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anderen Modalit¨atspaarungen (auditiv-taktil, visuell-taktil) wurde entsprehend

ver-fahren.Dieraemodel-TestssindindenAbbildungen2.2–2.4wiedergegeben.

InallenModalit¨atspaarungenzeigtesihein ahnlihes¨ Bild:Derklassisherae

model-Test ohne Ber¨uksihtigung der Modalitatswehselkosten¨ (a) lieferte jeweils

einendeutlihenHinweisaufKoaktivierung.WurdendieModalit¨atswehselkosten

be-r¨uksihtigt(b–d),sankdas AusmaßderKoaktivierung,wasanderkleinerenAnzahl

signikanterbinszuerkennenist.DieVerletzungdesraemodelbliebjedohinallen

Bedingungenbestehen.

a

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

classical

A V A+V bimod

b

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

unswitched

A−A V−V A−A+V−V bimod

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

after A

A−A A−V A−A+A−V bimod

d

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

after V

V−V V−A V−V+V−A bimod

Abbildung2.2:Raemodel-Test,auditiv-visuelleVersuhsbedingung.(a)AlleStimuli

wurdenverwendet(

”

klassisheVariante“), dieModalit¨

atswehselkos-tenbleibendemnahunberuksihtigt.¨ EsisteinedeutliheVerletzung

desraemodelerkennbar.(b)ModizierteVariante,indernurStimuli

ohne Modalit¨atswehselausgewertet werden. Es bleibt ein deutliher

Koaktivierungseffekt bestehen. (/d) Die Verletzung des rae model

bleibtauh beideniertemVorg¨angerreizerkennbar. Der Untershied

zwishendenReaktionszeitenauf auditiveund visuelleReizewirdin

() noh verst¨arkt, weil die ohnehin bereits langsameren Reaktionen

aufvisuelleReize zus¨atzlih durhdieModalit¨atswehselkostennah

einemauditivenReizgebremstwerden.DurhdiesenEffektsinktauh

dasAusmaßderKoaktivierung.

a

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

classical

A T A+T bimod

b

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

unswitched

A−A T−T A−A+T−T bimod

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

after A

A−A A−T A−A+A−T bimod

d

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

after T

T−T T−A T−T+T−A bimod

Abbildung2.3:Rae model-Test, auditiv-taktile Versuhsbedingung. (a) Alle Stimuli

wurden verwendet (

”

klassishe Variante“). Es ist eine deutlihe V

er-letzung des rae model erkennbar, der Test zeigt Koaktivierung an.

(b) Modizierte Variante, in die nur Stimuli ohne Modalit¨atswehsel

eingehen.EsbleibtdeutliheKoaktivierungbestehen.(/d)DieV

erlet-zungdes rae modelbleibt auhbei deniertemVorg¨angerreiz

beste-hen,wirdabergeringer.

a

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

classical

V T V+T bimod

b

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

unswitched

V−V T−T V−V+T−T bimod

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

after V

V−V V−T V−V+V−T bimod

d

0 5 10 15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p < .05 p < .01

RT [bins]

CDF %

after T

T−T T−V T−T+T−V bimod

Abbildung2.4:Rae model-Test, visuell-taktile Versuhsbedingung. (a) Alle Stimuli

wurdenverwendet(

”

klassisheVariante“).EsisteinedeutliheV

erlet-zungdesraemodelerkennbar,derTestzeigtdaherKoaktivierungan.

(b) Modizierte Variante, in die nur Stimuli ohne Modalit¨atswehsel

eingehen.DasAusmaßderVerletzungdesraemodelsinkthierdurh

etwas, trotzdem bleibt deutlihe Koaktivierung erkennbar. (/d) Die

Verletzung des rae model bleibt auh bei deniertem Vorg¨angerreiz

bestehen.

undvisuell-taktileunimodaleundbimodaleReizewurdejeweilsdeutlihe

Koaktivie-rungbeobahtet,wenndieModalit¨atswehselkostenunber¨uksihtigtblieben;der

Re-aktionszeitgewinnbeidenredundantenReizenwardemnahh¨oheralsdurhdasrae

modelvorhergesagt.GleihzeitigwurdendeutliheModalit¨atswehselkosten

beobah-tet. Die Annahme, dass der Koaktivierungseffekt zumindest teilweise durh

Moda-lit¨atswehselkostenerkl¨artwerdenkann,konntebest¨atigtwerden:DurhdieKorrektur

derModalit¨atswehselkostensankensowohlderRedundanzgewinn(vgl.Tab. 2.2)als

auhdasAusmaßderraemodel-Verletzung(Abb.2.2–2.4).Trotzdembliebdeutlihe

Koaktivierung erkennbar, die Reize aus den untershiedlihen Modalit¨aten sheinen

alsoanirgendeinerStationderkognitivenVerarbeitungintegriertzuwerden.

Wie in Tabelle 2.2 ersihtlih, waren auh die Reaktionen auf bimodale Reize

etwas shneller (a. 10 ms, p<:05), wennder bimodale Reiz einem anderen

bimo-dalen Reiz folgte (dieser Effekt wurde allerdings nur in der auditiv-visuellen und in

derauditiv-taktilenVersuhsbedingungbeobahtet).DieserEffektkanninnerhalbdes

rae model erkl¨artwerden: Beim wiederholtenbimodalen Reiz sind beide

Stimulus-komponentenvoraktiviert,sodassbeideSignaleshnellerverarbeitetwerden.Wiebei

densimuliertenReaktionszeiteninAbbildung 2.1ersihtlih (A—AVundAV—AV),

f¨uhrtdieserEffektauhohneKoaktivierungzushnellerenReaktionenaufwiederholte

bimodaleReize.Die

¨

UbereinstimmungdiesesempirishenBefundesmitden

Simulati-onsergebnissenmahtplausibel,dassdieModalitatswehselkosten¨ wieinder

Simula-tionaneinervergleihsweisefruhen¨ StationderkognitivenVerarbeitunganfallen,d.h.

bevordieInformationenausdenbeidenSinneskan¨alenintegriertwerden.

ereigniskorrelierten Potentialen

3.1 Hintergrund

Die Messung von ereigniskorrelierten Potentialen(EKPs, f¨ur eine Einf¨uhrungin die

Methodevgl.Coles&Rugg,1995)liefertAbbilderneuronalerVorg¨angeinFormvon

Potentialver¨anderungen auf der Kopfober¨ahe. Die gemessenen Potentiale spiegeln

imWesentlihendiesummiertepost-synaptisheAktivit¨atsenkrehtzurKopfober¨

a-heorientierterNeuronenverb¨andewider.Siehabendahereinerelativgeringer¨

aumli-heAufl¨osung,einetypisheElektrodenmontagebestehtz.B.aus64aufder

Kopfober-¨aheverteiltenElektroden.Gleihwohlistesm¨oglih,diePotentialemithoher

zeitli-herAufl¨osung(z.B.500Hz)abzuleiten,sodassmanimIntervallzwishenStimulus

undReaktion eine großeInformationsmengegewinnenkann, bei einer Reaktionszeit

von300msentsprehend64(Elektroden) 150(Messungeninnerhalb300ms)

Da-tenpunkte. Hierdurherh¨altman wihtigeHinweise uber¨ die ArtundWeise, wiedas

Endprodukt

”

Reaktionszeit“zustandekommt(Colesetal.,1995).

IndieserTeilstudiewirdgezeigt,wiemanEKPszurUntersuhung

multisensori-sherIntegrationsprozesseeinsetzenkann.InUntersuhungenmultisensorisher

Inter-aktionenmitereigniskorreliertenPotentialen(EKPs)werdenh¨augdieEKPsauf

uni-undbimodaleReizegemessen,umdanndasbimodalevoziertePotential(AV)mitder

Summe der unimodalevozierten Potentiale(A, V) zu vergleihen. Was ubrig¨ bleibt,

wirdalsmultisensorisheInteraktion(MSI)bezeihnet:

AV (A+V)=MSI (3.1)

DieseMethodewurdevonBarth,Goldberg,BrettundDi(1995)eingef¨uhrt.Barth

et al. untersuhten auditiv-visuelle Interaktionen mit EEG-Ableitungen auf der

Kor-texober¨ahe von Ratten. Gleihung 3.1 basiert auf folgender

¨

Uberlegung: Werden

die Informationen aus dem auditivenund visuellen System voneinanderunabh¨angig

verarbeitet,solltesihdasauditiv-visuellevoziertePotential(AV)nihtvonder

Sum-me der auditiv und visuell evozierten Potentiale untersheidenbzw. sollte die

Diffe-renz AV (A+V) Null ergeben. Multisensorishe Interaktionen zwishen den

Sys-temen sollten sih folgerihtig in einem Ergebnis ungleih Null widerspiegeln. Bei

EKP-Untersuhungen am Menshen wurden mit dieser Methode Wehselwirkungen

zwishendemauditivenunddemvisuellenSystem(Fort, Delpueh,Pernier&Giard,

2002; Giard & Peronnet, 1999; Molholm et al., 2002), zwishen dem auditiven und

taktilenSystem(Foxeetal., 2000;Okajima, Chino, Takahashi &Kimura, 1995)und

zwishendemvisuellenundtaktilenSystemberihtet(Sh¨urmann, Kolev,Menzel&

Yordanova, 2002; Okajima et al., 1995). Auff¨allig ist, dass die Interaktionen h¨aug

bereitszusehrfruhen¨ ZeitpunktenderStimulusverarbeitungbeobahtetwurden,z.B.

bereits 40 ms nah Stimulusdarbietung in der Untersuhung von Giard und

Peron-net (1999). Die gleihe Subtraktionsmethode wurde auh mit bimodalen

Standard-Target-Differenzen ([AV S ℄ [A S℄ [V S℄, vgl. Shr¨oger & Widmann, 1998),

beiUntersuhungenmitMagnetenzephalographie(Gobbel´eetal.,2002;Lutkenh¨¨ oner,

Lammertmann,Sim˜oes&Hari, 2002;Raij,Uutela&Hari,2000;Supeketal.,1999),

mit funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI, Calvert et al., 1999; Calvert,

Campbell&Brammer,2000;Calvert,Hansen,Iversen&Brammer,2001;Foxeetal.,

2002), bei EEG-Untersuhungen im Frequenzraum (Sakowitz, Sh¨urmann & Bas¸ar,

2000;Sakowitz,Quiroga,Sh¨urmann&Bas¸ar,2001)undbeireinviseullen

Fragestel-lungenverwendet(Miniussietal.,1998;Murrayetal.,2001).

Die geshilderte Vorgehensweise ist jedoh in folgendem Punkt problematish

(Teder-S¨alej¨arvietal.,2002;Iaobini,Ptito,Weekes&Zaidel,2000):Davom

auditiv-visuellevoziertenPotentialzweiandereabgezogenwerden(AEP,VEP), erfordertdie

Subtraktionsmethodestreng genommen, dass dieEKPs/MEGs/fMRI-Datensatze¨ von

A,VundAVkeinerleigemeinsameAktivit¨atenthalten.EssindjedohvieleBeispiele

f¨urdiesegemeinsameAktivit¨atdenkbar,z.B.eineontingentnegativevariation(CNV,

Walter,Cooper,Aldridge,MCallum&Winter,1964),diedieErwartungdesn¨ahsten

Stimulus widerspiegelt, oder sp¨atere EKP-Komponenten wie z.B. P300, motorishe

Bereitshaftspotentialeusw. DiesegemeinsameAktivit¨at(C) istgleihermaßenin A,

Vund AVenthalten undwird im AusdrukAV (A+V ) daherdoppelt abgezogen:

AVC (AC+VC).DasErgebnisdiesesAusdruksspiegeltdamitnihtnurdieW

eh-selwirkung zwishen den Sinnessystemen wider, sondern wird zus¨atzlih durh C

kontaminiert:

AVC (AC+VC )=MSI C (3.2)

Die CNV stellt vor allem dann ein Problem dar, wenn eine Baseline-Korrektur

durhgef¨uhrt wird: Die Werte eines normalen EEG-Signals shwanken im Bereih

–50µV...50µV. UmdasSignaldigitalisierenzu k¨onnen,muss eszun¨ahstverst¨arkt

werden,beiereigniskorreliertenPotentialenwerdentypisherweiseFrequenzenim

Be-reih0.1Hz...100Hzverst¨arkt.DieniedrigeuntereGrenzfrequenz(0.1Hz)hat

aller-dingszurFolge, dassGleihspannungen,die z.B. durhPolarisierungender

Elektro-denoderShwitzenderVersuhpersonentstehen,eineWeile imEEG-Signalsihtbar

sindund nurlangsam ausklingen:So sindbei einemHohpassltermit einer

Grenz-frequenz von 0.1 Hz nah a. 3 s noh rund 10% einer konstanten Gleihspannung

sihtbar.UmsolheGleihspannungsanteilezueliminieren,werdenbeider

Datenaus-wertungEEG-SegmentenihtnurnaheinemStimulus,sondernbereitsz. B.100ms

vordemStimulusausgeshnitten. DieserPr¨astimulus-Abshnitt(

”

Baseline“)wirdals

Nullpunktdeniert,fur¨ jedeElektrodegemitteltundvomGesamtsegmentabgezogen.

Diessetztallerdingsvoraus,dassimPr¨astimulus-Abshnittkeinesystematishe

neuro-naleAktivit¨atauftritt(Besle,Fort&Giard,2004).VorallemwenndieStimuliineinem

festenRhythmuspr¨asentiertwerden(wiez.B.inCalvertetal.,1999;Fortetal.,2002;

Foxe etal., 2002; Giard& Peronnet, 1999; Gobbel´eet al., 2002;Lutkenh¨¨ oneret al.,

2002;Raijetal.,2000;Sh¨urmannetal.,2002), kannimgemitteltenEKPeineCNV

beobahtetwerden,diedieErwartungeineskommendenReizeswiderspiegelt.Streng

genommenisteineBaseline-Korrekturalsounzul¨assig, wenneineCNVindenDaten

erkennbarwird:DieSubtraktionderdurhdieCNVbedingtenNegativierungfuhrt¨ in

diesemFallzueinerartiziellenPositivierungimgemitteltenEKP.

Wendet man Gleihung 3.1 auf gemittelte auditiv, visuell und bimodal

evozier-te Potentiale an, wird die artizielle Positivierung doppelt abgezogen und ersheint

dann gem¨aß Gleihung 3.2 wieder als Negativierung im Subtraktionsterm, was

ei-nesheinbare fr¨uhe multisensorisheInteraktion mitrampenartigemVerlauf erzeugt.

Teder-S¨alej¨arvietal.(2002)demonstriertendiesenEffekt, indemsieuntershiedlihe

Intervallef¨urdieBaseline-Korrekturverwendeten:WurdederAbshnitt–100...0ms

f¨urdie Baseline-Korrektur verwendet, zeigte dasDifferenz-EKP nah Gleihung 3.1

bereits20msnahStimulusdarbietungmultisensorisheInteraktionenan. Wurde

hin-gegenderAbshnitt–100...–50msf¨urdieBaseline-Korrekturverwendet,untershied

sih das Differenz-EKP nah Gleihung 3.1 bereits 10 ms nah Stimulusdarbietung

signikantvonNull.

UmdenFehlerdurhdiedoppeltsubtrahierteCNVzukorrigieren,wendetenT

e-der-S¨alej¨arvi et al. (2002) einen Hohpasslter auf die gemittelten EKPs an. Durh

dieseKorrekturvershwandenfruhe¨ multisensorisheInteraktionen,wodurheine

ers-testabile multisensorisheInteraktion a. 160 ms nahStimulusdarbietungan

parie-talen Elektroden beobahtet wurde. Die Anwendung eines Hohpasslters mag im

FallderCNVangemessensein,obwohlderFiltersiherlihauhandere,A-,V-oder

AV-spezishe,Signalkomponenteneliminiert(Fort&Giard,2004).Wiederum

ande-regemeinsameEKP-Komponenten(z.B.dieP300)werdenvomFilternihterfasst,so

dassderHohpasslterallenfallsals

”

NotlosungҬ angesehenwerdensollte.

In dervorliegendenTeilstudie wirdeine Alternativmethodezur Berehnung

au-ditiv-visuellerInteraktionenbeiereigniskorreliertenPotentialenvorgeshlagen.Diese

Methode zeihnet aus, dass zwei EKPs von zwei anderen EKPs subtrahiert werden,

wodurhdiegemeinsameAktivit¨atCeliminiertwird.DerneueEKP-Vergleihkannin

zweiShrittenhergeleitetwerden:IneinemerstenShrittwirdGleihung3.1 umdas

EKP-Signal, das durheinen Nullstimulus (NS, also wenn gar kein Reiz dargeboten

wird)ausgel¨ostwird,erweitert:

(NS+AV) (A+V)=MSI (3.3)

Dies lost¨ das Problem der gemeinsamen Aktivit¨at allerdings noh niht, denn

derNullstimulusl¨ostnihtC,sonderneventuellseinerseitsspezisheEKP-Aktivit¨at

aus(z.B.einmissingstimulusrelatedpotential,MSRP,Busse&Woldorff,2003;

Sim-son,Vaughan&Ritter,1976).Gleihung3.3enth¨altdaherehernohmehrartizielle

Anteile:

(NS+AVC ) (AC+VC )=MSI C+MSRP (3.4)

DeswegenwerdenineinemletztenShrittdievierbeteiligtenStimuli(NS,AV,A,

V)umeinentaktilenReizerg¨anzt(NS!T,AV!TAV,A!TA,V!TV):

(T+TAV) (TA+TV)=MSI (3.5)

K¨onnendieWehselwirkungenzwishendemauditivenundvisuellenSystemmit

diesemAusdrukbestimmtwerden?DieunimodalenStimulusanteile(2T, AundV

aufderlinkenSeite;2T,AundVaufderrehtenSeite)subtrahierensihzuNull.Im

trimodalenReizTAVsindalledreibisensorishenWehselwirkungendenkbar:Das

au-ditiveSystemkonnte¨ mitdemvisuellenSysteminteragieren,dasauditivemitdem

so-matosensorishen,unddasvisuellemitdemsomatosensorishenSystem.Die

auditiv-taktileInteraktionistauhimSubtrahenden(TA)enthalten,ebenfallsdievisuell-taktile

Interaktion(TV),sodassinGleihung3.5dieauditiv-visuelleInteraktionisoliertwird

(vgl.Tab.3.1).

Tabelle3.1:MultisensorisheInteraktioneninderneuen(T+TAV) (TA+TV)und

inderaltenAV (A+V)Vergleihsmethode

(T+TAV) (TA+TV)

Vorzeihen EKP C SEP AEP VEP TA TV AV TAV

+ T + +

+ TAV + + + + + + + (+)

– TA – – – –

– TV – – – –

Differenz + (+)

AV (A+V)

Vorzeihen EKP C SEP AEP VEP TA TV AV TAV

+ AV + + + +

– A – –

– V – –

Differenz – +

Anmerkung.

SEP,AEP,VEP:somatosensorish,auditiv,visuellevoziertesPotential

Theoretish w¨are auh eine trisensorishe Wehselwirkung im trimodalen Reiz

TAV denkbar. Welhen Nutzen k¨onnte der Organismus von trisensorishen

Interak-tionenhaben, dieuber¨ diepaarweisenbisensorishenInteraktionenhinausgehen?Die

DetektionvonshwahentrimodalenReizenderAußenweltw¨urdehiervonwenig

pro-tieren:SelbstwennalledreiReizkomponentenvonsehrshwaherIntensit¨atw¨aren,

w¨urdederSinneseindrukbereitsdurhbisensorisheWehselwirkungenhinreihend

verst¨arkt. Eine weitere trisensorishe Wehselwirkung w¨are hierbei zumindest niht

mehrnotwendig.TrisensorisheInteraktionenimErgebnisvonGleihung3.5konnen¨

jedohniht ausgeshlossenwerden, z.B. beobahteten Wallae etal. (1992)bei a.

6%der ZellenimColliulus superiorReaktionenauftrisensorisheStimuli.Zu

Pro-zessen wie spezishe Antwortverst¨arkung oder -hemmung (response enhanement,

responsedepression)auftrimodaleReizeliegennohkeineUntersuhungenvor.

In der vorliegenden Teilstudie wurden daher zus¨atzlih Reaktionszeiten erfasst,

umausihneneventuelleHinweiseauftrisensorisheInteraktionenzugewinnen.

Hier-f¨ur wurde der rae model-Test (Miller, 1982) f¨ur trimodaleKoaktivierung erweitert.

DieErgebnissewurdenbereitsseparat inKapitel1 dargestellt:Es ergabensih keine

HinweiseaufspezishtrisensorisheRedundanzgewinne.Dasshließttrisensorishe

InteraktionenaufneuronalerEbenezwarnihtg¨anzlihaus,mahtsieaberzumindest

wenigerwahrsheinlih.