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The use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) in block designs provides measures of cortical activity in ecologically valid environments. However, in some cases, the use of block designs may be problematic when data are not corrected for performance in a time-restricted block. We sought to investigate the effects of task complexity and processing speed on hemodynamic responses in an fNIRS block design. To differentiate the effects of task complexity and processing speed, 20 subjects completed the trail making test (TMT) in two versions (TMT-A versus TMT-B) and three different speed levels (slow versus moderate versus fast). During TMT-A, subjects are asked to connect encircled numbers in numerically ascending order (1-2-3 ... ). In the more complex TMT-B, subjects are instructed to connect encircled numbers and letters in alternating ascending order (1-A-2-B ... ). To illustrate the obscuring effects of processing speed on task complexity, we perform two different analyses. First, we analyze the classical measures of oxygenated blood, and second, we analyze the measures corrected for the number of processed items. Our results show large effects for processing speed within the bilateral inferior frontal gyrus, left dorsolateral prefrontal cortex, and superior parietal lobule (SPL). The TMT contrast did not show significant effects with classical measures, although trends are observed for higher activation during TMT-B. When corrected for processed items, higher activity for TMT-B in comparison to TMT-A is found within the SPL. The results are discussed in light of recent research designs, and simple to use correction methods are suggested. (c) The Authors. Published by SPIE under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. Distribution or reproduction of this work in whole or in part requires full attribution of the original publication, including its DOI.
Beeinträchtigungen des Arbeitsgedächtnisses und der präfrontalen Hirnaktivität (Hypofrontalität) sind Anwärter für Endophänotypen für bipolare Störungen. Diese Studie untersuchte zum ersten Mal manisch-depressive Patienten (n=14) mit einer Arbeitsgedächtnisaufgabe, die verschiedene Prozesse (Speicherung und Abgleich) und verschiedene Komponenten (objektbezogenes und visuell-räumliches) beinhaltete. Mit Hilfe der funktionellen Nah-Infrarot Spektroskopie wurde die neuronale Aktivität über dem präfrontalen Kortex erfasst. Bei der Kontrollgruppe, die der Patientengruppe vergleichbar war, zeigten Veränderungen von oxygeniertem und deoxygeniertem Hämoglobin eine Zunahme der Aktivität im ventero-lateralen, im dorso-lateralen und superioren präfrontalen Kortex in der objektbezogenen und visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisaufgabe im Vergleich zur Kontrollaufgabe. Obwohl sich die kognitive Leistung (Anzahl der korrekten Antworten und Reaktionszeit) zwischen den beiden Gruppen nicht unterschied, zeigte die Patientengruppe eine verminderte Gehirnaktivität während der Speicherphase der Arbeitsgedächtnisaufgaben. Die fNIRS kann als valides, leicht zu handhabendes, billiges und schnelles Mittel verwendet werden um (verminderte) präfrontale kortikale Aktivität zu messen.