Monitoring top-down and bottom-up modulation of auditory steady-state responses and its relationship with behaviour
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Ausländsaufenthaltes wurden mehrere Studien unternommen, um die funktionelle Relevanz oszillatorischer Dynamik - speziell im auditorischen Kortex - zu untersuchen. Es sollte v.a. untersucht werden, welche Wirkung dabei die Aufmerksamkeitszuwendung ausübt. Ein wesentlicher Befund ist, dass die durch einen amplitudenmodulierten Zielreiz evozierte sog. 40-Hz Steady-State Response (SSR) im auditorischen Kortex durch einen informativen Hinweisreiz moduliert wird. Dies ist insofern von Bedeutung, da diese Hirnantwort nachweislich v.a. von Generatoren im primären auditorischen Kortex erzeugt wird. Insofern scheint der primäre auditorische Kortex sensitiv zu sein für Aufmerksamkeitzuwendung, eine in der Literatur kontrovers diskutierte Fragestellung. Dabei wurde auch ein Hemisphärenunterschied beobachtet: Die SSR im linken auditorischen Kortex war stärker aufmerksamkeitsmoduliert (top-down), während scheinbar eine "default" (bottom-up) Tendenz zu einer rechtshernisphärischen Hirnantwort existiert. Desweiteren konnte im Rahmen dieser Studie die einem auditorischen Zielreiz vorangehende sowie nachfolgende Alpha Desynchronisation in den auditorischen Kortex auf einer Gruppenebene lokalisiert werden. Desynchronisationen dieser Art wurden bisher v.a. für die visuelle und sensomotorische Modalität nachgewiesen. In einer weiteren Studie mit spatialem Cueing konnte jedoch gezeigt werden, dass wenn der Zielreiz auditorisch oder visuell sein kann, in einer pre-Zielreiz Periode v.a. eine Modulation visueller (extrastriärer) kortikaler Gebiete dominiert. Die Desynchronisation in diesen Arealen ist schwächer, wenn der vorangehende Cue einen visuellen Zielreiz ankündigt. Dies legt nahe, dass je nach Erfordernissen die Erregbarkelt (ausgedrückt Im Ausmaß der Desynchronisation) in visuellen Regionen In einer top-down Manier moduliert werden kann. In beiden Studien wurde die Richtung der Aufmerksamkeitszuvyendung via dem Cue vom Versuchleiter bestimmt. Daher wurde in einer Folgestudie untersucht, wie das Gehirn auditorische Reize verarbeitet, bei der die Versuchsperson selbst bestimmt, welchen Reiz-Strom (linkes oder rechtes Ohr) sie beachtet. Hier konnten eindeutige (Modulationen der Alpha Oszillationen in extra-sensorischen Arealen gefunden werden, in Abhängigkeit davon, welches Ohr zum "Monitor" gewählt wurde. Höheres Alpha in posterioren Regionen (u.a. parietal) war mit einer Entscheidung für das rechte Ohr korreliert, während höheres Alpha in frontalen Regionen mit der Entscheidung für das linke Ohr korrelierte. Die Ergebnisse werden im Zusammenhang mit der oben hypothetisierten "default" Tendenz dahingehend interpretiert, dass um diese Tendenz zu unterbinden die Erregung in frontalen Arealen erhöht werden muss. Die erwähnten Resultate stützen und erweitern die immer grössere Verbreitung findende Ansicht, dass Alpha-Aktivität kein "Noise" ist, sondern eine aktive Regulation der kortikalen exzitatorischen-inhibitorischen Balance widerspiegelt. Diese Hypothese wurde abschliessend mit einer EEG-Studie am motorischen System überprüft (da EEG-Parameter direkter mit Verhaltensdaten in Beziehung zu bringen sind), zum sog. Rebound bestimmter Frequenzen (v.a. Alpha und Beta) nach Abschluss einer motorischen Handlung. Es konnte gezeigt werden, dass v.a. der Rebound im Alpha Band mit verlangsamten Reaktionen der kontralateralen Hand einhergingen. In keiner der erwähnten (und allgemein publizierten) Arbeiten konnte jedoch hochfrequente Gamma-Aktivität im auditorischen Kortex zuverlässig gemessen werden. Dieser Fragestellung widmete sich eine letzte Studie, die die oszillatorischen Hirnantworten auf beachtete auditorische Reize untersucht. Das Paradigma wurde im MEG und bei Patienten mit intrakraniell implantierten Elektroden durchgeführt, um die Ergebnisse auf eirier makroskopischen Ebene mit der einer lokalen Ebene vergleichen zu können. In dieser Arbeit konnten wir mit einer sehr hohen Trial-Zahl Gamma Aktivität im auditorischen Kortex mittels MEG lokalisieren, wobei das MEG nur bis ca. 100 Hz "sieht", während die intrakraniellen Daten auf eine Modulation weit über 100 Hz hindeuten. D.h. dass - ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnls vorausgesetzt - hochfrequente auditorische Gamma-Aktivität untersuchbar ist.
