Forscher haben ein neues Verständnis darüber gewonnen, wie das Gehirn Belohnungs- und Risikoinformationen verarbeitet. Eine Studie der Neurowissenschaftler Raymundo Báez-Mendoza vom Deutschen Primatenzentrum (DPZ) – Leibniz-Institut für Primatenforschung in Göttingen und Fabian Grabenhorst von der Universität Oxford zeigt, wie Nervenzellen in der sogenannten Amygdala nicht nur auf die Wahrscheinlichkeit und Größe von Belohnungen reagieren, sondern diese Informationen auch dynamisch verarbeiten, um den Wert und das Risiko vorherzusagen. Die Erkenntnisse liefern neue Einblicke wie unser Gehirn Entscheidungen trifft und könnten auch für das Verständnis von psychischen Erkrankungen wie Angststörungen und Depressionen von Bedeutung sein (Nature Communications).
„Die Amygdala ist ein wichtiges Zentrum für Emotionen und Entscheidungsfindung“, sagt Raymundo Báez-Mendoza, Leiter der Nachwuchsgruppe Soziale Neurobiologie am Deutschen Primatenzentrum. „Wir wollten herausfinden, wie einzelne Neuronen im Primatengehirn Informationen über die Wahrscheinlichkeit und die Größe einer Belohnung anhand von visuellen Hinweisen extrahieren und wie sie diese Attribute in Risikobewertungen übersetzen, die schlussendlich die Basis für Handlungsentscheidungen sind.“
Fabian Grabenhorst, Professor für Experimentelle Psychologie an der Universität Oxford, ergänzt: „Wahrscheinlichkeit und Risiko bestimmen unser Leben. Überlegen Sie, wie wahrscheinlich es ist, dass Ihnen heute etwas Gutes widerfährt, dass Ihnen jemand Süßigkeiten oder eine Beförderung anbietet. Wir nahmen an, dass die Amygdala-Zellen Wahrscheinlichkeit und Risiko verarbeiten, um unsere Emotionen und unser soziales Verhalten zu steuern, Funktionen, von denen wir wissen, dass die Amygdala darauf spezialisiert ist.“
Studie mit Rhesusaffen
Um diese Erkenntnisse zu gewinnen, wurden zwei Rhesusaffen in einer experimentellen Umgebung trainiert, die es den Forschern ermöglichte, die neuronale Aktivität während eines Entscheidungsprozesses zu messen. Die Affen lernten vor einem Bildschirm zu sitzen und visuelle Hinweise zu betrachten, die ihnen Informationen über die Wahrscheinlichkeit und Größe der damit verbundenen Belohnungen vermittelten, die sie in Form von Fruchtsaft aus einem Röhrchen erhielten. Während die Affen die visuellen Reize betrachteten und verarbeiteten, zeichneten die Forscher die Aktivität einzelner Neuronen in der Amygdala mit haarfeinen Mikroelektroden auf.
Zusätzlich führten die Affen Verhaltensaufgaben durch, bei denen sie zwischen zwei Belohnungsoptionen wählen konnten, die ihnen auf dem Bildschirm präsentiert wurden: einer „sicheren“ Option mit einer festen Belohnungswahrscheinlichkeit und einer „riskanten“ Option mit einer variablen Wahrscheinlichkeit. Bei dieser Aufgabe mussten die Tiere durch Berühren des Bildschirms entscheiden, ob sie das sichere oder das riskante Angebot bevorzugten. So konnten die Forscher bestätigen, dass die Tiere die gelieferten Informationen nutzen konnten, um Belohnungen zu maximieren.
Wie das Gehirn Wahrscheinlichkeiten verarbeitet
Die Wissenschaftler beobachteten, dass viele Gehirnzellen in der Amygdala die Wahrscheinlichkeit einer Belohnung in einer abstrakten, von den visuellen Reizen unabhängigen Weise darstellen. Das bedeutet, dass die Zellen die Wahrscheinlichkeit unabhängig davon erkennen, ob sie beispielsweise durch Bilder oder andere visuelle Signale dargestellt wird. Einige Zellen spezialisieren sich dabei auf die reine Wahrscheinlichkeit, während andere auch flexibel die Größe der Belohnung berücksichtigen.
Dynamische Bewertung von Belohnungen
Außerdem konnten die Forscher zeigen, dass viele Gehirnzellen in der Amygdala Informationen über Wahrscheinlichkeit und Größe von Belohnungen nacheinander verarbeiten. Diese Zellen reagieren zunächst auf die Wahrscheinlichkeit und dann auf die Größe der Belohnung. Diese dynamische Verarbeitung ermöglicht es dem Gehirn, verschiedene Aspekte einer Belohnung flexibel zu bewerten und in eine Gesamtbewertung zu integrieren.
Risikobewertung im Gehirn
Die Studie zeigte auch, dass einige Gehirnzellen in der Amygdala das Risiko einer Belohnung bewerten können. Das Risiko wird dabei als die Unsicherheit über die Größe der Belohnung definiert. Die Zellen integrieren Informationen über Wahrscheinlichkeit und Größe dynamisch, um das Risiko vorherzusagen. Diese Fähigkeit zur Risikobewertung ist wichtig für Entscheidungen in unsicheren Situationen.
„Unsere Studie dokumentiert, dass Neuronen in der Amygdala nicht nur Wahrscheinlichkeit und Größe von Belohnungen verarbeiten, sondern auch die Unsicherheit, die mit den Belohnungen verbunden ist“, erklärt Raymundo Báez-Mendoza. „Dies ist ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, wie das Gehirn komplexe ökonomische Entscheidungen trifft, bei denen sowohl der Wert einer Belohnung als auch das damit verbundene Risiko berücksichtigt werden müssen.“
„Die Wahrscheinlichkeits- und Risikozellen in der Amygdala helfen uns also, zu entscheiden, ob es sich lohnt, ein zwar hochwertiges, aber eher unwahrscheinliches Ziel weiter zu verfolgen oder ob wir uns für ein niedrigwertiges aber sicheres Ziel entscheiden“, resümiert Grabenhorst.
Bedeutung für die psychische Gesundheit
Die Ergebnisse der Studie könnten langfristig auch für das Verständnis von psychischen Erkrankungen wie Depressionen und Angstzuständen von Bedeutung sein. „Die Amygdala spielt eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von Emotionen und der Bewertung von Belohnungen. Eine Fehlfunktion in diesem Bereich könnte zu einer verzerrten Wahrnehmung von Belohnungen und Risiken führen, was wiederum zu psychischen Problemen beitragen könnte“, sagt Raymundo Báez-Mendoza.