Open Access

Ruth Schmitt

• In human neuroscientific research, there has been an increasing interest in how the brain computes the value of an anticipated outcome. However, evidence is still missing about which valuation related brain regions are modulated by the proximity to an expected goal and the previously invested effort to reach a goal. The aim of this dissertation is to investigate the effects of goal proximity and invested effort on valuation related regions in the human brain. We addressed this question in two fMRI studies by integrating a commonly used reward anticipation task in differential versions of a Multitrial Reward Schedule Paradigm. In both experiments, subjects had to perform consecutive reward anticipation tasks under two different reward contingencies: in the delayed condition, participants received a monetary reward only after successful completion of multiple consecutive trials. In the immediate condition, money was earned after every successful trial. In the first study, we could demonstrate that the rostral cingulate zone of the posterior medial frontal cortex signals action value contingent to goal proximity, thereby replicating neurophysiological findings about goal proximity signals in a homologous region in non-human primates. The findings of the second study imply that brain regions associated with general cognitive control processes are modulated by previous effort investment. Furthermore, we found the posterior lateral prefrontal cortex and the orbitofrontal cortex to be involved in coding for the effort-based context of a situation. In sum, these results extend the role of the human rostral cingulate zone in outcome evaluation to the continuous updating of action values over a course of action steps based on the proximity to the expected reward. Furthermore, we tentatively suggest that previous effort investment invokes processes under the control of the executive system, and that posterior lateral prefrontal cortex and the orbitofrontal cortex are involved in an effort-based context representation that can be used for outcome evaluation that is dependent on the characteristics of the current situation.
• Derzeit besteht im Bereich der Neurowissenschaften ein großes Interesse daran aufzuklären, auf welche Weise verschiedene Variablen die Wertigkeit eines erwarteten Handlungsziels beeinflussen bzw. welche Hirnregionen an der Repräsentation der Wertigkeit eines Handlungsziels beteiligt sind. Die meisten Untersuchungen beziehen sich dabei auf Einflussgrößen wie die erwartete Belohnungshöhe, die Wahrscheinlichkeit, mit der ein bestimmtes Ereignis eintritt, oder die Dauer bis zum Erhalt einer Belohnung. Bisher liegen jedoch kaum Untersuchungen vor bezüglich zweier anderer Variablen, die ebenfalls den erwarteten Wert eines Handlungsergebnisses beeinflussen. Das sind (a) die Nähe zu dem erwarteten Ziel und (b) die bisher investierte Anstrengung, um ein Ziel zu erreichen. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist zu untersuchen, wie die Nähe zum Ziel und die bisher investierte Anstrengung Gehirnregionen beeinflussen, die mit der Repräsentation von Wertigkeit im Zusammenhang stehen. Dazu führten wir zwei fMRT-Studien durch, in denen wir eine klassische Belohnungs-Antizipationsaufgabe in unterschiedliche Versionen eines „Multitrial Reward Schedule“ Paradigmas integriert haben. Das bedeutet, dass die Probanden Belohnungs-Antizipationsaufgaben unter zwei unterschiedlichen Belohnungskontingenzen bearbeiteten: In der verzögerten Bedingung erhielten die Probanden einen Geldbetrag nach der erfolgreichen Bearbeitung von mehreren aufeinanderfolgenden Aufgaben, in der direkten Bedingung dagegen nach jeder korrekt ausgeführten Aufgabe. In der ersten Studie konnte eine sukzessiv ansteigende Aktivität in Abhängigkeit zur Zielnähe in der rostralen cingulären Zone identifiziert werden. Das deutet darauf hin, dass dieses Areal den Wert einer Handlung in Abhängigkeit zur Nähe zum Ziel kodiert. Die Ergebnisse der zweiten Studie zeigten, dass die bisher investierte Anstrengung kortikale Regionen moduliert, die klassischerweise mit kognitiven Kontrollfunktionen in Zusammenhang gebracht werden. Außerdem repräsentierten der posteriore laterale präfrontale Cortex und der orbitofrontale Cortex den motivationalen Kontext eines Trials anhand des Risikos des Verlustes von bisher investierter Anstrengung. Insgesamt weisen diese Befunde darauf hin, dass die rostrale cinguläre Zone eine entscheidende Rolle spielt für die Kontrolle sequenzieller Handlungsstufen, die auf eine verzögerte Belohnung ausgerichtet sind. Diese Kontrollfunktion scheint auf der kontinuierlichen Aktualisierung des Wertes einer Handlungsstufe zu basieren, der von der aktuellen Zielnähe bestimmt wird. Die Befunde der zweiten Studie lassen darauf schließen, dass sich die bisher investierte Anstrengung zur Erreichung eines Handlungsziels auf die Bereitstellung von allgemeinen kognitiven Ressourcen auswirkt. Das Risiko des Verlustes von bisher investierter Anstrengung kann außerdem ein kontextuelles Merkmal der Situation darstellen, das als Bezugsrahmen für die Evaluation des erwarteten Wertes dienen kann.