Die Rolle des Zerebellums bei der Feedbackverarbeitung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während dem Kleinhirn lange eine Beteiligung nur an motorischen Prozessen zugeschrieben wurde, ist mittlerweile klar, dass es auch an kognitiven Funktionen beteiligt ist. Die genauen Mechanismen sind jedoch noch ungeklärt. Die uniforme Neuroarchitektur des Zerebellums mit geschlossenen, reziproken, zerebello-zerebralen Schleifen legt nahe, dass das Kleinhirn in engem Austausch mit dem Großhirn steht und domänenübergreifend ähnliche Funktionen erfüllt, die sich einbetten lassen in ein generelles Konzept von Handlungsüberwachung bzw. Prädiktion und Fehler-basiertem Lernen. Das vorliegende Forschungsprogramm untersuchte die Rolle des Zerebellums bei der Fehler- bzw. Feedbackverarbeitung, mit besonderem Fokus auf Prädiktionsprozessen. Konkret wurde die Rolle des Zerebellums für die Verarbeitung von und das Lernen aus Feedback sowie für die Verarbeitung von fehlerhaften Reaktionen mittels sich ergänzender Patientenstudien, elektrophysiologischer Messungen (EEG) und non-invasiver Hirnstimulation (transkranieller Magnetstimulation, TMS) bei gesunden Kontrollprobanden untersucht. Darüber hinaus wurde eine systematische Übersichtsarbeit zur Beteiligung des Zerebellums an der Verarbeitung von und dem Lernen aus Feedback beim Menschen verfasst. Die im Rahmen des Projekts durchgeführten Studien zeigen übereinstimmend starke, kausale Evidenz für eine direkte Beteiligung des Zerebellums an Fehler- und Feedbackverarbeitung. Eine Beeinträchtigung der zerebellären Funktion durch TMS oder durch Schädigung (degenerative Kleinhirnerkrankungen oder Läsionen) führt zwar nicht zu substanziellen Beeinträchtigungen der Lernleistung oder erhöhten Fehlerraten, jedoch zu subtilen Veränderungen der behavioralen Flexibilität. Die neuronalen Indizes von Fehler- bzw. Feedbackverarbeitung waren indes bei Patienten relativ zu gesunden Kontrollpersonen und bei zerebellärer TMS im Vergleich zu Kontrollstimulation deutlich verändert, wie in einer reduzierten Error-related Negativity (ERN) sowie in einer fehlenden Kodierung von Vorhersagefehlern in der Feedback-related Negativity (FRN) reflektiert. Insgesamt weisen die Ergebnisse auf eine zentrale Rolle des Zerebellums für die Verarbeitung von Vorhersagefehlern hin. Sie leisten damit einen wichtigen Beitrag zu einem tieferen Verständnis der (nicht-motorischen) Funktionen des Zerebellums und könnten auch klinisch relevant sein, um (diskrete) Beeinträchtigungen bei Patient:innen mit Schädigungen oder Erkrankungen des Kleinhirns besser zu erfassen und zu verstehen und womöglich neue Therapieansätze zu motivieren und informieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The role of the cerebellum for feedback processing. Neurophysiologisches Seminar, Universitätsmedizin Essen
Peterburs, J.
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Situational and inter-individual influences in performance monitoring. Eingeladener Vortrag, Department of Psychology, University of Jyväskylä, Finnland
Peterburs, J.
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The effect of cerebellar TMS on error processing: A combined single-pulse TMS and ERP study. Annual Meeting of the Society for Psychophysiological Research (SPR), Vancouver, BC, Canada.
Berlijn, A.M., Huvermann, D., Mittelstaedt, M., Bellebaum, C., Schnitzler, A., Groiss, S.J., Minnerop, M., Timman, D. & Peterburs, J.
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The effect of cerebellar TMS on feedback processing. Jährliches Treffen der Deutschen Gesellschaft für Neurologie, Berlin. Dieses Poster hat einen Posterpreis der „Deutschen Gesellschaft für Neurologie“ gewonnen.
Huvermann, D. M., Berlijn, A., Groiss, S., Minnerop M., Bellebaum, C., Timmann, D. & Peterburs, J.
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Reinforcement learning in a cognitive task in patients with chronic cerebellar stroke – an EEG study. Gordons Research Conference on the Cerebellum, Lewiston, Maine, USA
Huvermann, D.M., Berlijn, A.M., Thieme, A., Erdlenbruch, F., Wondzinski, E., Sievers, H., Frank, B., Göricke, S., Gliem, M., Köhrmann, M., Siebler, M., Bellebaum, C., Minnerop, M., Timman, D. & Peterburs, J.
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The effect of cerebellar TMS on cognitive error and feedback processing in a reinforcement learning task. Gordons Research Conference on the Cerebellum, Lewiston, Maine, USA
Huvermann, D.M., Berlijn, A.M., Mittelstaedt, M., Bellebaum, C., Schnitzler, A., Groiss, S.J., Minnerop, M., Timman, D. & Peterburs, J.
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Impaired coding of reward prediction errors in patients with cerebellar degeneration – a study with EEG and voxel-based morphometry. Tagung Psychologie und Gehirn, Hamburg.
Berlijn, A.M., Huvermann, D.M., Bechler, E., Thieme, A., Schnitzler, A., Bellebaum, C., Timman, D., Minnerop, M. & Peterburs, J.
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Insights into the cerebellum’s involvement in error and feedback processing: Evidence from patient studies, neuroimaging, and neuromodulation. Eingeladener Vortrag am Department of Neurology, Johns Hopkins School of Medicine, Baltimore, Maryland, USA
Peterburs, J.
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Reinforcement learning in a cognitive task in patients with chronic cerebellar stroke – an EEG study. Tagung Psychologie und Gehirn, Hamburg. Dieses Poster hat einen Posterpreis der „Deutschen Gesellschaft für Psychophysiologie und ihre Anwendung“ gewonnen.
Huvermann, D.M., Berlijn, A.M., Thieme, A., Erdlenbruch, F., Wondzinski, E., Sievers, H., Frank, B., Göricke, S., Gliem, M., Köhrmann, M., Siebler, M., Bellebaum, C., Minnerop, M., Timman, D. & Peterburs, J.
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The cerebellum contributes to reward prediction error processing – evidence from patients with cerebellar stroke. Annual Meeting of the Society for Psychophysiological Research (SPR), Prag, Tschechien
Huvermann, D.M., Berlijn, A.M., Thieme, A., Erdlenbruch, F., Wondzinski, E., Sievers, H., Frank, B., Göricke, S., Gliem, M., Köhrmann, M., Siebler, M., Bellebaum, C., Minnerop, M., Timman, D. & Peterburs, J.
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The effect of cerebellar TMS on error processing: A combined single-pulse TMS and ERP study. Imaging Neuroscience, 2.
Berlijn, Adam M.; Huvermann, Dana M.; Groiss, Stefan J.; Schnitzler, Alfons; Mittelstaedt, Manfred; Bellebaum, Christian; Timmann, Dagmar; Minnerop, Martina & Peterburs, Jutta
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The Role of the Human Cerebellum for Learning from and Processing of External Feedback in Non-Motor Learning: A Systematic Review. The Cerebellum, 23(4), 1532-1551.
Berlijn, Adam M.; Huvermann, Dana M.; Schneider, Sandra; Bellebaum, Christian; Timmann, Dagmar; Minnerop, Martina & Peterburs, Jutta
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Impaired reinforcement learning and coding of prediction errors in patients with cerebellar degeneration - a study with EEG and voxel-based morphometry. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience, 25(4), 1126-1146.
Berlijn, Adam M.; Huvermann, Dana M.; Bechler, Eric; Thieme, Andreas; Schnitzler, Alfons; Bellebaum, Christian; Timmann, Dagmar; Minnerop, Martina & Peterburs, Jutta
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The Cerebellum Contributes to Prediction Error Coding in Reinforcement Learning in Humans. The Journal of Neuroscience, 45(19), e1972242025.
Huvermann, Dana M.; Berlijn, Adam M.; Thieme, Andreas; Erdlenbruch, Friedrich; Groiss, Stefan J.; Deistung, Andreas; Mittelstaedt, Manfred; Wondzinski, Elke; Sievers, Heike; Frank, Benedikt; Göricke, Sophia L.; Gliem, Michael; Köhrmann, Martin; Siebler, Mario; Schnitzler, Alfons; Bellebaum, Christian; Minnerop, Martina; Timmann, Dagmar & Peterburs, Jutta
