Macroscopic Oscillatory Neuronal Correlates of Phantom Perception

• Applicant: Professor Dr. Nathan Weisz
• Subject Area: Personality Psychology, Clinical and Medical Psychology, Methodology
• Term: from 2008 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 64734529

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Die Ausgangsfragestellung, die am Anfang des Projekts stand, war wie intrinsische neuronale Aktivität alleine mit konkreten sensorischen Bewusstseinszuständen einhergehen kann. Ein klinisch relevantes Beispiel in diesem Zusammenhang ist Tinnitus, wo es zur Wahrnehmung eines akustischen Signals kommt, der durch keinen objektivierbaren physikalischen Reiz erklärt werden kann. Neben diesem klinischen Phänomen untersuchte das Projekt diverse illusorische Wahrnehmungsphänomene bei Gesunden. Dabei wurden Gehirnaktivität mittels noninvasiver elektrophysiologischer Verfahren untersucht und daraus gewonnene Hypothesen u.a. auch mit Neurostimulationsverfahren nachverfolgt. Insgesamt konnte das Projekt wesentliche Erkenntnisfortschritte erbringen, wobei die wichtigsten nachfolgend aufgelistet sind: • Unsere Studien illustrieren die Existenz eines "Alpha"-Rhythmus im auditorischen Kortex, der ähnliche Charakteristika aufweist zum Rhythmus in der visuellen Modalität. U.a. hängt eine schwächere Ausprägung dieser Gehirnaktivität mit einer erhöhten Erregbarkeit zusammen bzw. eine höhere Ausprägung mit einem Zustand relativer Inhibition. • Diese Eigenschaft kann durch kognitive Prozesse wie Aufmerksamkeit eingesetzt werden um auditorische Gehirnregionen in funktionell relevante Zustände zu versetzen, die mit entsprechenden Modulationen von Alpha Aktivität einher gehen. • Allen voran frontale und parietal Regionen sind an diesen top-down Modulationen beteiligt. • Der ständig fluktuierende Alpha Zustand in auditorischen Regionen prädisponiert normalhörende Personen zu illusorischen akustischen Wahrnehmungen. • Dies ist konform mit der Beobachtung reduzierter Alpha Aktivität bei Tinnitus-Betroffenen. Eine Normalisierung von Alpha-Aktivität z. B. durch Neurofeedback oder Neurostimulation führt zu einer Reduktion von Tinnitussymptomen. Ein besseres Verständnis der Alpha-generierenden Prozesse im auditorischen Kortex sowie ihrer Modulationsmöglichkeiten könnte perspektivisch zu wirksameren Behandlungsmethoden von Tinnitus führen.

Publications

• (2009). Abnormal resting-state cortical coupling in chronic tinnitus. BMC Neuroscience, 10:11
  Schlee, W., Hartmann, T., Langguth, B., & Weisz, N.
  
• (2009). Mapping cortical hubs in tinnitus. BMC Biology, 7:80
  Schlee, W., Müller, N., Hartmann, T., Keil, J., Lorenz, I., & Weisz, N.
  
• (2010). Localization of the magnetic equivalent of the ERN and induced oscillatory brain activity. NeuroImage, 51, 404-411
  Keil, J., Weisz, N., Paul-Jordanov, I., & Wienbruch, C.
  
• (2010). Short-term effects of single repetitive TMS sessions on auditory evoked activity in patients with chronic tinnitus. Journal of Neurophysiology, 104, 1497-1505
  Lorenz, I., Müller, N., Schlee, W., Langguth, B., & Weisz, N.
  
• (2011). Probing of Brain States in Real-Time: Introducing the Console Environment. Frontiers in Psychology, 2: 36
  Hartmann, T., Schulz, H., & Weisz, N.
  
• (2011). Rapid increases of gamma power in the auditory cortex following noise trauma in humans. European Journal of Neuroscience, 33, 568-575
  Ortmann, M., Müller, N., Schlee, W., & Weisz, N.
  
• (2012). Lateralized auditory cortical alpha band activity and interregional connectivity pattern reflect anticipation of target sounds. Cerebral Cortex, 22(7), 1604-1613
  Müller, Nadia & Weisz, Nathan
  
• (2012). On the variability of the McGurk Effect: Audiovisual integration depends on prestimulus brain states. Cerebral Cortex, 22, 221-231
  Keil, J.; Muller, N.; Ihssen, N. & Weisz, N.
  
• (2013). rTMS induced tinnitus relief is related to an increase in auditory cortical alpha activity. PLoS One, 8(2): e55557
  Müller, Nadia; Lorenz, Isabel; Langguth, Berthold & Weisz, Nathan
  
• (2013). You can't stop the music: reduced auditory alpha power and coupling between auditory and memory regions facilitate the illusory perception of music during noise. Neuroimage, 79, 383-393
  Müller, Nadia; Keil, Julian; Obleser, Jonas; Schulz, Hannah; Grunwald, Thomas; Bernays, René-Ludwig; Huppertz, Hans-Jürgen & Weisz, Nathan
  
• (2014). Now I am ready - now I am not: the influence of pre-TMS oscillations and corticomuscular coherence on motor evoked potentials. Cerebral Cortex, 24, 1708-1719
  Schulz, H.; Ubelacker, T.; Keil, J.; Muller, N. & Weisz, N.
  
• (2014). Oscillatory alpha modulations in right auditory regions reflect the validity of acoustic cues in an auditory spatial attention task. Cerebral Cortex, 24, 2579-2590
  Weisz, N.; Muller, N.; Jatzev, S. & Bertrand, O.
  
• (2015). Listen to yourself: The medial prefrontal cortex modulates auditory alpha power during speech preparation. Cerebral Cortex, 25, 4029-4037
  Müller, Nadia; Leske, Sabine; Hartmann, Thomas; Szebényi, Szabolcs & Weisz, Nathan
  
• (2015). Prestimulus network integration of auditory cortex predisposes near-threshold perception independently of local excitability. Cerebral Cortex, 25, 4898-4907
  Leske, Sabine; Ruhnau, Philipp; Frey, Julia; Lithari, Chrysa; Müller, Nadia; Hartmann, Thomas & Weisz, Nathan