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Ziel der vorliegenden Studie war es, mittels eines weiter entwickelten CPT-Tests (CPT-OX-Paradigma) gewonnener hirnelektrischer Korrelate, die klinische Wirksamkeit von Methylphenidat (MPH) bei Kindern mit Aufmerksamkeitsdefizit-/ Hyperaktivitätsstörung (ADHS) im Kontrollgruppenvergleich experimentell nachzuweisen. 1) Vorgegeben wurden Aufgaben zur Anregung von „Aufmerksamkeit“ und zur „Hemmungskontrolle“ bzw. „Impulsivitätskontrolle“ mittels einer weiter entwickelten Form des Continous- performance- Tests (CPT- OX). Die Kinder mit ADHS wurden unter den entsprechend definierten experimentellen Bedingungen mit und ohne Medikation von je 10 mg MPH untersucht und die evozierten Potentiale mit jenen der Gruppe alters- und geschlechtsgleicher Kontrollkinder verglichen. Als abhängige Variable wurden 21Kanal-ERPs von 17 Jungen mit ADHS, - mit und ohne Methylphenidatmedikation -, sowie von 20 gesunden Kontrollkindern mittels referenzunabhängiger Methoden analysiert. Vier quasi stabile Mikrozustände, welche den Zeitabschnitten der konventionellen ERP-Komponenten P 100, P 200, P 3a und P 3b entsprechen, konnten dabei mittels einer datengetriebenen Segmentierung abgegrenzt werden. Anschließend wurden die P 3a-Amplituden der Kinder mit ADHS – jeweils ohne und mit MPH-Medikation – mit den P 3a-Amplituden der gesunden Kontrollkinder verglichen. Die hypothesengeleitete experimentelle Studie kam zu folgenden wesentlichen Ergebnissen: Im Gruppenvergleich ohne Medikation waren die Amplituden im P 3a-Intervall (257-406 ms post stimulus) sowohl in der Hinweisreiz- als auch in der Hemmreizbedingung, also bei Aufmerksamkeitsanforderung wie auch bei Anforderung zur Impulsivitätskontrolle, bei den nicht medizierten hyperkinetischen Kindern jeweils signifikant niedriger als bei den gesunden Kontrollkindern. 2) Im Gruppenvergleich ergab sich ein signifikanter Medikationseffekt. Die Amplituden im Zeitbereich 3 (P 300) bei den mit Methylphenidat medizierten Kindern mit Aufmerksamkeitsdefizit-/ Hyperaktivitätsstörung unterschieden sich nicht mehr signifikant von den entsprechenden P 3a-Amplituden der gesunden Kontrollkinder. Durch Stimulantienmedikation ließ sich somit eine Normalisierung des hirnelektrischen Korrelats von Aufmerksamkeit und Impulsivitätskontrolle erreichen. Die Interpretation der Ergebnisse führt zu dem Schluss, dass Methylphenidat einen normalisierenden Effekt auf die frühe, hirnelektrisch messbare Reizverarbeitung bei der visuellen Orientierung (Aufmerksamkeit) und Stimuluserkennung (Bewertung von Reizunterschieden) aufweist. Mit dem CPT-OX-Paradigma lassen sich damit zuverlässig elektrophysiologische Korrelate der hirnelektrischen Wirksamkeit von Methylphenidat, in verschiedenen Reizbedingungen, messen.
Elektrophysiologische Cue-Reaktivität und Aufmerksamkeitsverzerrung bei alkoholabhängigen Patienten
(2005)
In vorhergehenden Untersuchungen wurden in den ereigniskorrelierten Potentialen alkoholabhängiger Patienten höhere Amplituden auf suchtspezifische gegenüber neutralen Reizen beschrieben, die sich bei Kontrollpersonen nicht in diesem Maße nachweisen ließen. Diese Amplitudeneffekte waren besonders im Bereich um 300 ms nach Auftreten des Stimulus zu finden. Hierbei könnte es sich um eine spezifische Cue-Reaktivität handeln. Die Amplitudenerhöhung könnte jedoch auch dadurch erklärt werden, dass die Patienten ihre Aufmerksamkeit verstärkt alkoholbezogenen Stimuli zuwenden. Um diese Effekte aufzuklären, wurden in der vorliegenden Arbeit in einem dot-probe Paradigma bei alkoholabhängigen Patienten und gesunden Kontrollpersonen die Reaktionszeiten auf alkoholbezogene und emotionale Bilder und Wörter gemessen. Mit Hilfe einer simultanen EEG-Aufnahme wurden die ereigniskorrelierten Potentiale auf die Stimuli abgeleitet. Ziel dieser Untersuchung war es, die beschriebene Amplitudenerhöhung zu replizieren, und zu prüfen, ob die Patienten ihre Aufmerksamkeit auf die alkoholbezogenen Stimuli lenken. Es wurden je 17 männliche Patienten und Kontrollen untersucht. Die Patienten befanden sich im Rahmen einer qualifizierten Entzugsbehandlung auf der Suchtstation der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie und waren zum Zeitpunkt der Untersuchung bereits körperlich entgiftet. Als Stimulusmaterial wurden Bilder und Wörter mit alkoholspezifischem und emotional positivem, negativem und neutralem Inhalt verwendet. Die Stimuli wurden einzeln auf wechselnden Seiten eines Bildschirms präsentiert. Nach dem Ausblenden des jeweiligen Stimulus erschien auf einer der beiden Bildschirmhälften ein imperativer Stimulus in Form eines Plus-Zeichens, der mit einem Tastendruck beantwortet werden musste. Konnte der imperative Reiz, der auf derselben Bildschirmhälfte erschien, wie zuvor das Bild oder das Wort, schneller beantwortet werden, als ein Reiz in entgegengesetzter Lokalisation, spricht dies dafür, dass zuvor die Aufmerksamkeit stark von dem Bild angezogen wurde. Wurde ein imperativer Reiz auf der entgegengesetzten Bildschirmhälfte schneller mit einem Tastendruck bearbeitet, war die Aufmerksamkeit zuvor entweder nicht so stark von dem Stimulus angezogen, oder von ihm abgewendet worden. Die erwartete Amplitudenerhöhung auf alkoholspezifische Stimuli in den EKPs der Patienten im Bereich von 300 ms nach Stimuluspräsentation konnte nicht bestätigt werden. Im Gegenteil zeigten die Kontrollpersonen verglichen mit den Patienten bei dem Peak P1 (an der Elektrode Pz 160-340 ms) stärker positive Amplituden auf alkoholbezogene gegenüber neutralen Bildern. Effekte in den Latenzen der Amplituden bestanden bei dem negativen Peak zwischen 204 und 320 ms. Die Patienten reagierten auf alkoholbezogene Wörter mit kürzeren Latenzen als auf neutrale Stimuli. Die Kontrollpersonen wiesen längere Latenzen auf. In den Reaktionszeiten auf die imperativen Stimuli war keine signifikante Interaktion zwischen Gruppe, Stimulus und Kongruenz vorhanden, so dass die vermutete Aufmerksamkeitslenkung der Patienten auf alkholbezogene Stimuli nicht bestätigt werden konnte. Dies könnte aber auch in methodischen Ursachen begründet sein, wie in einem zu großen visuellen Winkel. Die Ergebnisse der ereigniskorrelierten Potentiale könnten damit erklärt werden, dass die Patienten sich im Gegensatz zu den Kontrollen von den alkoholbezogenen Stimuli abwendeten. Auch könnte es sein, dass die Patienten sich zu Beginn keinem der Stimuli im Besonderen zuwendeten. Möglicherweise weisen nicht alle abhängigen Patienten eine Cue-Reaktivität auf. Die künstliche Untersuchungssituation könnte Reaktionen verdeckt haben, die in natürlicher Umgebung vorhanden sind.
Hintergrund: Ausgangspunkt für diese Arbeit sind korrelative Befunde, die das Bestehen eines Zusammenhangs zwischen einer negativen Emotionalität und der Verschlimmerung einer Schmerzproblematik nahe legen. Die motivationale Priming-Hypothese von Lang bietet einen theoretischen Rahmen zur Erklärung der Wirkung von Emotionen auf die Schmerzwahrnehmung. Allerdings wurden die Vorhersagen dieser Theorie bisher hauptsächlich für den Schreckreflex untersucht und müssen für die Schmerzreizverarbeitung noch validiert werden. Bis heute ist es außerdem eine offene Frage, welche Rolle Aufmerksamkeitsprozesse bei der affektiven Schmerzmodulation spielen. Experiment 1. Fragestellung war, ob die motivationale Priming-Hypothese auch für die Wahrnehmung und Verarbeitung von Schmerzreizen gültig ist. Methode: 30 Probanden erhielten schmerzhafte und nicht schmerzhafte elektrische Reize, während sie positive, neutrale und negative Bilder betrachteten. Zur Erfassung der Schmerzwahrnehmung wurden Schmerzintensitätsratings erhoben und zur Messung der kortikalen Schmerzreizverarbeitung wurden somatosensorisch evozierte Potentiale (SEPs) aufgezeichnet. Ergebnisse: Die Valenz der Bilder beeinflusst die Intensitätsratings und die N150 Amplituden mit höheren Ratings und N150 Amplituden bei negativen als bei positiven Bildern. Dagegen wurde die Amplitude der P260 durch das Arousal der Bilder moduliert mit höheren Amplituden bei neutralen als bei erregenden Hintergrundbildern. Interpretation: Die Vorhersagen der motivationalen Priming-Hypothese scheinen auch für die Verarbeitung und Wahrnehmung von Schmerzreizen valide zu sein. Während die Modulation der N150 Amplitude eine affektive Schmerzmodulation zu reflektieren scheint, ist die Arousalmodulation der P260 vermutlich auf schmerzunspezifische Aufmerksamkeitsprozesse zurückzuführen. Experiment 2. Fragestellung war, ob die affektive Schmerzmodulation von Aufmerksamkeitsprozessen unabhängig ist und ob unterschiedliche neuronale Mechanismen der aufmerksamkeitsbasierten und der affektiven Schmerzmodulation zugrunde liegen. Methoden: 30 Probanden sahen positive, neutrale und negative Bilder, während sie schmerzhafte und nicht schmerzhafte elektrische Reize erhielten. Zur Aufmerksamkeitsmanipulation wurden die Probanden vor jeder Bildpräsentation instruiert, sich auf die Bilder, auf die Intensität oder auf die Unangenehmheit des elektrischen Reizes zu konzentrieren. Zur Schmerzevaluation wurden affektive und sensorische Schmerzratings und SEPs erhoben. Die neuronalen Quellen der N150 und P260 Komponenten wurden mit Hilfe einer LORETA-Analyse bestimmt. Ergebnisse: Die Aufmerksamkeitsmanipulation beeinflusste die sensorischen Schmerzratings: Die Ratings waren am höchsten, wenn die Aufmerksamkeit auf die Reizintensität gerichtet war. Die Affektinduktion wirkte sich hauptsächlich auf die affektiven Schmerzratings aus mit höheren Ratings bei negativen als bei positiven Bildern. N150 Amplituden wurden durch die Valenz der affektiven Bilder moduliert mit höheren Amplituden bei negativen als bei positiven Bildern. Die Aufmerksamkeitsmanipulation hatte keinen Effekt auf die N150 Amplituden. P260 Amplituden wurden durch das Arousal der Bilder moduliert mit höheren Amplituden bei neutralen als bei erregenden Bildern. Außerdem waren die P260 Amplituden am höchsten bei einem Aufmerksamkeitsfokus auf die Reizintensität. Die LORETA-Analyse erbrachte für die N150 bei schmerzhaften im Vergleich zu nicht schmerzhaften Reizen eine maximale Aktivierung im ACC und im Präcuneus und für die P260 im superioren und medialen frontalen Gyrus und im ACC. Diskussion: Beide Experimente unterstützen die motivationale Priming-Hypothese für die Wahrnehmung und Verarbeitung von Schmerzreizen. Dies zeigt sich in einer affektiven Modulation der sensorischen und affektiven Schmerzratings und der N150 Amplituden. Die Befunde des zweiten Experiments deuten außerdem darauf hin, dass die Wirkungen von Emotionen und Aufmerksamkeit auf die Schmerzwahrnehmung weitestgehend unabhängig voneinander sind: Aufmerksamkeitsmanipulationen wirken sich nur auf die sensorische Schmerzkomponente aus und Affektmanipulationen modulieren hauptsächlich die affektive Schmerzkomponente. Der affektiven und der aufmerksamkeitsbasierten Schmerzmodulation scheinen unterschiedliche neuronale Mechanismen zugrunde zu liegen: Die LORETA-Analyse erbrachte verschiedene neuronale Generatoren für die N150 und die P260 und die Wirkung von Aufmerksamkeit und Emotion dissoziiert für diese beiden Komponenten: die Modulation der N150 reflektiert eine affektive Schmerzmodulation und die Modulation der P260 reflektiert Aufmerksamkeitsprozesse.
In der vorliegenden Studie wurde eine modifizierte Version des Eriksen Flanker Task verwendet, um ereigniskorrelierte Potentiale (ERPs) aufzuzeichnen und zu beurteilen, ob diese nach Richtigantworten, Falschantworten sowie Richtigantworten mit negativem Feedback ("PC-Fehlern") auftreten. Die bisher beschriebenen Fehlerpotentiale, d.h. die error-related negativity (negativer Peak nach Falschantworten) sowie die error positivity (positiver Peak nach Falschantworten), waren grundsätzlich nach Falschantworten zu beobachten, aber traten nur teilweise nach Richtigantworten mit negativem Feedback auf. Zudem trat eine späte Positivierung ausschließlich im letzteren Fall auf, welche eine bewußte Verarbeitung der unerwarteten Ereignisse widerspiegeln könnte. Diese Ergebnisse widersprechen der Vorstellung, dass die ERN/Ne die Aktivität eines generellen Fehlererkennungssystems des menschlichen Gehirns repräsentiert.
Dyslexia affects 5-10% of school-aged children and is therefore one of the most common learning disorders. Research on auditory event related potentials (AERP), particularly the mismatch negativity (MMN) component, has revealed anomalies in individuals with dyslexia to speech stimuli. Furthermore, candidate genes for this disorder were found through molecular genetic studies. A current challenge for dyslexia research is to understand the interaction between molecular genetics and brain function, and to promote the identification of relevant endophenotypes for dyslexia. The present study examines MMN, a neurophysiological correlate of speech perception, and its potential as an endophenotype for dyslexia in three groups of children. The first group of children was clinically diagnosed with dyslexia, whereas the second group of children was comprised of their siblings who had average reading and spelling skills and were therefore "unaffected'' despite having a genetic risk for dyslexia. The third group consisted of control children who were not related to the other groups and were also unaffected. In total, 225 children were included in the study. All children showed clear MMN activity to/da/-/ba/ contrasts that could be separated into three distinct MMN components. Whilst the first two MMN components did not differentiate the groups, the late MMN component (300-700 ms) revealed significant group differences. The mean area of the late MMN was attenuated in both the dyslexic children and their unaffected siblings in comparison to the control children. This finding is indicative of analogous alterations of neurophysiological processes in children with dyslexia and those with a genetic risk for dyslexia, without a manifestation of the disorder. The present results therefore further suggest that the late MMN might be a potential endophenotype for dyslexia.
In our current obesogenic environment, exposure to visual food-cues can easily lead to craving and overeating because short-term, pleasurable effects of food intake dominate over the anticipated long-term adverse effects such as weight gain and associated health problems. Here we contrasted these two conditions during food-cue presentation while acquiring event-related potentials (ERPs) and subjective craving ratings. Female participants (n = 25) were presented with either high-calorie (HC) or low-calorie (LC) food images under instructions to imagine either immediate (NOW) or long-term effects (LATER) of consumption. On subjective ratings for HC foods, the LATER perspective reduced cravings as compared to the NOW perspective. For LC foods, by contrast, craving increased under the LATER perspective. Early ERPs (occipital N1, 150-200 ms) were sensitive to food type but not to perspective. Late ERPs (late positive potential, LPP, 350-550 ms) were larger in the HC-LATER condition than in all other conditions, possibly indicating that a cognitive focus on negative long-term consequences induced negative arousal. This enhancement for HC-LATER attenuated to the level of the LC conditions during the later slow wave (550-3000 ms), but amplitude in the HC-NOW condition was larger than in all other conditions, possibly due to a delayed appetitive response. Across all conditions, LPP amplitudes were positively correlated with self-reported emotional eating. In sum, results reveal that regulation effects are secondary to an early attentional analysis of food type and dynamically evolve over time. Adopting a long-term perspective on eating might promote a healthier food choice across a range of food types.
Objective
Brain-computer interfaces (BCIs) provide a non-muscular communication channel for patients with late-stage motoneuron disease (e.g., amyotrophic lateral sclerosis (ALS)) or otherwise motor impaired people and are also used for motor rehabilitation in chronic stroke. Differences in the ability to use a BCI vary from person to person and from session to session. A reliable predictor of aptitude would allow for the selection of suitable BCI paradigms. For this reason, we investigated whether P300 BCI aptitude could be predicted from a short experiment with a standard auditory oddball.
Methods
Forty healthy participants performed an electroencephalography (EEG) based visual and auditory P300-BCI spelling task in a single session. In addition, prior to each session an auditory oddball was presented. Features extracted from the auditory oddball were analyzed with respect to predictive power for BCI aptitude.
Results
Correlation between auditory oddball response and P300 BCI accuracy revealed a strong relationship between accuracy and N2 amplitude and the amplitude of a late ERP component between 400 and 600 ms. Interestingly, the P3 amplitude of the auditory oddball response was not correlated with accuracy.
Conclusions
Event-related potentials recorded during a standard auditory oddball session moderately predict aptitude in an audiory and highly in a visual P300 BCI. The predictor will allow for faster paradigm selection.
Significance
Our method will reduce strain on patients because unsuccessful training may be avoided, provided the results can be generalized to the patient population.
Brain-computer interfaces (BCIs) provide a non-muscular communication channel for persons with severe motor impairments. Previous studies have shown that the aptitude with which a BCI can be controlled varies from person to person. A reliable predictor of performance could facilitate selection of a suitable BCI paradigm. Eleven severely motor impaired participants performed three sessions of a P300 BCI web browsing task. Before each session auditory oddball data were collected to predict the BCI aptitude of the participants exhibited in the current session. We found a strong relationship of early positive and negative potentials around 200 ms (elicited with the auditory oddball task) with performance. The amplitude of the P2 (r = −0.77) and of the N2 (r = −0.86) had the strongest correlations. Aptitude prediction using an auditory oddball was successful. The finding that the N2 amplitude is a stronger predictor of performance than P3 amplitude was reproduced after initially showing this effect with a healthy sample of BCI users. This will reduce strain on the end-users by minimizing the time needed to find suitable paradigms and inspire new approaches to improve performance.
Task instructions modulate the attentional mode affecting the auditory MMN and the semantic N400
(2014)
Event-related potentials (ERPs) have been proven to be a useful tool to complement clinical assessment and to detect residual cognitive functions in patients with disorders of consciousness. These ERPs are of ten recorded using passive or unspecific instructions. Patient data obtained this way are then compared to data from healthy participants, which are usually recorded using active instructions. The present study investigates the effect of attentive modulations and particularly the effect of activevs. passive instruction on the ERP components mismatch negativity (MMN) and N400. A sample of 18 healthy participants listened to three auditory paradigms: anoddball, aword priming, and a sentence paradigm. Each paradigm was presented three times with different instructions: ignoring auditory stimuli, passive listening, and focused attention on the auditory stimuli. After each task, the participants indicated their subjective effort. The N400 decreased from the focused task to the passive task, and was extinct in the ignore task. The MMN exhibited higher amplitudes in the focused and passive task compared to the ignore task. The data indicate an effect of attention on the supratemporal component of the MMN. Subjective effort was equally high in the passive and focused tasks but reduced in the ignore task. We conclude that passive listening during EEG recording is stressful and attenuates ERPs, which renders the interpretation of the results obtained in such conditions difficult.
Electroencephalography (EEG) often fails to assess both the level (i.e., arousal) and the content (i.e., awareness) of pathologically altered consciousness in patients without motor responsiveness. This might be related to a decline of awareness, to episodes of low arousal and disturbed sleep patterns, and/or to distorting and attenuating effects of the skull and intermediate tissue on the recorded brain signals. Novel approaches are required to overcome these limitations. We introduced epidural electrocorticography (ECoG) for monitoring of cortical physiology in a late-stage amytrophic lateral sclerosis patient in completely locked-in state (CLIS) Despite long-term application for a period of six months, no implant related complications occurred. Recordings from the left frontal cortex were sufficient to identify three arousal states. Spectral analysis of the intrinsic oscillatory activity enabled us to extract state-dependent dominant frequencies at <4, similar to 7 and similar to 20 Hz, representing sleep-like periods, and phases of low and elevated arousal, respectively. In the absence of other biomarkers, ECoG proved to be a reliable tool for monitoring circadian rhythmicity, i.e., avoiding interference with the patient when he was sleeping and exploiting time windows of responsiveness. Moreover, the effects of interventions addressing the patient's arousal, e.g., amantadine medication, could be evaluated objectively on the basis of physiological markers, even in the absence of behavioral parameters. Epidural ECoG constitutes a feasible trade-off between surgical risk and quality of recorded brain signals to gain information on the patient's present level of arousal. This approach enables us to optimize the timing of interactions and medical interventions, all of which should take place when the patient is in a phase of high arousal. Furthermore, avoiding low responsiveness periods will facilitate measures to implement alternative communication pathways involving brain-computer interfaces (BCI).