4.1. Probanden
20 gesunde Versuchspersonen (10 männlich, 10 weiblich, im Alter zwischen 19 und 29 Jahren, durchschnittliches Alter 25,2 Jahre, Rechtshänder) mit normaler bzw. korrigierter Sehstärke wurden aus der Versuchspersonendatenbank des Max Planck Instituts für Kogni-tions- und Neurowissenschaften, Leipzig, ausgewählt und zur Teilnahme an dem Versuch eingeladen. Die Teilnehmer wurden finanziell entschädigt. Den Teilnehmern wurde aus Gründen des Datenschutzes ein Code bestehend aus dem Geburtsdatum der Mutter und den Initialen des Vaters zugeordnet.
4.2. Aufgabe
Die Probanden mussten ein häufig genutztes Paradigma in der Erforschung exekutiver Kontrolle bearbeiten. Es handelte sich dabei um ein Aufgabenwechselparadigma mit expli-ziten Hinweisreizen (vgl. Goschke, 2000), welches aus unterschiedlichen Kombinationen aus je einem Hinweisreiz (Raute oder Rechteck) und einem Zielreiz (den Zahlen 1, 3, 6 oder 8) bestand. Der Hinweisreiz teilte dem Probanden mit, welche der folgenden beiden Aufgaben er auf die danach präsentierte Zahl anwenden musste:
• "Größer/Kleiner-Aufgabe": Der Proband muss entscheiden, ob die präsentierte Zahl größer oder kleiner 5 ist.
• "Gerade/Ungerade-Aufgabe": Der Proband muss entscheiden, ob die dargebotene Zahl gerade oder ungerade ist.
Die Bedeutung der Hinweisreize wurde dabei zwischen den Probanden ausbalanciert und die Wechsel zwischen den Aufgaben erfolgten randomisiert. Ein relativ langes Cue-Stimulus Intervall (1200 ms) wurde eingerichtet, um eine ausreichende Vorbereitung der Probanden auf die jeweilige Aufgabe zu ermöglichen. Die Antwortabgabe erfolgte via Tas-tendruck (rechts/links), wobei die Belegung der Tasten folgendermaßen erfolgte: Gerade und kleiner linke Taste, ungerade und größer rechte Taste.
Dieses Vorgehen erzeugte ausschließlich inkongruente Stimuli. Die Präsentation der Zahl 1 führt so zum Beispiel unter Geltung der Größer/Kleiner-Aufgabe zu einer Reaktion mit-tels der linken Antworttaste, unter Geltung der Gerade/Ungerade-Aufgabe hingegen zu
einer Reaktion mittels der rechten Antworttaste. Um eine für die statistische Analyse aus-reichende Fehlerrate (angestrebt waren 20-30%) zu erreichen, wurde mittels eines auditori-schen Feedbacks den Probanden eine Rückmeldung bezüglich ihrer Reaktionszeiten (zu langsam bzw. im Zeitrahmen) gegeben, um so eine gewissen Zeitdruck zu etablieren. Die Bestimmung der Reaktionszeitgrenze, ab der eine Antwort als verspätet galt, erfolgte indi-viduell für jeden Probanden im Rahmen einer vorgelagerten Trainingssitzung. Auch wäh-rend der Durchführung des eigentlichen Experimentes bestand zwischen größeren Einhei-ten von Versuchsdurchgängen die Möglichkeit, die Deadline an die Leistung des Proban-den anzupassen, so dass unter Berücksichtigung von verspäteten und falschen Antworten eine sinnvolle Bearbeitung der Aufgabe gewährleistet werden konnte.
4.3. Stimuli
Anhang B zeigt die verwendeten Stimuli. Es kamen Hinweisreize ("Cues") und Zielreize ("Targets") zum Einsatz.
4.3.1. Hinweisreize
Als Hinweisreize, die signalisierten, welche Aufgabe die Probanden bearbeiten sollten, dienten ein Rechteck und eine Raute (Linienfarbe weiß, Hintergrundfarbe schwarz, 2,1°
visueller Winkel hoch, 1,5° visueller Winkel breit ), die in der Mitte des Bildschirms prä-sentiert wurden.
4.3.2. Zielreize
Als Zielreize fungierten die Zahlen 1,3,6 und 8, die ebenfalls in der Mitte des Bildschirms präsentiert wurden (wiederum weiße Schrift auf schwarzem Grund, 2,1° visueller Winkel hoch, 1,5° visueller Winkel breit).
4.3.3. Auditorisches Feedback
Um die Probanden über die zeitlich korrekte Abgabe ihrer Antwort zu informieren, erhiel-ten diese nach Taserhiel-tendruck (mit einem zeitlichen Abstand von 500 ms) bei einer zeitlich korrekten Antwort einen hohen Ton (1000 Hz), bei einer verspäteten Antwort einen tiefen Ton (500 Hz). Die Einführung eines zeitlichen Abstandes zwischen Antwort und auditori-schem Feedback erscheint dabei aus zweierlei Hinsicht empfehlenswert: a. um die Mes-sung der ERN nicht durch ein auditorisches ereigniskorreliertes Potential (EKP) zu gefähr-den; b. es konnte eine ERN bei Überschreiten der Reaktionszeitdeadline in entsprechenden
Hinweisreiz, 300ms.
Intervall, 1200 ms.
Stimulus, 150 ms.
Reaktionszeitgrenze, adaptiv
Feedback Zeitlich korrekt: 1000 Hz., 150 ms.
Verspätet: 500 Hz., 150 ms.
Response
Antwort-Hinweisreiz Intervall, 1000 ms.
Reaktionszeitaufgaben gezeigt werden (Johnson, Otten, Boeck & Coles, 1997; Luu, Flaisch & Tucker, 2000; Pailing, Segalowitz & Davies, 2000).
4.4. Zeitlicher Ablauf
Die Probanden sahen zunächst für die Dauer von 306,5 ms den jeweiligen Hinweisreiz (Raute oder Rechteck), der von einem 1200 ms Intervall gefolgt wurde. Der Zielreiz wurde für 159,9 ms dargeboten, woraufhin der Proband für eine vorher individuell bestimmte Zeitdauer (Deadlineprozedur) die Gelegenheit hatte, eine zeitlich korrekte Antwort ab-zugeben (bis maximal 1000 ms nach dem Stimulus wurde eine Antwort registriert, bei Re-aktionszeitgrenzenüberschreitung als "late", sonst (Reaktionszeit >1000 ms) als "miss").
Nach einem fixen Intervall von 500 ms nach der Antwort erfolgte für die Dauer von 150 ms die Präsentation des zuvor beschriebenen auditorischen Feedbacks. Insgesamt sollte nach der Response eine Inter-Trial Intervall von 1000 ms gewährt werden, weswegen die verbleibende Zeit (1000 ms – (500 ms Response-Feedback Intervall + 150 ms auditori-sches Feedback) = 350 ms) bis zum nächsten Trial ein schwarzer Bildschirm erschien. Ab-bildung 2 gibt einen vereinfachten schematischen Überblick über den zeitlichen Ablauf und die Organisation der experimentellen Aufgabe.
Abb. 2. Schematische Darstellung des Experimentalab-laufes
4.5. Organisation
Im Rahmen einer Trainingssitzung erhielten die Probanden die Gelegenheit, sich mit der Aufgabe vertraut zu machen. Hierzu führten sie zunächst 5 Blöcke (ein Block beinhaltete dabei 64 Einzeldurchgänge) der Aufgabe ohne Zeitdruck (Reaktionszeitgrenze 2000 ms) durch. Die nächsten 5 Blöcke erhielten als Reaktionszeitgrenze die Median-Reaktionszeit aus Block 5 des vorherigen Durchgangs. Die in Block 5 (bzw. Block 10 insgesamt) dieses zweiten Durchgangs ermittelte Median-Reaktionszeit diente dann als Reaktionszeitgrenze in den folgenden beiden Sitzungen mit EEG Messung. Im Rahmen der EEG Messung führ-ten die Probanden in der Regel 2 Sitzungen mit jeweils 15 Blöcken zu 64 Einzeldurchgän-gen (d.h. eine Gesamtmenge von 1920 EinzeldurchgänEinzeldurchgän-gen) durch. Aufgrund zu geringer Anzahl von Versuchsdurchgängen in einigen Versuchskombinationen wurden 7 Probanden zu einer dritten Sitzung einbestellt (diese bestand aus 20 Blöcken zu je 64 Einzeldurchgän-gen; das heißt diese Teilnehmer absolvierten insgesamt 3200 Einzeldurchgänge). Eine Ver-suchsperson führte im Rahmen einer regulären EEG Testsitzung aufgrund eines günstigen Zeitverlaufs 20 anstatt 15 Blöcke des Experimentes durch (das entspricht 2240 Einzel-durchgängen).
Sowohl vor Durchführung des Trainings als auch vor den EEG Messungen erhielten die Probanden standardisierte schriftliche Instruktionen (siehe Anhang A), in welchen sie zur weiteren Erhöhung der Fehlerrate angewiesen wurden, mehr auf die Geschwindigkeit und weniger auf die Genauigkeit ihrer Antwort zu achten. Nach Abschluss jeder EEG Messung erfolgte eine schriftliche Nachbefragung (von jedem Teilnehmer liegen somit mindestens 2, höchstens 3 Nachbefragungen vor) zu Gestaltung, Organisation und Ablauf der Ver-suchsaufgabe. Am Ende der zweiten EEG Sitzung wurden die Probanden in die Zielset-zung der Studie eingeweiht. Diejenigen Probanden, die zu einer dritten EEG TestsitZielset-zung einbestellt wurden zeigten jedoch keinerlei Anzeichnen von Erinnern bezüglich der Ziel-setzung der Studie, so dass nicht von einem Einfluss der Einweihung am Ende von Testsit-zung 2 auf die dritte TestsitTestsit-zung auszugehen ist.
4.6. EEG Ableitung
Die Erhebung der EEG-Daten erfolgte mit 53 Ag/Ag-CL Elektroden, angeordnet nach dem 10-20 System (Jasper, 1958; vgl. Anhang C), an der Kopfoberfläche. Die Benennung der Elektroden basiert auf der Standardnomenklatur, beschrieben in Sharbrough, Chatrian, Lesser, Lüders, Nuwer & Picton (1990). Im Einzelnen wurde an folgenden Stellen der Kopfoberfläche gemessen: FP1, FPZ, FP2, AF7, AF3, AFZ, AF4, AF8, F7, F5, F3, FZ, F4, F6, F8, FT7, FC5, FC3, FCZ, FC4, FC6, FT8, T7, C5, C3, CZ, C4, C6, T8, TP7, CP5, CP3, CPZ, CP4, CP6, TP8, P7, P5, P3, PZ, P4, P6, P8, PO7, PO3, POZ, PO4, PO8, O1, OZ, O2, A1, A2.
Eingebettet waren die Elektroden in eine Elektrodenhaube (Electrocap international). Alle Skalp-Elektroden wurden zu dem linken Mastoid (A1) referenziert und in der weiteren Offline Analyse gegen verbundene Mastoiden (A1 und A2) rereferenziert. Ein bipolares horizontales Elektrookulogramm (EOGH) wurde mit zwei Elektroden am jeweils äußeren linken und rechten Augenwinkel aufgezeichnet. Ein ebenfalls bipolares vertikales EOG (EOGV) wurde mit Elektroden registriert, die oberhalb und unterhalb des rechten Auges in jeweils mittiger Orientierung angebracht waren. Die Widerstände zwischen Kopfhaut und allen Elektroden wurden unter 5 kΩ gehalten. Die Signale wurden kontinuierlich in einem Band von Gleichstrom bis 71,5 Hz registriert und mit 250 Hz digitalisiert (22 Bit Auflö-sung). Die Versuchsteilnehmer saßen während der Versuchsdurchführung in einer schwach beleuchteten, schallisolierten und elektrisch abgeschirmten Kammer. Die Darbietung des Versuchsmaterials erfolgte auf einem Bildschirm (Sony, 17 Zoll, 75 Hz Bildwiederholfre-quenz) der 112 cm von den Probanden entfernt war. Gesteuert wurde die Darbietung des Reizmaterials von einem Rechner (AMD DURON 750 MHz, 256 MB RAM) mit "Presen-tation" Software (Neurobehavioral Systems). Die Antwortabgabe erfolgte mittels einer durch eine Hand zu bedienenden Zwei-Tasten- Tastatur.
4.7. Allgemeine Auswertungsstrategie
Bei der Auswertung der Verhaltensdaten und der Daten der EEG Messung wurden zwei unterschiedliche "zeitliche" Blickrichtungen angewendet (unabhängige (UV) und abhängi-ge Variable (AV) sind jeweils als solche markiert):
a. im Rahmen der Verhaltensdaten interessiert die Korrektheit der Antwort in Durch-gang N-1 (UV) sowie die Korrektheit (AV) und die Reaktionszeit (AV) der Ant-wort in N. Für Durchgang N ist jeweils auch der Faktor Aufgabenwech-sel/Aufgabenwiederholung (UV) sowie Antwortwiederholung/Antwortwechsel (UV) bedeutsam.
b. im Rahmen der Auswertung der EEG Daten interessiert hingegen die ERN in Durchgang N (AV), sowie die Korrektheit der Antwort (UV) bzw. die Reaktions-zeit in N+1 (UV). Ferner spielten hier der Faktor Aufgabenwech-sel/Aufgabenwiederholung in N+1 (UV) sowie Antwortwiederho-lung/Antwortwechsel in N+1 eine Rolle (UV).
Um nun bestimmen zu können, welche der interessierenden Faktoren (Genauigkeit, Auf-gabenfolge etc.) zu welchem Zeitpunkt wie gegeben waren, wurden sowohl die behaviora-len als auch die elektrophysiologischen Daten einem (Re-)Kodierungsprozess unterzogen.
Im Falle der behavioralen Daten wurden folgende Faktoren in der Kodierung der Bedin-gungen berücksichtigt (vgl. Tab. 3): Genauigkeit der Antwortabgabe in N-1, Aufgabenfol-ge (N-1 auf N), Antwortwiederholung (N im Vergleich zu N-1, Aufgabenfol-geforderte/Aufgabenfol-gewünschte Antwort als Referenz) und Reaktionszeitperzentil (vgl. Gratton et al., 1988).
Tab. 3. Faktoren der experimentellen Bedingungen der behavioralen Daten Genauigkeit in
N-1 Aufgabenfolge (N-1 zu N)
Antwortwiederholung (N im Vergleich zu
N-1)
Reaktionszeitperzentil der Antwort in N-1
Korrekt oder
Feh-ler Wechsel oder
Wie-derholung Wiederholung oder Wechsel
1 = 20%, 2 = 40%, 3 = 60%, 4 = 80% und 5 = 100%
Wendet man diese Betrachtungen auf die elektrophysiologischen Daten an, so müssen fol-gende Faktoren berücksichtigt werden (vgl. Tabelle 4): Genauigkeit der Antwort in N, Aufgabenfolge (N zu N+1) und Genauigkeit der Antwort in N+1. Eine Einteilung in Reak-tionszeitperzentile erfolgte hier im Sinne eines Mediansplit, das heißt die Antworten in
N+1 wurden dahingehend klassifiziert, ob sie in der ersten oder der zweiten Hälfte der Re-aktionszeitverteilung angesiedelt sind. Da der Faktor Antwortwech-sel/Antwortwiederholung hier keine große Rolle spielt wird er auch nicht gesondert aus-gewiesen.
Tab. 4. Faktoren der experimentellen Bedingungen der elektrophysiologischen Daten Genauigkeit in N Aufgabenfolge (N zu
N+1) Genauigkeit in N+1 Zeitliche Ein-ordnung der Antwort in N+1
Korrekt oder Fehler Wechsel oder
Wie-derholung Korrekt oder Fehler
Erste oder zwei-te 50% der Re- aktionszeitver-teilung