The main goal of the present PhD project was to investigate the neural commonalities and differences of fear and anxiety responses in the human brain. Anxiety disorders are a group of mental disorders characterized by excessive anxiety (a worry about future events) and fear (a reaction to current events). The neural patterns and underlying mechanisms of transient (fear) and sustained (anxiety) responses are not yet fully understood. Identifying a neural biosignature of fear and anxiety, i.e. identifying their differences and commonalities irrespective of modality of aversive events is an important goal in psychiatric neuroimaging and may have major future implications in precision psychiatry in terms of better diagnostics and predicting treatment outcome. As a prerequisite for investigating these neural representations with neuroimaging, I developed a standardized and fast method for assessing individual stimulus intensity at pain threshold and demonstrated in a behavioral experiment (N = 40) that the new method produced reliable intensity estimates that were stable over time. In a subsequent fMRI study, the main experiment of this thesis, 35 healthy participants underwent an experimental paradigm that consisted of different conditions for evoking fear and anxiety responses. During the experiment, behavioral, psychological (trait and state variables), physiological (heart and respiratory rate) variables as well as brain activity were acquired. Fear- and anxiety related responses were evoked within a fully factorial within-subjects design with predictable and unpredictable stimuli from two sensory modalities (visual, somatosensory), which had negative or neutral valence. While some brain areas showed modality-specific processing, neuroimaging results revealed modality-general activation patterns coding for fear (in brain stem and paracingulate cortex) and anxiety (in middle and superior frontal gyri) hinting at multisensory or abstract processing of threat.

Das Ziel dieses Promotionsvorhabens war es, die neuronalen Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Furcht- und Angstreaktionen im menschlichen Gehirn zu untersuchen. Angststörungen stellen eine Gruppe von mentalen Erkrankungen dar, die durch übermäßige Angst (Besorgnis über zukünftige Ereignisse) und Furcht (eine Reaktion auf gegenwärtige Ereignisse) gekennzeichnet sind. Die neuronalen Muster und zugrundeliegenden Mechanismen von phasischen (Furcht) und anhaltenden (Angst) Reaktionen konnten bisher noch nicht vollständig erklärt werden. Die Identifikation einer neuronalen Biosignatur für Furcht und Angst, insbesondere die Identifikation von Unterschieden und Gemeinsamkeiten unabhängig von der Modalität der aversiven Ereignisse (z.B. aversive somatosensorische im Vergleich zu aversiven Bildern), ist ein wichtiges Ziel von bildgebenden Verfahren in der Psychiatrie, welche zukünftig im Rahmen der „precision psychiatry“ große Auswirkungen hinsichtlich einer Verbesserung von Diagnose und Vorhersage von Behandlungsergebnissen haben kann. Als wesentliche Voraussetzung für die Untersuchung dieser neuralen Repräsentationen habe ich eine standardisierte und effiziente Methode entwickelt, um die individuelle Stimulusintensität an der Schmerzschwelle zu bestimmen, und konnte in einem Verhaltensexperiment (N = 40) zeigen, dass diese neue Methode verlässliche, und zeitlich stabile Messungen erlaubt. In der nachfolgenden fMRT-Studie, dem Hauptexperiment dieser Arbeit, durchliefen 35 gesunde Teilnehmer ein experimentelles Paradigma, welches unterschiedliche Versuchsbedingungen zur Auslösung von Furcht- und Angstreaktionen beinhaltete. Dabei wurden verhaltensbezogene, psychologische (Persönlichkeitsmerkmale und Zustandsgrößen), physiologische (Herz- und Atemfrequenz) Parameter sowie Hirnaktivität erhoben. Furcht- und angstbezogene Reaktionen wurden mit Hilfe eines Zwischensubjektdesigns mittels vorhersagbaren und nicht vorhersagbaren Stimuli mit negativer oder neutraler Valenz auf zwei sensorischen Ebenen (visuell, somatosensorisch) erzeugt. Während einige Gehirnregionen modalitätsspezifische Verarbeitung zeigten, offenbarten andere modalitätsunabhängige Aktivierungsmuster für Furcht (Stammhirn und medialer prefrontalen Cortex) und Angst (frontaler mittlerer und superiorer Gyrus), welche auf eine multisensorische oder abstrakte Verarbeitung von Bedrohungen hinweisen.