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Der Einfluss von Aufmerksamkeit und Interferenzkontrolle auf die Verarbeitung visueller Stimuli
(2008)
Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Frage, inwieweit die neuronale Verarbeitung visueller Stimuli durch Prozesse der Aufmerksamkeit und des Arbeitsgedächtnisses moduliert werden kann. Darüber hinaus wurde untersucht, welche „top down“ Prozesse diese Modulation steuern. Dabei wurden zwei konkurrierende Ansichten als mögliche Erklärungsmodelle zugrunde gelegt und überprüft. Zum einen wäre es möglich, dass selektive Aufmerksamkeit zwei qualitativ unterschiedliche Mechanismen beinhaltet. Demnach würde neben dem Fokussieren auf relevante Informationen auch ein aktiver Prozess der Inhibition der Verarbeitung irrelevanter Stimuli existieren. Zum anderen ist es aber auch denkbar, dass aufgrund begrenzter Verarbeitungsressourcen das Fokussieren auf relevante Reize automatisch mit dem Nichtbeachten irrelevanter Stimuli einhergeht und nur ein Mechanismus existiert. In einem ersten Experiment wurde vorab die Alertness als ein grundlegender Prozess der Aufmerksamkeit mit der Nah-Infrarot Spektroskopie (NIRS) untersucht. Mittels eines zweigestuften Studiendesigns wurden in einem ersten Schritt für die Alertness relevante Regionen über fronto-temporalen Hirnarealen definiert. Als relevant erwiesen sich Areale des mittleren und superioren temporalen Kortex der rechten Hemisphäre und der ventrale Teil des inferioren frontalen Kortex der linken Hemisphäre. In einer zweiten Datenerhebung konnte für diese Regionen eine signifikant höhere Aktivierung während der Alertnessbedingung im Vergleich zu einer visuellen und motorischen Kontrollbedingung gefunden werden. Mit dem zweiten Experiment sollten bestehende, mit dem Elektroenzephalogramm (EEG) erhobene, Befunde zur Modulation der neuronalen Verarbeitung visueller Stimuli repliziert werden. Dies geschah mithilfe eines neu entwickelten Untersuchungsparadigmas, einer modifizierten n-back Aufgabe. Wie erwartet fand sich eine erhöhte Verarbeitung aufgaben-relevanter Reize im Vergleich zu einer perzeptuellen Kontrollbedingung. Die Verarbeitung irrelevanter Reize wurde allerdings nicht unterdrückt. Explorativ fand sich ein entsprechendes Korrelat der Aufmerksamkeitslenkung über frontalen Elektroden. In einem dritten Experiment wurde das modifizierte n-back Paradigma an die Anforderungen einer NIRS Messung angepasst, um frontale Effekte der Aufmerksamkeitslenkung direkter erfassen zu können als mit dem EEG. Wie erwartet fand sich bezüglich des Beachtens wie auch des Ignorierens von Stimuli eine Beteiligung frontaler Strukturen. Auf beachtete Stimuli folgte eine bilaterale Aktivierung des dorsolateralen präfrontalen Kortex (DL-PFK) und eine Aktivierung des linken inferioren frontalen Kortex bis hin zum prä- und postzentralen Kortex. Das Ignorieren visueller Stimuli führte zu einer weitläufigen Aktivierung des rechten präfrontalen Kortex (PFK). Eine Beteiligung des linken inferioren frontalen Gyrus an der Interferenzkontrolle konnte nicht wie erwartet nachgewiesen werden. Der Vergleich der beiden Aktivierungsmuster ergab keine signifikanten Unterschiede. Die zugrunde liegenden Prozesse des Arbeitsgedächtnisses und der Interferenzkontrolle führten also zu einer Aktivierung stark überlappender Hirnregionen. Nachdem die Ergebnisse der Experimente 2 und 3 keinerlei Hinweise auf einen aktiven Prozess der Interferenzinhibition nachweisen konnten, wurde im Experiment 4 die bisher genutzte 1-back Aufgabe durch eine schwierigere 2-back Aufgabe ersetzt. Aufgrund der erhöhten Auslastung des Arbeitsgedächtnisses sollte eine stärkere Anstrengung und damit eine verstärkte frontale Aktivierung bei der Interferenzinhibition auftreten. Diese Hypothese wurde mit einer frontalen NIRS Messung überprüft (Experiment 4a). Wie erwartet führte die erhöhte Auslastung des Arbeitsgedächtnisses zu einer verstärkten Aktivierung des PFK bezüglich beachteter Reize. Hinsichtlich ignorierter Reize fand sich allerdings keine frontale Beteiligung. Parallel erhobene EEG Daten zeigten keinen Unterschied zwischen der Verarbeitung beachteter und ignorierter Gesichter. Die Verarbeitung passiv betrachteter Gesichter war im Gegensatz zu beachteten und ignorierten Gesichtern vermindert. Im zweiten Teil der Studie (Experiment 4b) wurden erstmals die okzipitalen Effekte der Aufmerksamkeitslenkung mit der NIRS erfasst. Im Einklang mit den Ergebnissen der ersten EEG Studie (Experiment 2) fand sich zwar eine verstärkte Verarbeitung beachteter, aber keine verminderte Verarbeitung ignorierter Reize. Zusammengenommen sprechen die fehlende aktive Inhibition von Distraktorreizen im okzipitalen Kortex und die vergleichbaren neuronalen Korrelate von Prozessen des Arbeitsgedächtnisses und der Interferenzinhibition im frontalen Kortex für die Hypothese einer Aufteilung von begrenzten Verarbeitungsressourcen zugunsten beachteter Reize.
Das Enzym Catechol-O- Methyltransferase (COMT) spielt eine wichtige Rolle beim Abbau der Neurotransmitter Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin. In dessen Gen befindet sich ein Polymorphismus (SNP), der einen Aminosäureaustausch von Valin zu Methionin an Position 158 der membrangebundenden Isoform bewirkt.. In früheren Studien zeigen die verschiedenen Genotypen des Polymorphismus Unterschiede in der emotionalen Verarbeitung, bei der die COMT Einfluss auf die Verarbeitung von negativen, aber nicht von positiven Stimuli zeigt. Neben emotionalen werden durch die COMT aber auch kognitive präfrontale Prozesse beeinflusst. Eine Aufmerksamkeitslenkung auf Bilder führt im Zeitfenster der EPN und LPP zu ähnlichen Effekten wie beim Betrachten emotionaler Bilder In dieser Studie sollte daher untersucht werden, ob die COMT- Effekte auf die Emotionsverarbeitung durch Aufmerksamkeitsprozesse begründet sind und diese unabhängig vom emotionalen Inhalt durch die Aufmerksamkeitsinstruktion auslösbar sind.
Dafür wurden bei 48 gesunden und entweder Val/Val oder Met/Met- Homozygoten Probanden während der Präsentation von IAPS Bildern mit positiven, negativen und neutralen Bildern ein EEG abgeleitet. Und es wurde die neuronale Aktivierung bei emotionalen Stimuli, in Interaktion mit der Instruktion, die Aufmerksamkeit auf eine bestimmte emotionale Kategorie zu richten, untersucht. Dabei zeigten sich die erwarteten Emotions- und Aufmerksamkeitseffekte auf EPN und LPP. Keinen Einfluss hatte der COMT-Genotyp. Dies könnte an der Interferenz der Emotionseffekte mit kognitiven Effekten des COMT- Polymorphismus liegen.
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.
Bei ADHS (Aufmerksamkeitsdefizit- / Hyperaktivitätsstörung) handelt es sich um eine meist im Kindesalter beginnende psychiatrische Erkrankung, die die betroffenen Menschen meist bis ins erwachsene Alter begleitet. In den letzten Jahrzehnten wurden viele Untersuchungen an Kindern, welche an ADHS erkrankt waren, durchgeführt. Es zeigten sich Veränderungen in der Power verschiedener Frequenzbereiche. Im Vergleich mit gesunden Kindern zeigten die jungen ADHS Patienten eine Zunahme an langsamer Wellenaktivität, sowie eine Abnahme der schnellen Wellenaktivität. Ähnliche Studien mit erwachsenen ADHS- Patienten sind dagegen seltener durchgeführt worden. Dabei wurde, analog zu den Kinderstudien, eine Zunahme der langsamen Wellenaktivität festgestellt. Im Gegensatz zu den Kindern, wurde bei den Erwachsenen zusätzlich eine Zunahme der Alphaaktivität beobachtet. Des Weiteren stimmten die Ergebnisse bezüglich der zunehmenden Aktivität des Betabandes ebenso nicht überein, wie die fronto- zentral normale und parietal verminderte Betaaktivität bei erwachsenen ADHS- Patienten. Aus diesem Grund verfolgt die vorliegende Studie das Ziel, Unterschiede in den EEG- Frequenzbändern zwischen erwachsenen ADHS- Patienten und einer Kontrollgruppe herauszuarbeiten. Dazu wurden EEG- Frequenzen von 31 an ADHS erkrankten Erwachsenen, mit denen von 31 gesunden Kontrollpersonen verglichen. Die beiden Gruppen unterschieden sich im Durchschnitt nicht hinsichtlich Alter, Geschlecht und Händigkeit. Ein Ruhe- EEG wurde, für jeweils zweimal 5 min pro Proband, mit Hilfe von 21 Elektroden abgeleitet. Die Elektroden wurden gemäß des international anerkannten 10-20 Systems angebracht. Die auf diese Weise aufgezeichneten Daten wurden zunächst mit dem Programm Brain Vision Analyzer bearbeitet. Anschließend wurde die Summe der einzelnen Frequenzbänder mit Hilfe von FFT (Fast Fourier Transformation) in ihre Einzelbänder zerlegt. Jedes Frequenzband wurde einzeln hinsichtlich absoluter Power analysiert. Die ADHS Patienten zeigten eine signifikante Zunahme der Power im Alpha- und Thetaband. Keine Unterschiede wurden für das Betaband ausgemacht. Unsere Studie zeigt, dass die Abnormalitäten innerhalb des EEG-Power-Spektrums bei an ADHS erkrankten Erwachsenen nicht mit denen der an ADHS erkrankten Kinder übereinstimmen. Die power density des Alpha- und des Thetabandes könnte ein zuverlässiges Kriterium darstellen, um gesunde und an ADHS erkrankte Erwachsene zu unterscheiden. In einem weiteren Ansatz sollte ein Zusammenhang zwischen der ADHS- Symptomatik und EEG- Power bei 163 Gesunden untersucht werden. Die eventuell vorhandene ADHS- Symptomatik wurde anhand des ASRS- Fragebogens (Adult Self- Report Scale) ermittelt. Über einen Auswertungsschlüssel kann zum einen die Neigung zu Unaufmerksamkeit, zum anderen zu Hyperaktivität/ Impulsivität aufgezeigt werden. Die Ableitung des EEG erfolgte nach der oben erwähnten Methode. Die Ergebnisse, die die Korrelation zwischen Kontrollgruppe und Fragebogen betreffen, müssen als wenig aussagekräftig beurteilt werden. Lässt man innerhalb dieser Studie das Geschlecht außen vor, so wird deutlich, dass nahezu keine signifikanten Zusammenhänge vorliegen. Unter Berücksichtigung des Geschlechts konnten wir bei gesunden Frauen, ähnlich wie Morgan et al. (2005), mehr Delta- und Betaaktivität als bei den gesunden, männlichen Probanden messen. Im Vergleich zwischen Kontrollgruppe und Patienten konnten wir keine geschlechtsspezifischen Unterschiede ausmachen. Deswegen vermuten wir, dass sich geschlechtsspezifische Unterschiede zwischen Erkrankten und Gesunden im Erwachsenenalter vermindern (Clarke et al. 2001b) Basierend auf unseren Ergebnissen scheinen Langzeitstudien für ADHS Patienten sinnvoll, um die Unterschiede von EEG- Abnormitäten während des Heranwachens zu erforschen und zu berücksichtigen.
Der Catechol-O-Methyltransferase (COMT) Val158Met Polymorphismus (rs4680) ist am Abbau von Dopamin und Noradrenalin im menschlichen Gehirn beteiligt. In bisherigen Studien konnte gezeigt werden, dass das Met-Allel mit einer erhöhten Reaktivität auf negative Stimuli assoziiert ist. Auf Basis der Tonischen/ Phasischen Dopaminhypothese wird postuliert, dass diese erhöhte Reaktivität auf negative Reize durch defizitäre Disengagementprozesse verursacht sein könnte. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, diese theoretische Annahme mithilfe von Blickbewegungsmessungen zu überprüfen und zu untersuchen, ob die erhöhte Reaktivität sich auch in verlängerten Disengagementlatenzen von negativen Reizen widerspiegelt. Es wurden dafür drei Studien durchgeführt, in denen eine adaptierte Version der emotionalen Antisakkadenaufgabe in Verbindung mit einer Blickbewegungsmessung eingesetzt wurde. In der zweiten Studie wurde zusätzlich eine EEG-Messung durchgeführt. Außerdem wurde in der dritten Studie die Aufmerksamkeitslokation manipuliert. In der ersten und zweiten Studie zeigte sich nicht wie erwartet ein linearer Effekt in Relation zum COMT Val158Met Polymorphismus, sondern ein Heterosiseffekt. Dieser Effekt zeigte sich nur in der einfacheren Prosakkadenbedingung. In der ersten Studie wurde der Heterosiseffekt bei negativen Reizen gefunden, wohingegen in der zweiten Studie der Heterosiseffekt nur in einer EEG- Komponente, der Early Posterior Negativity (EPN), aber sowohl bei positiven als auch negativen Reizen gefunden wurde. In der dritten Studie zeigte sich kein Genotypeffekt. Es wird vermutet, dass der COMT Effekt in der emotionalen Verarbeitung aufgabenspezifisch sein könnte und daher, neben linearen Zusammenhängen, unter bestimmten Umständen auch ein Heterosiseffekt auftreten kann. Die Ergebnisse sollten nicht auf eine männliche Stichprobe generalisiert werden, da in allen Studien lediglich weibliche Versuchspersonen teilnahmen.