Dokument: Mechanismen der sensorischen Integration innerhalb der somatosensorischen Modalität und deren Untersuchung mittels Magnetoenzephalographie

Titel:Mechanismen der sensorischen Integration innerhalb der somatosensorischen Modalität und deren Untersuchung mittels Magnetoenzephalographie
Weiterer Titel:Mechanisms of Sensory Integration Within the Somatosenory Modality and Their Investigation Using Magnetoencephalography
URL für Lesezeichen:https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=40554
URN (NBN):urn:nbn:de:hbz:061-20161130-111432-3
Kollektion:Dissertationen
Sprache:Englisch
Dokumententyp:Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:Text
Autor: Baumgarten, Thomas [Autor]
Dateien:
[Dateien anzeigen]Adobe PDF
[Details]5,17 MB in einer Datei
[ZIP-Datei erzeugen]
Dateien vom 29.11.2016 / geändert 29.11.2016
Beitragende:Prof. Dr. Schnitzler, Alfons [Gutachter]
Prof. Dr. Stoerig, Petra [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:100 Philosophie und Psychologie » 150 Psychologie
Beschreibungen:Sensorische Wahrnehmung beruht maßgeblich auf den Eigenschaften der präsentierten Stimuli, sowie auf dem Bewusstseinszustand der wahrnehmenden Person. Weniger bekannt ist allerdings, dass sensorische Wahrnehmung auch durch anhaltende Fluktuationen neuronaler Aktivität beeinflusst wird, die kontinuierlich im wachen Zustand auftreten. Da das Gehirn kontinuierlich aktiv ist, trifft eingehende sensorische Information immer auf ein bereits bestehendes Aktivitätsniveau. Es ist daher wahrscheinlich, dass das zerebrale Aktivitätsniveau welches vor der Präsentation des Stimulus vorliegt, die nachfolgende Verarbeitung und die Wahrnehmung des Stimulus beeinflusst.
Kernstück der vorliegenden Dissertation ist die Untersuchung neuronaler Oszillationen im somatosensorischen Cortex. Dabei wurde die Verbindung zwischen neuronalen Oszillationen und der Wahrnehmung überschwelliger elektrotaktiler Stimuli betrachtet. Zentral war hierbei, wie unterschiedliche Wahrnehmungseindrücke, welche durch physikalisch identische Stimulation hervorgerufen wurden, mit dem Zustand neuronaler Oszillationen vor der Stimulation zusammenhängen. Die vorliegende Dissertation umfasst drei Studien, in denen neuromagnetische Hirnaktivität mithilfe der Magnetoenzephalographie analysiert wurde. Die ersten beiden Studien untersuchten die Verbindung zwischen der wahrgenommenen Anzahl elektrotaktiler Stimuli, die mit kurzem zeitlichem Abstand hintereinander dargeboten wurden, und dem Leistungsspektrum (Studie 1) oder der Phase (Studie 2) neuronaler Oszillationen vor der Präsentation der Stimuli. Um die neurochemischen Grundlagen neuronaler oszillatorischer Aktivität zu ermitteln, wurde die Verbindung zwischen neuronaler oszillatorischer Aktivität und lokalen nicht-modulierten Neurotransmitterkonzentrationen analysiert (Studie 3).
Studie 1 erforschte die Verbindung zwischen der Wahrnehmung überschwelliger elektrotaktiler Stimuli und dem Leistungsspektrum im Alpha Frequenzband (8-12 Hz) vor der Stimulation. Die Versuchspersonen gaben an, ob sie zwei kurz nacheinander dargebotene elektrotaktile Stimuli als einen oder zwei zeitlich distinkte Reize wahrnahmen, sowie die subjektive Sicherheit ihrer jeweiligen Antworten. Obwohl die Stimulation in jedem Versuchsdurchgang physikalisch identisch war, wurde die Stimulation wechselnd als ein Stimulus oder zwei Stimuli wahrgenommen. Wurde die Stimulation als zwei Reize wahrgenommen, war das Leistungsspektrum im Alpha Frequenzband vor dem Zeitpunkt der Stimulation im Gyrus Postcentralis und im mittleren okzipitalen Cortex kontralateral zur stimulierten Seite vermindert. Zudem zeigte sich ein negativer linearer Zusammenhang zwischen dem Leistungsspektrum im Alpha Frequenzband und der Wahrnehmungsrate. Lineare Zusammenhänge bestanden auch zwischen dem Leistungsspektrum im Alpha Frequenzband und der subjektiven Antwortsicherheit, wobei sich die Richtung dieser Zusammenhänge jedoch zwischen Versuchsdurchgängen mit verschiedener Stimuli-Wahrnehmung unterschied. Ereigniskorrelierte Felder nach (physikalisch identischer) Stimuli-Präsentation unterschieden sich zwischen Versuchsdurchgängen mit unterschiedlicher Stimuli-Wahrnehmung, was eine charakteristische Eigenschaft von Entscheidungsvariablen darstellt. Die Ergebnisse wurden daher im Rahmen aktueller Modelle zur Entscheidungsfindung interpretiert. Die Befunde von Studie 1 zeigen, dass das Leistungsspektrum im Alpha Frequenzband die Wahrnehmung von überschwelligen Reizen und darüber hinaus die subjektive Sicherheit der angegeben Wahrnehmung qualitativ beeinflusst.
Studie 2 nutzte dasselbe Paradigma wie Studie 1, fokussierte sich allerdings auf die oszillatorische Phase innerhalb des primären somatosensorischen Cortex. Wie in Studie 1 wurden Versuchsdurchgänge verglichen, in denen physikalisch identische Stimulation zu verschiedenen Wahrnehmungseindrücken führte. Vor dem Zeitpunkt der Stimuli-Präsentation unterschieden sich die oszillatorischen Phasenwinkel im Alpha und unteren Beta Frequenzband (8-20 Hz) signifikant zwischen Versuchsdurchgängen mit unterschiedlicher Stimuli-Wahrnehmung. Darauf basierend wurde ein Modell erstellt, welches diskrete Wahrnehmungszyklen innerhalb der somatosensorischen Modalität beschreibt. Hierbei bestimmen Zyklen einer bestimmten Frequenz wie eingehende somatosensorische Stimulus-Repräsentationen zeitlich erfasst und abgetastet werden, wodurch sich die zeitliche Auflösungsfähigkeit somatosensorischer Wahrnehmung ergibt. Falls zwei Stimulus-Repräsentationen innerhalb eines einzelnen Zyklus auf das somatosensorische System treffen, wird die Stimulation als ein einziger Stimulus wahrgenommen. Erreicht jede der zwei Stimulus-Repräsentationen das somatosensorische System jedoch während eines einzelnen, separaten Zyklus, wird die Stimulation als zwei Stimuli wahrgenommen. Die spezifische Frequenz welche diese Zyklen bestimmt, wurde aus den signifikanten Unterschieden der Phasenwinkel abgeleitet und lag im Alpha und niederen Beta Frequenzband. Basierend auf dem Modell und den empirisch gewonnenen Frequenzen konnten Wahrnehmungsraten für die gesamte Stichprobe, als auch für einzelne Versuchspersonen vorhergesagt werden. Die vorliegenden Ergebnisse sprechen für eine zeitlich diskrete Wahrnehmung innerhalb der somatosensorischen Modalität, was bisher nur für die visuelle Modalität aufgezeigt werden konnte.
Studie 3 untersuchte die Beziehung zwischen der Frequenz innerhalb des Beta Frequenzbands mit dem höchsten Leistungsspektrum (Gipfelfrequenz) und der γ-Aminobuttersäure (GABA) Konzentration in lokalen Cortexarealen. Bisher konnten solche Zusammenhänge fast ausschließlich für bewegungsassoziierte oszillatorische Aktivität im Beta Frequenzband und/oder für pharmakologisch modulierte GABA Konzentrationen aufgezeigt werden. Innerhalb des linken und rechten sensomotorischen, sowie okzipitalen Cortex wurden die Gipfelfrequenzen innerhalb des Beta Frequenzbands während einer Ruheaufgabe und die nicht-modulierten GABA Konzentrationen mittels Magnetresonanzspektroskopie (MRS) gemessen und miteinander korreliert. Ein positiver linearer Zusammenhang zwischen den Gipfelfrequenzen innerhalb des Beta Frequenzbands und den GABA Konzentrationen konnte für den linken sensomotorischen Cortex festgestellt werden. Somit konnten zuvor berichtete Assoziationen zwischen neuronalen Oszillationen im Beta Frequenzband und GABA Konzentrationen auch ohne bewegungsassoziierte Einflüsse und bezüglich nicht-modulierten GABA Konzentrationen aufgezeigt werden.
Die vorliegenden Studien demonstrieren, dass Parameter fortlaufender neuronaler oszillatorischer Aktivität im Zusammenhang mit der neuronalen Verarbeitung und Wahrnehmung überschwelliger elektrotaktiler Stimuli stehen. Dies legt einen qualitativen Einfluss neuronaler oszillatorischer Aktivität auf die Wahrnehmung überschwelliger Stimuli nahe. Zusätzlich konnten nicht-motorische Gipfelfrequenzen innerhalb des Beta Frequenzbands mit lokalen nicht-modulierten Neurotransmitterkonzentrationen assoziiert werden, was neuartige Einblicke in die neurochemischen Grundlagen neuronaler Oszillationen ermöglicht.

The present thesis investigated ongoing neuronal oscillations in the somatosensory cortex measured by MEG. Specifically, the connection between prestimulus neuronal oscillations and the perception of electrotactile stimuli was examined. Furthermore, the relation between oscillatory neuronal activity and local neurotransmitter concentrations was assessed.
Study 1 analyzed the connection between prestimulus alpha band (8-12 Hz) power and the perception of suprathreshold electrotactile stimuli (i.e., the number of perceived stimuli) as well as the confidence in perceptual reports. If stimulation was perceived as two stimuli, prestimulus alpha band power was decreased in the postcentral gyrus and the middle occipital region contralateral to stimulation site. Linear relations were found between alpha band power and perceptual response rates, as well as alpha band power and confidence ratings. Event-related fields time-locked to stimulus presentation demonstrated characteristics of decision variables and were interpreted in light of current models of perceptual decision making. The results suggest that prestimulus alpha band power modulates how electrotactile stimuli are perceived.
Study 2 investigated prestimulus oscillatory phase within the primary somatosensory cortex. Prestimulus phase angles in the alpha and low beta band (8-20 Hz) significantly differed between trials in which suprathreshold electrotactile stimuli were either perceived as one stimulus or two stimuli. Based on these results, a model of discrete perceptual cycles was introduced, which describes how oscillatory cycles of a specific frequency sample incoming somatosensory stimuli, thereby determining the temporal resolution of somatosensory perception. Group-level and single-subject perceptual response rates could be predicted by the model. The findings provide evidence for a discrete mode of somatosensory perception.
Study 3 examined the relationship between beta band peak frequency and γ-aminobutyric acid (GABA) concentrations in spatially defined cortical areas. Beta band peak frequencies measured at rest and non-modulated GABA concentrations were estimated for left and right sensorimotor and occipital cortices and correlated within cortices. A positive linear relation between beta band peak frequency and GABA concentration was determined for the left sensorimotor cortex. The results show that previously reported links between beta band activity and GABA concentrations are also present at rest and regarding non-modulated GABA concentrations.
Fachbereich / Einrichtung:Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Medizinische Psychologie
Dokument erstellt am:30.11.2016
Dateien geändert am:30.11.2016
Promotionsantrag am:01.12.2015
Datum der Promotion:16.09.2016
english
Benutzer
Status: Gast
Aktionen