophysiologischer Korrelate der Verarbeitung von Bedrohungsreizen bei PTBS. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob sich diese Abweichungen durch Psychotherapie verändern lassen.<br />Die Studienteilnehmer (N=78) gehören zu einer der drei Gruppen: Traumaüberlebende mit und ohne PTBS, oder gesunde Kontrollprobanden mit gleichem ethnischen Hintergrund, aber ohne traumatische Lebensereignisse. Wir verwendeten eine steady-state Präsentationstechnik, bei dem 75 IAPS-Bilder in einer Frequenz von 10 Hz für jeweils 4 s präsentiert wurden. Die kortikale Aktivität wurde mit Magnetenzephalographie (MEG) aufgezeichnet. Drei verschiedene psychophysiologische Parameter wurden erhoben: Herzfrequenz, frühe kortikale Aktivierung im Bereich von Millisekunden und überdauernde kortikale Aktivierung bis zu vier Sekunden nach Stimulusbeginn.<br />Bei der Auswertung der Herzfrequenz zeigten die PTBS-Patienten einen unmittelbaren Anstieg der Herzfrequenz und einem Ausbleiben der Orientierungsreaktion gegenüber bedrohlichen Bildern. Die Ergebnisse weisen auf eine gesteigerte und schnelle Fluchtbereitschaft von PTBS-Patienten hin. Ohne den potenziell bedrohlichen Stimulus zunächst genau zu explorieren, befindet sich das autonome Nervensystem dieser Patienten innerhalb kürzester Zeit in maximaler Alarmbereitschaft.<br />Bei der Auswertung der ersten 300 ms neuronaler Aktivität während der affektiven Bildverarbeitung zeigten Patienten mit PTBS Hinweise auf ein zweiphasisches kortikales Reaktionsmuster. PTBS-Patienten zeigten bereits in den ersten 130 ms, im Vergleich zu neutralen oder angenehmen Bildern, eine erhöhte Aktivierung in rechts präfrontalen Hirnregionen. Dieser Aktivierung folgte in zeitlicher Latenz eine Abnahme der Reaktion in parieto-okzipitalen Arealen. Die Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass bei PTBS-Patienten ein früher Detektionsprozess von Bedrohungsreizen stattfindet, der einer Abwendung der Aufmerksamkeit vorausgeht. Insofern sind unsere Ergebnisse vereinbar mit der Hypothese eines Übererregungs-Vermeidungs-Musters gegenüber Bedrohungsreizen bei Angststörungen (Mogg et al., 2004).<br />Um zu untersuchen, ob die frühe Abwendung der Aufmerksamkeit von Bedrohungsreizen über längere Zeit anhält, analysierten wir zusätzlich die überdauernde kortikale Reaktion auf affektive Reize. PTBS-Patienten als auch bei Traumakontrollen zeigten eine reduzierte kortikale Aktivierung in okzipitalen Regionen bei der Präsentation aversiver Bilder. Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Vermeidung der gezielten Aufmerksamkeitslenkung auf bedrohliche Reize bis zu 4 s bestehen bleibt.<br />Als Schwerpunkt der Arbeit wurde der Frage nachgegangen, inwieweit sich die neuropathologischen Abweichungen in der emotionalen Verarbeitung durch Psychotherapie verändern lassen. In einer randomisierten, kontrollierten Therapiestudie wurden 34 Patienten mit PTBS einer Behandlungsgruppe mit Narrativer Expositionstherapie (NET) bzw. einer Wartelisten-Kontrollgruppe zugeteilt. Die therapierten Patienten zeigten nach 4 Monaten eine signifikante Zunahme der kortikalen Aktivität gegenüber bedrohlichen Reizen in parietalen und okzipitalen Hirnregionen. In Kenntnis der hohen Relevanz parietaler Strukturen beim episodischen Gedächtnisabruf deutet die verstärkte Aktivierung in diesen Arealen auf eine willentlich gesteuerte Gedächtnissuche hin, die durch NET trainiert wurde. Unsere Ergebnisse geben Hinweise darauf, dass Narrative Expositionstherapie die kortikale top-down' Regulierung von Aufmerksamkeitsressourcen gegenüber bedrohlichen Reizen wieder herstellt und einen verbesserten Gedächtnisabruf ermöglicht.<br />Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass PTBS durch ein spezifisches physiologisches Reaktionsmuster gegenüber bedrohlichen Reizen gekennzeichnet ist, das sich durch Narrative Expositionstherapie verändern lässt: PTBS-Patienten reagieren mit einer unmittelbaren Aktivierung des autonomen Nervensystems, was ihre Bereitschaft für eine rasche Flucht/Kampf Reaktion widerspiegelt. Die kortikale Verarbeitung von Bedrohungsreizen zeichnet sich durch ein zweiphasisches Übererregungs-Vermeidungs-Muster aus. Die schnelle Zunahme der kortikalen Aktivität in präfrontalen Arealen weist auf ein frühes Alarmsystem bei potenzieller Bedrohung hin. Diese Reaktion ist gefolgt von einer reduzierten sensorischen Verarbeitung, die bis zu einigen Sekunden anhält. Dies stellt vermutlich eine Vermeidung der detaillierten Exploration potenzieller Bedrohung dar. Diese Abweichungen in der kortikalen Reaktion bei PTBS-Patienten lassen sich durch Narrative Expositionstherapie (NET) verändern. Nach der Therapie sind NET-Patienten in der Lage, kognitive Vermeidungsmechanismen gegenüber Bedrohungsreizen zu reduzieren und damit eine adäquatere Verarbeitung dieser Reize zu ermöglichen. Die Stärkung der willentlichen Gedächtnissuche durch NET ist notwendig, um die aktuelle Situation vor dem Hintergrund früherer Erlebnisse zu bewerten. 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