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Leicht, Gregor (2007): Die frühe auditorisch evozierte Gammaband-Antwort und ihre Quellen im auditorischen und anterioren cingulären Cortex: Einfluss von Aufgabenschwierigkeit und mentaler Anstrengung. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Eine der spannendsten Fragen der Neurowissenschaften in den letzten Jahren ist die Suche nach den Mechanismen der zeitlich hochsynchronen Kommunikation typischerweise räumlich voneinander getrennter Regionen des Gehirns, wie sie Vorgängen wie dem sogenannten „binding“ oder der Top-down-Kontrolle höherer Hirnregionen auf sensorische Areale zugrunde liegt. Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass die zeitliche Synchronisation der Depolarisationen der beteiligten Neurone eine wichtige Rolle bei der vorübergehenden Assoziation neuronaler Ensembles spielen könnte. Die präzise Synchronisation neuronaler Feuerraten im Millisekunden-Bereich wurde mit schnellen Oszillationen im so genannten Gammaband (hochfrequente elektroenzephalographische Aktivität im Bereich oberhalb von 30 Hz) in Zusammenhang gebracht (Engel and Singer 2001). In verschiedenen Studien fanden sich Befunde, die eine gesteigerte Gammaband-Aktivität bei kognitiven Prozessen wie der selektiven Aufmerksamkeit zeigen konnten. In der vorliegenden Arbeit sollten Generatoren einer früh im Rahmen der auditorischen Informationsverarbeitung auftretenden Gammaband-Aktivität (transiente Gammaband-Antwort, TGA) untersucht werden. Das Design der Studie war darauf ausgelegt, mit Hilfe der zunehmenden Komplexität und Schwierigkeit auditorischer Wahlreaktions-Aufgaben bei steigender Anzahl der Antwortmöglichkeiten ansteigende Aktivierungen im anterioren Gyrus cinguli (ACC) hervorzurufen, und so die Hypothese von einem Generator der TGA im ACC zu bestätigen. In einem nächsten Schritt sollte die Gammaband-vermittelte Interaktion zwischen sensorischen Arealen im Hörcortex und höheren Hirnregionen im Frontallappen wie dem ACC während der auditorischen Informationsverarbeitung untersucht werden. Es wurden 30 gesunde Probanden mit sechs verschiedenen auditorischen Wahlreaktions-Aufgaben unterschiedlicher Schwierigkeit untersucht. Die Aufgaben variierten in der Zahl der akustischen Stimuli (bis zu drei durch die Höhe unterschiedene Töne) und in der Zahl der konkurrierenden Antwortmöglichkeiten (bis zu drei). Während der Durchführung der Aufgaben wurden mittels 32-Kanal-EEG ereigniskorrelierte Potentiale aufgezeichnet. Mittels einer Frequenzband-Analyse mit einem Morlet-Wavelet wurde die evozierte Gammaband-Aktivität im Bereich von 40 Hz bestimmt. Zur Berechnung der Stromdichteverteilung im dreidimensionalen Raum wurde die Low Resolution Electromagnetic Tomography (LORETA) verwendet. Es wurden die mittleren Stromdichte-Werte für definierte Regions-of-interest (ROIs) errechnet. Die LORETA-Stromdichte-Analyse zeigte Generatoren der Gamma-Aktivität im Bereich des akustischen Cortex links und rechts und in der Mittellinie im Bereich des ACC und des supplementär motorischen Cortex (SMA). Wir fanden Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen der Schwierigkeit der Aufgabe und der TGA und der N100-Amplitude des akustisch evozierten Potentials mit größeren Amplituden in den schwierigeren Teilexperimenten. In der LORETA-ROI-Analyse zeigte sich für das früher im Verlauf der auditorischen Informationsverarbeitung auftretende Zeitfenster, in dem die TGA ihr Maximum erreicht (50-70 ms poststimulus), ein eben solcher Effekt nur für ansteigende Aktivierungen im dorsalen ACC, während für das spätere Zeitfenster der N100-Amplitude (70-140 ms poststimulus) neben einem starken Effekt im dorsalen ACC zusätzlich ein ähnlicher Effekt im auditorischen Assoziationscortex (Brodmann Areal 22) zu finden war. Mit Hilfe des Quellen-Lokalisations-Verfahrens LORETA konnten wir neben den bekannten Quellen der TGA im auditorischen Cortex einen Generator im Bereich des dorsalen ACC zeigen. Zusätzlich zu diesem direkten tomographischen Nachweis passt auch der Befund mit der Aufgaben-Komplexität ansteigender Amplituden der TGA gut zur Idee eines ACC-Generators dieser Gammaband-Oszillationen, weil das Design der Studie darauf ausgelegt war, mit Hilfe der zunehmenden Schwierigkeit der auditorischen Wahlreaktions-Aufgaben ansteigende ACC-Aktivierungen hervorzurufen. Die Tatsache, dass sich der Effekt der ansteigenden Amplituden der TGA nur auf die ansteigende Aktivierung der ROI im dorsalen ACC zurückführt, während im späteren N100-Zeitfenster auch die Stärke der Aktivität im Hörcortex von der Schwierigkeit der Aufgabe abhängt, könnte dafür sprechen, dass die Abhängigkeit der Aktivität im auditorischen Assoziationscortex von der Komplexität der Aufgabe möglicherweise erst nach einer frühen Interaktion zwischen ACC und auditorischem Cortex über eine Rückkopplungsschleife zustande kommt. In der vorliegenden Arbeit konnten wir also Hinweise auf eine Gammaband-vermittelte Interaktion zwischen auditorischem Cortex und ACC sammeln und erstmals einen Nachweis für einen ACC-Generator der TGA erbringen.