Neurotransmittersysteme miteinander interagieren und dadurch kognitive Leistungen sowie flexibles Verhalten ermöglichen (dos Santos Coura & Granon, 2012; Wang et al., 2010).
Durch die Eigenschaft Nikotins die im Gehirn weit verteilten nAChRs zu besetzen, nimmt es neben anderen Einfluss auf neuronale Netzwerke des PFC (De Biasi & Dani, 2011).
Nikotinkonsum kann kurzfristig kognitive Fähigkeiten, wie Aufmerksamkeit und Arbeitsgedächtnis, bei NichtraucherInnen und nicht nikotin-deprivierten RaucherInnen verbessern (Heishman, Kleykamp, & Singleton, 2010). Nikotin weist eine umgekehrt-U-förmige Wirkungsweise auf die Performance auf, sodass Personen mit einer geringen Aktivierung von der Droge profitieren, wohingegen sie bei Personen mit einer hohen nAChR-Aktivierung leistungsmindernd wirkt (Bentley, Driver, & Dolan, 2011). Langjähriges Rauchen allerdings ist mit einem größeren Abbau kognitiver Fähigkeiten und Demenz assoziiert im Vergleich zu Nikotinabstinenz (Anstey, Sanden, Salim, & O’Kearney, 2007; Durazzo et al., 2010). Die kognitiven Einbußen korrelieren positiv mit dem Ausmaß und der Dauer des Zigarettenkonsums (Durazzo et al., 2010). Rauchen hängt mit Veränderungen in
Hirndurchblutung, -morphologie und Neurochemie zusammen, die ursächlich für die
beobachteten Beeinträchtigungen kognitiver Fähigkeiten sein könnten (Durazzo et al., 2010).
Aufgrund der integrativen Funktion des PFC weist er vielfältige Verbindungen zu kortikalen sowie subkortikalen Arealen auf und kann Areale wie das VTA und den NAc sowohl stimulieren als auch hemmen (Carr & Sesack, 2000b; Diekhof & Gruber, 2010; dos Santos Coura & Granon, 2012). Somit kommt dem PFC eine entscheidende Rolle in der Kontrolle von Verhalten zu (Goldstein & Volkow, 2011). Beispielsweise konnten Diekhof and Gruber (2010) zeigen, dass präfrontale Inhibition des VTA und NAc mit Belohnungsaufschub in Verbindung steht. Auf der anderen Seite ist der PFC sensibel für Belohnungserwartungen und kann mit seinen Verbindungen belohnungssuchendes Verhalten initiieren (Kalivas &
Volkow, 2005). Verbindungen, die vom VTA zum präfrontalen Kortex ziehen, sind mit Lern- und Merkprozessen assoziiert (Gawel et al., 2012). Möglicherweise tragen Unterbrechungen in der Kommunikation zwischen dem limbischen System und dem PFC zu dem mit
Drogenabhängigkeit verbundenen Kontrollverlust bei (Goldstein & Volkow, 2011). Wie von
Goldstein and Volkow (2011) dargestellt, ist der PFC insbesondere in exekutive Funktionen involviert, wie die Ausrichtung von Aufmerksamkeit auf relevante Aufgaben und Merkmale.
Abhängige gegenüber gesunden Personen zeigen eine geringere Sensitivität gegenüber nicht-drogenassoziierten Reizen bei gleichzeitiger erhöhter Sensitivität gegenüber
drogenassoziierten Reizen, was sich in der funktionellen Magnetresonanztomographie in erhöhter Aktivierung niederschlägt. Diese Verzerrung der Wahrnehmung kann zudem die Arbeitsgedächtnisleistung beeinträchtigen (Goldstein & Volkow, 2011). Neben der nach außen gerichteten Aufmerksamkeit wird auch die nach innen gerichtete Aufmerksamkeit durch den PFC gesteuert, daher kommt dem PFC eine zentrale Rolle bei der Entstehung von Craving nach einer Droge zu (Kalivas & Volkow, 2005). Goldstein and Volkow (2011) beschreiben zudem die Wichtigkeit des PFC für Motivation. Die Beschaffung und Konsumierung von Drogen ist für Personen mit Abhängigkeiten ein wichtiges Ziel und kann andere Ziele in den Hintergrund drängen. Diese Motivation kann das Treffen von Entscheidungen beeinflussen.
Wie erwähnt, ist eine wichtige Funktion des PFC die Überwachung von Verhalten und die Unterdrückung unerwünschter oder inadäquater Reaktionen (Goldstein & Volkow, 2011). Bei abhängigen Personen ist eine erhöhte Risikobereitschaft und eine verringerte
Inhibitionsfähigkeit festzustellen (Lejuez et al., 2003; Yin et al., 2016; Zhao, Liu, Zan, Jin, &
Maes, 2016). Im Allgemeinen sind sowohl die Reaktionsauswahl als auch die Unterdrückung von Reaktionen bei abhängigen Personen defizitär (Lubman, Yücel, & Pantelis, 2004).
Konditionierung – die Verknüpfung von bislang neutralen Stimuli mit der Droge – trägt zur Aufrechterhaltung von Abhängigkeiten bei (Benowitz, 2008). Wichtig hierfür ist das zeitliche Zusammenfallen von Dopaminausschüttung und neutralem Stimuli (Kalivas
& O'Brien, 2008). Durch die leichte Zugänglichkeit und soziale Akzeptanz von Zigaretten können verschiedenste Reize immer wieder mit dem Rauchen verbunden werden (Benowitz, 2010). Perkins et al. (2001) konnten beispielsweise zeigen, dass Rauchen als weniger
befriedigend und verstärkend wahrgenommen wird, wenn RaucherInnen die Zigarette nicht
riechen und schmecken können. Umgebungs- und Situationsfaktoren (z. B. Aschenbecher, schlechte Stimmung) können starke Cues für Zigarettenkonsum werden und Craving auslösen (Benowitz, 2008). Allein die Antizipation von Belohnung löst neurochemische Prozesse wie DA-Anstieg aus (Volkow, Wang, Fowler, & Tomasi, 2012). Darüber hinaus entwickeln sich Gewohnheiten, sodass bestimmte Reize gut gelernte Handlungsabläufe abrufen (Volkow et al., 2004). Die dokumentierten neurochemischen Veränderungen durch chronischen
Nikotinkonsum sind daher vermutlich auch durch sekundäre Prozesse wie Konditionierung verursacht (Benowitz, 2008; Tzschentke & Schmidt, 2003). In einer Metaanalyse ziehen Bentley et al. (2011) den Schluss, dass cholinerge Agonisten wie Nikotin Bottom-up-
gegenüber Top-down-Prozessen verstärken. Konditionierten Umweltreizen wird eine höhere Salienz zugeschrieben, sodass diese vermutlich bevorzugt verarbeitet würden (Goldstein
& Volkow, 2011).
nAChRs sind entscheidend in kognitive Prozesse involviert, beispielsweise ist
bekannt, dass Aufmerksamkeitsprozesse mit schnellen Anstiegen an Acetylcholin einhergehen (dos Santos Coura & Granon, 2012; Poorthuis et al., 2013). Acetylcholin erhöht vermutlich das neuronale Signal-Rausch-Verhältnis, sodass durch Nikotin, welches nAChRs besetzt, die Informationsverarbeitung beeinträchtigt werden könnte (Poorthuis et al., 2013).
Veränderungen der Sensitivität der nAChRs können demzufolge kognitive Fähigkeiten wie Aufmerksamkeit beeinflussen (Bentley et al., 2011). Wie bereits beschrieben, verändert Nikotin die Wahrnehmung und Verarbeitung von Reizen, sodass nikotin-assoziierte Stimuli bevorzugt verarbeitet werden (Goldstein & Volkow, 2011; Picciotto, 2003). Darüber hinaus spielen nAChRs eine Rolle in Kurzzeit- und Langzeitpotenzierung und damit in der
synaptischen Plastizität (dos Santos Coura & Granon, 2012). Im VTA von Mäusen konnte bereits nachgewiesen werden, dass Nikotin synaptische Langzeitpotenzierung induzieren kann, wohingegen über die Verteilung von nAChRs im PFC und über die synaptischen Auswirkungen Nikotins noch viele Unklarheiten bestehen (dos Santos Coura & Granon,
2012; Mansvelder & McGehee, 2002). In Experimenten mit Gehirnpräparaten des PFC von Mäusen löste akute Nikotingabe in bestimmten Kortexschichten Langzeitdepression aus (Couey et al., 2007). Erkenntnisse über synaptische Veränderungen durch chronischen Nikotinkonsum stehen noch aus. Erwiesen ist jedoch, dass Nikotin die cholinerge Kontrolle über neuronale Aktivität unterminiert und in kognitive Prozesse eingreift (Poorthuis et al., 2013). Der Abbau kognitiver Fähigkeiten mit steigendem Alter und neuronales Rauschen wird unter anderem mit einer Reduktion des präfrontalen GABA-Niveaus in Verbindung gebracht (Fujiwara et al., 2011; Gao et al., 2013). Durch die Hemmung aufgaben-irrelevanter Aktivität trägt GABA entscheidend zu der Optimierung kognitiver Prozesse bei.
Nikotin beeinflusst unter anderem neuronale Netzwerke, die in Impuls- und Verhaltenskontrolle, Risikoverhalten, Entscheidungsprozesse, Motivation und
Abhängigkeitsaufrechterhaltung involviert sind (dos Santos Coura & Granon, 2012; Kalivas
& O'Brien, 2008; Lejuez et al., 2003; Volkow et al., 2004; Volkow et al., 2012). Impulsivität trägt zu risikoreichen Verhaltensweisen bei, wie ungeschützten Sexualverkehr, rücksichtsloses Fahrverhalten oder Drogenkonsum (Cyders & Smith, 2008; Hatfield, Williamson, Kehoe, &
Prabhakharan, 2017). Impulsivität wurde von Moeller, Barratt, Dougherty, Schmitz, und Swann (2001) definiert als die Prädisposition zu raschen, unüberlegten Reaktionen auf internale oder externale Stimuli ohne Beachtung möglicher negativer Konsequenzen für sich oder andere. Impulsivität ist mit psychischen Erkrankungen wie Substanzabusus assoziiert, sodass substanzabhängige Personen höhere Impulsivitätswerte in Selbstbericht- und
behavioralen Verfahren aufweisen (Moeller et al., 2001; Schulte et al., 2017b). Erhöhte Impulsivitätswerte und eine Verringerung in der Entscheidungsqualität werden auch bei RaucherInnen berichtet (Durazzo et al., 2016; Ohmura, Takahashi, & Kitamura, 2005;
Weinstein, Marcus, & Moser, 2005). Impulsivität ist negativ mit der GABA-Konzentration im dorsolateralen präfrontalen Kortex bei Männern und im anterioren cingulären Kortex bei Jugendlichen korreliert (Boy et al., 2011; Silveri et al., 2013). Der gleiche negative
Zusammenhang zwischen der GABA-Konzentration und Impulsivität konnte bei Ratten im anterioren cingulären Kortex gefunden werden (Jupp et al., 2013).
Kontrollverlust ist eines der Kernkriterien von Abhängigkeiten (Pistillo et al., 2015).
Für Nikotinkonsum ist zudem die Ausbildung von Rauchgewohnheiten charakteristisch (Benowitz, 2010). Subkortikale Strukturen wie die Basalganglien spielen eine wichtige Rolle in der Ausführung von Verhalten und Konditionierung (Chambers, Garavan, & Bellgrove, 2009; Volkow et al., 2012). Über Top-down-Kontrolle kann der PFC diese Strukturen
regulieren (Tzschentke & Schmidt, 2003; Volkow et al., 2012). Mittlerweile ist ein neuronales Netzwerk aus präfrontalen und subkortikalen Arealen ausfindig gemacht worden, welches Handlungen plant und ausführt sowie unterdrückt bzw. unterbricht (Aron, Robbins, &
Poldrack, 2004). Eine wichtige Rolle in diesem Netzwerk spielt der IFG, welcher während der Inhibition von Handlungsimpulsen aktiv ist, möglicherweise moderiert durch GABAerge Aktivität (Boy et al., 2011; Chambers et al., 2009). Verbruggen, Aron, Stevens, und Chambers (2010) konnten zeigen, dass der IFG wichtig für die Aktualisierung von Handlungszielen ist, etwa bei der Unterdrückung von Handlungsimpulsen in einer Stopp-Signal-Aufgabe. Der IFG ist mit seiner Fähigkeit momentane Handlungen zu stoppen an dem Wechseln zwischen Aufgaben beteiligt (Aron et al., 2004). In Bezug auf Rauchen bedeutet dies, dass der IFG ein wichtiges Areal ist, um die habituellen Bewegungen des Rauchens zu unterdrücken oder sich von Craving abzulenken (Berkman, Falk, & Lieberman, 2011; Hartwell et al., 2011). Diesen Schluss stützt beispielsweise eine Studie von Berkman et al. (2011), in welcher die Stärke der Aktivierung während einer Stopp-Signal-Aufgabe in Arealen wie dem IFG ein Prädiktor für den Erfolg bei der Reduktion des Rauchens war. Dieses Ergebnis bekräftigt zudem die Theorie, dass dem Kontrollverlust bei Abhängigkeiten die ineffektive Kontrolle des PFCs über subkortikaler Areale zugrunde liegt (Volkow et al., 2012). Inhibitorische Kontrolle wird häufig mit Hilfe von Go/No-Go-Aufgaben wie dem Stop-Signal Task gemessen (Cross, Copping, & Campbell, 2011; Mitchell, 2004). Aufgaben dieser Art bestehen einerseits aus
Go-Trials, die als simple dichotome Reaktionszeitaufgaben konzipiert sind, andererseits aus No-Go-Trials, in denen durch ein Signal angzeigt wird, dass die Reaktion auf den Stimulus unterdrückt werden soll (Verbruggen, Logan, & Stevens, 2008). Die Stopp-Signal
Reaktionszeit (SSRT) ist ein Index von Stopp-Signal-Aufgaben, der angibt, wie lange eine Person braucht, um eine motorische Handlung zu unterdrücken (Verbruggen et al., 2008). Die SSRT ist negativ mit der Aktivierung in Regionen wie dem IFG bei erfolgreicher Inhibition korreliert (Galván, Poldrack, Baker, McGlennen, & London, 2011). Läsionsstudien zeigen, je stärker der rechte IFG geschädigt ist, desto länger wird die SSRT und die Zeit zwischen Aufgaben zu wechseln (Aron et al., 2004). RaucherInnen weisen Defizite in der motorischen Inhibition auf, was mit der Aufrechterhaltung des Rauchens in Verbindung stehen könnte (Bentley et al., 2011; Luijten, Littel, & Franken, 2011; Yin et al., 2016; Zhao et al., 2016). So korrelierte in einer Studie von Billieux et al. (2010) die SSRT positiv mit den Werten des Fagerström Test für Nikotinabhängigkeit, welcher ein Indikator für das Ausmaß an Nikotinabhängigkeit ist. Abnormitäten in den Inhibitionsschleifen sind vermutlich ein aufrechterhaltender Faktor der Nikotinabhängigkeit, da schädliche Verhaltensweisen und Craving nicht unterdrückt werden können (Lubman et al., 2004; Yin et al., 2016).
Bisher ist nicht klar, ob die Unterschiede, die zwischen RaucherInnen und NichtraucherInnen in Merkmalen wie Impulsivität oder auf neurochemischer Ebene
festzustellen sind, Vulnerabilitätsfaktoren für eine Nikotinabhängigkeit darstellen oder durch den Nikotinkonsum verursacht werden (Mitchell, 2004; Volkow et al., 2004).
Wie von Pistillo et al. (2015) dargestellt, verursacht chronischer Nikotinkonsum langanhaltende neuronale und zelluläre Veränderungen. Diese Tatsache wird besonders deutlich an Studien mit Jungtieren, in welchen die Auswirkungen von Nikotin auf die Gehirnentwicklung untersucht werden kann. Namentlich der PFC ist durch seine lange Reifungsdauer davon betroffen und es kann durch Nikotinkonsum zu kognitiven Einbußen
kommen, beispielsweise können Aufmerksamkeitsprozesse oder Impulskontrolle
beeinträchtigt werden (Pistillo et al., 2015; Poorthuis et al., 2013). Auch bei Menschen weisen RaucherInnen im Vergleich zu NichtraucherInnen im Allgemeinen Defizite in kognitiven Fähigkeiten auf bei gleichzeitigen Abnormitäten in limbischen Bereichen, was als ein Ungleichgewicht zwischen kognitiver Kontrolle und triebhaften Verhaltensweisen gedeutet werden kann (Li et al., 2015).
Der hohe Automatisierungsgrad von Drogenkonsumierung bei gleichzeitiger Minderung kognitiver Monitoring- und Kontrollmöglichkeiten macht es für Betroffene äußerst schwierig, der Abhängigkeit effektiv selbst zu begegnen (Goldstein & Volkow, 2011).
Eine in der Literatur diskutierte Erklärung hierfür ist, dass aufgrund von Dysfunktionen inhibitorischer Schleifen eine adäquate Regulation des Belohnungs- und Motivationssystems und letztendlich des Verhaltens in schwer abhängigen Personen nicht mehr möglich ist, obwohl sich die Betroffenen über die Schädlichkeit ihres Verhaltens bewusst sind (Goldstein
& Volkow, 2011; Lubman et al., 2004). Zusammenfassend wird eine Abhängigkeit immer zugleich durch die pharmakologische Wirkung der Droge, der Vermeidung von
Entzugssymptomen und anderweitigen indirekten Faktoren wie Genetik und Umwelteinflüsse aufrechterhalten (Benowitz, 2010).
Raucherentwöhnung geht mit schlechteren kognitiven Leistungen und dysfunktionalen Belohnungs- und Motivationsprozessen einher (Jasinska et al., 2014). Die Sensitivierung gegenüber drogen-assoziierten Reizen ist langanhaltend und ihre Stärke beeinflusst die Rückfallwahrscheinlichkeit (Tzschentke & Schmidt, 2003). Diese unbewusste
Aufmerksamkeitsausrichtung auf die Droge erschwert es abhängigen Personen, abstinent zu bleiben (Janes et al., 2013). Ferner können Persönlichkeitsmerkmale den Erfolg bei der Entwöhnung beeinflussen. VanderVeen, Cohen, Cukrowicz, und Trotter (2008) zeigten in einer Studie, dass stärker ausgeprägte Impulsivität bei RaucherInnen das Risiko von
Rückfällen während der Entwöhnung erhöht. Die Gründe für dieses Ergebnis lagen insbesondere in der stärkeren Neigung zu negativem Affekt sowie stärkerem Craving bei impulsiveren Personen. Die höheren Cravingwerte gegenüber wenig impulsiven Personen werden von den Autoren als mangelnde Fähigkeit sich abzulenken gedeutet (VanderVeen et al., 2008). In Anbetracht dieser Ergebnisse sollte bei der Entwicklung von Medikamenten zur Unterstützung der Entwöhnung angestrebt werden, die beeinträchtigenden kognitiven
Auswirkungen des Nikotinentzugs abzumildern und die kognitive Kontrolle über Verhalten zu stärken (Benowitz, 2010; Volkow et al., 2004).