Biopsych

• siehe Abb
• Ergebnisse:
• − Ist diese Bedeutung des Hinweisreizes gelernt, dann ist die Reaktionszeit in
• → validen trials am kürzesten
• → invaliden am längsten.
• ➢ Deutet der Pfeil (der Hinweisreiz) also in die Richtung, in der der Zielreiz tatsächlich erscheinen wird, verbessern sich die Reaktionen der VPn.

Ergebnisse:

−Schnellere Reaktionen auf gecuete Zielreize, also auf Reize, an deren Stelle zuvor ein Hinweisreiz präsentiert wurde.

Allerdings nur dann, wenn Hinweis- und Zielreiz schnell genug hintereinander dargeboten werden.

Sonst: Inhibtion of Return

• Es geht um die Aufgabe, einen Zielreiz (Beispiel: rotes O) unter Distraktoren (Beispiel: grüne Xe) möglichst schnell zu entdecken.
• Dabei kann sich der Zielreiz entweder
  • a) In einem Merkmal von den Distraktoren unterscheiden
    • →Pop- out- Suche
  • b) In einer Merkmalskombination von den Distraktoren unterscheiden
    • →Konjugationssuche
  • Die Pop- out- Suche ist einfacher
  • Maß: Reaktionszeit
  • Ergebnis: zunehmender Anzahl von Stimuli
    • a) Pop-out: Bleibt die Reaktionszeit gleich
    • b) Konjugationssuche: Zeigt sich ein linearer Anstieg der RT 

• Einzelne Merkmalskanäle können präattentiv analysiert werden, eine Merkmalskombination erfordert hingegen räumliche Aufmerksamkeit.
• Bei der Pop- out- Suche kann eine parallele Suche erfolgen.
• Bei der Konjugationssuche wird mittels sequentieller Suche das Display abgetastet.
  • Es muss ein Stimulus nach dem anderen betrachtet werden.
  • Daher nimmt die RT mit steigender Anzahl der Stimuli zu.

• Aufmerksamkeit, die sich auf bestimmte Stimuluselemente richtet unabhängig vom Ort bzw. auch wenn diese am gleichen Ort mit anderen Stimuli präsent sind.
• Man kann also seine Aufmerksamkeit auf Merkmale richten, ohne dass dies eine Verschiebung der räumlichen Aufmerksamkeit bedarf.
• Es könnte sich etwas am Haus verändern ohne das wir es wahrnehmen, weil die Aufmerksamkeit auf dem Gesicht liegt

→ am selben Ort!

• Nur ein kleiner Bereich des Sehfeldes ist scharf
• Fixierung mit den Augen (Punkt, der fokussiert wird, auf den also unsere Augen gerichtet sind, kann besonders scharf wahrgenommen werden

Instruktion variieren

1. Freie Betrachtung
2. Beschreibung der materiellen Umstände der Familie
3. Schätzung des Alters der abgebildeten Personen
4. Beschreibung der vorangegangenen Situation
5. Merken der Bekleidung
6. Merken der Position der abgebildeten Personen
7. Schätzung der Dauer des Zeitraums die der unerwartet Bescuh anwesend war

• Umrechnung der physikalischen Informationen des Bildes
• Diagramm der typischen Kontrolle von Bottom-up Aufmerksamkeit in einer 2 dimensionalen Salienzkarte präsentiert
• Prä-attentive Erkennungsmechanismen (Farbsensitivität, Intensität etc.)
• → Arbeitet parallel
• Winner-take-all network (Entdecken des Punktes mit der höchsten Salienz)

• Verarbeiten der physikalischen Informationen des Bildes
• In verschiedene Kanäle zerlegt → was sitcht heraus?
  • Farbe, Intensität, Orientierung
  • →Am Ende Salienzkarte → Was wird aller Wahrscheinlichkeit nach fixiert
• →Saliente Bildregionen werden tatsächlich bevorzugt betrachtet

• Im Alltag starke Konzentration auf visuelle Informationen (primäre Sinnesmodalität)
• Gut ausgeprägte Verarbeitung visueller Informationen (besser als bei anderen sensorischen Kanälen) 
•  Retinotope Organisation des Okzipitalen Kortex

Ziel: Schnelligkeit der Aufmerksamkeitseffekte feststellen

Methode:

• Quantifizierung (Messen) der elektrokortikalen Veränderungen auf identische Reize unter Manipulation der (verdeckten) Aufmerksamkeit (→ Aufmerksamkeit auf Reiz gerichtet vs. nicht auf Reiz gerichtet)

Ergebnis:

• In Elektroden über dem kontralateralen Okzipitallappen zeigen sich stärkere Amplituden auf beachtete im Vergleich zu nicht-beachteten Stimuli
• erste Effekte treten nach ca. 70 – 100 ms in der P1-Komponente des EKPs auf
• → höhere Komponente wenn Aufmerksamkeit am Ort des Targets liegt 

• Die Aufmerksamkeit wird verdeckt durch einen Cue auf die linke oder rechte Seite gelenkt
• Zielreize im beachteten visuellen Halbfeld zeigen höhere sensorische Aktivierung über kontralateralen EEGElektroden
• →Insbesondere P1 und N1 Komponenten verbunden mit einer besseren Entdeckungsleistung und kürzeren Reaktionszeiten
• Interpretation: Verdeckte visuelle Aufmerksamkeit führt zu einer Verbesserung der sensorischen Verarbeitung
• Je mehr Aufmerksamkeit auf den Ort, an dem das Target erscheint gerichtet ist, desto größer ist der Verarbeitungsvorteil

• Bei kurzen Inter-Stimulus- Intervallen(Latenzeit zwsichen Cue und Target, ISI < 250 ms) kommt es zu einer höheren sensorischen Aktivierung ähnlich wie bei endogener Verschiebung der Aufmerksamkeit
• Bei längeren Intervallen (ISI > 500 ms) kehrt sich dieser Effekt um, keine erhöhten EKP-Komponenten beim entdecken des Targets → elektrokortikales Korrelat der Inhibition of Return 

Methode:

• Probanden blicken auf Mitte des Bildschirms, verschiedene irrelevante Items (Distraktoren, hier: rotes X) bzw. relevante Items (Zielreiz, hier: rotes O) werden durch Testreize hervorgehoben
• Quantifizierung der elektrokortikalen Veränderungen auf diese kurzen Testreize (Cues)

Ergebnis:

• Größere P1 Amplituden wenn der Testreiz am Ort des Targets auftauchte (relevantes Item; hier: rotes O) →Hinweis auf räumliche Allokation (Verschiebung) der Aufmerksamkeit 

Methode:

• Probanden sollen Helligkeitsunterschiede im Schachbrett links oder rechts des Fixationskreuzes entdecken
• Helligkeitsunterschiede treten parallel auf beiden Seiten auf, Proband richtet Aufmerksamkeit Instruktionen folgend auf eine der Seiten

Ergebnis:

• Aufmerksamkeit auf beachtetes Halbfeld verstärkt neuronale Aktivierung in der kontralateralen Hemisphäre
• Effekt ist nicht auf den visuellen Cortex beschränkt, sondern wirkt bereits auf Ebene des Corpus geniculatum laterale → Frühe Aufmerksamkeits-selektion 

• Frage nach visuell abgegrenzten Verarbeitungsarealen und deren Lokation→ Welche Aktivierungsveränderungen können welchen räumlichen Positionen im visuellen Feld zugeordnet werden?
• Aufgabe: Bestimmte Ausschnitte des visuellen Feldes beachten →Messung der Gehirnaktivität mittels fMRT
• Fazit: Benachbarte Orte auf der Netzhaut sind auch an benachbarten Stellen im visuellen Kortex abgebildet/ repräsentiert
• Visuelle Verarbeitungsbereiche können abgegrenzt/zugeordnet werden
• Anordnung im visuellen Kortex punktgespiegelt:
• Reize aus linkem Halbfeld in rechter Hemisphäre (und umgekehrt)
• Reize aus der unteren Hälfte in oberer Hälfte des visuellen Kortex projiziert 

• Sehr spezifische Aktivierung des Cortex durch Cues in bestimmten Bereichen des Gesichtsfeldes
• Bereits auf V1 Aufmerksamkeitseffekte
• Stärkere Effekte auf hierarchisch höheren Verarbeitungsebenen
• Hemmende Effekte auf nichtattendierte Orte

Vorgehen:

• VPn betrachten verdeckt veschiedene Bereiche des visuellen Feldes (Instruktion am Fixationsort)
• VPn sollen anzeigen, wenn in einem Quadrat ein visueller Reiz erscheint
• Außerdem: Messung der Aktivität in retinotopen Arealen der 4 Quadrate

Ergebnis:

• Erhöhte neuronale Aktivität an beachtetem Ort (an dem Reiz erscheint)
• Aber: abgedämpfte Aktivität in V1 an benachbarten Positionen 

Rezeptive Felder:

• Bereich von Sinnesrezeptoren, der an ein einziges nachgeschaltetes Neuron Information weiterleitet
• Beispiel anhand der Photorezeptoren: Zapfen und Stäbchen
• Rezeptive Felder für Stäbchen groß →mehrere Stäbchen mit einem Ganglion verschaltet →geringere Sehschärfe, hohe Lichtempfindlichkeit
• Rezeptive Felder für Zapfen viel kleiner →jeder Zapfen ist mit einer Ganglienzelle verschaltet →scharfes Sehen möglich, großes Auflösungsvermögen, geringe Lichtempfindlichkeit

Versuch mit Makaken:

• Richten der verdeckten Aufmerksamkeit auf einen Ort, um dort leichte Farbveränderungen zu detektieren (Zielreiz= →Taste drücken, wenn sich dort die Farbe ändert)
• Dabei wird die Aktivität der Neuronen in V1, V2, V4 mit überlappenden rezeptiven Feldern gemessen (gleichzeitige Messung in allen Verarbeitungshierarchien möglich)
• Von Interesse ist der Unterschied der kortikalen Aktivierung, wenn Aufmerksamkeit auf dem Zielort liegt, vs. wenn keine Aufmerksamkeit auf dem Zielort liegt

Ergebnis:

• Aufmerksamkeit erhöht neuronale Aktivität an beachteter Lokation • Effekte treten in höheren Stufen der visuellen Verarbeitung auf

• Verschiedene Stimuli liegen im selben rezeptiven Feld eines Neurons
• „Wettstreit“ der Stimuli, wer „das Rennen gewinnt“, also wer die Stärke der Feuerrate bestimmt
• Lösung des Wettstreits durch „Biased competition“, indem durch Aufmerksamkeit auf einen Stimulus Bias-Signale abgegeben werden
• Feuerrate des Neurons wird stärker durch attendierten als durch nicht attendierten Stimulus bestimmt

Methode:

• Makaken richten ihre Aufmerksamkeit verdeckt auf einen Ort. An diesem Ort erscheinen einzeln oder gepaart verschiedene Symbole (Reference vs. Probe) im gleichen rezeptiven Feld in V4
• Folgende Bedingungen sind relevant:
  • Reference alleine (=Target) und Probe alleine ohne Aufmerksamkeit (veranschaulicht individuelle Responsivität der Neurone auf bestimmte Stimuli)
  • Paar aus Reference und Probe ohne Aufmerksamkeit
  • Paar aus Reference und Probe mit Aufmerksamkeit auf einem Stimulusanteil

Ergebnis:

• Ohne Aufmerksamkeit entspricht die neuronale Antwort einem Mittelwert aus den beiden konkurrierenden Stimuli
• Mit Aufmerksamkeit wird die neuronale Antwort auf den beachteten Stimulusanteil verstärkt (schon auf der Ebene einzelner Neurone)

Methode:

• Gesichter und Häuser werden überlagert präsentiert.
• Entweder das Gesicht oder das Haus bewegt sich leicht. Probanden sollen ihre Aufmerksamkeit entweder auf das statische Bild oder das sich bewegende Bild richten.

Ergebnis:

• Wenn statische Gesichter oder Häuser attendiert werden (grün), erhöht sich die Aktivierung zugehöriger spezialisierter Areale (FFA für Gesichter, PPA für Häuser).
• Wird die Bewegung attendiert (rot), zeigen sich spezifische Aktivierungsanstiege für das bewegende Merkmal
• → Es scheint verschiedene Areale innerhalb des visuellen Cortex zu geben, die spezifisch bestimmte Merkmale bzw. Eigenschaften verarbeiten, aber nicht für alle gleichermaßen
• → Aufmerksamkeit erhöht die neuronale Aktivität in diesen funktional spezifischen Cortexregionen
• →merkmalsbasierte Verschiebung der Aufmerksamkeit

Messung neuronaler Aktivität bei Aufmerksamkeitslenkung im Vergleich zu einer Kontrollbedingung (z.B. passive Stimulation)

• Einzelzellableitungen an Tieren
• Nicht-invasive bildgebende Techniken an Menschen (EEG, MRT…)

Manipulation neuronaler Aktivität in vermuteten Kontrollregionen

• Elektrische Stimulation an Tieren
• Transkranielle Magnetstimulation beim Menschen

Untersuchung der Auswirkungen von Läsionen in vermuteten Kontrollregionen

• künstlich herbeigeführte Läsionen in Tieren
• „Natürlich“ entstandene Läsionen am Menschen (z.B. durch Unfälle, Schlaganfälle, neurochirurgische Eingriffe)

• Die FEF (Frontal Eye Fields) sind im PFC verortet vor dem primären motorischen Cortex, also vor dem Sulcus centralis
• Bidirektionale Verbindung mit verschiedenen extrastriären visuellen Regionen
• Mikrostimulation löst Sakkaden aus, Läsionen verringern Sakkadenhäufigkeit und erschweren bewusste Kontrolle von Augenbewegungen
• Wichtig für:
  • Bewusste Steuerung und Kontrolle von Augenfolgebewegungen
  • Visuelle Aufmerksamkeit
  • Lokalisation
  • Räumliche Orientierung

Methode:

• Neurone im frontalen Augenfeld von Makaken werden unterschwellig stimuliert (keine ausreichende Stärke, um Sakkaden auszulösen) während im zugehörigen rezeptiven Feld (in V4) ein visueller Reiz präsentiert wird.
• Registrierung der Aktivität von V4 Neuronen während Reizdarbietung und FEF Stimulation

Ergebnis:

• Unterschwellige FEF Stimulation erhöht die Feuerrate von V4 Neuronen, wenn im zugehörigen rezeptiven Feld ein visueller Reiz vorhanden ist.
• Deutet darauf hin, dass die Neurone in den FEF, die auch Sakkaden auslösen, wichtig für verdeckte Lenkung der Aufmerksamkeit sind, d.h. die Aufmerksamkeit verschieben ohne dass eine Augenbewegung stattfindet, da sie die Stärke der Aktivität von V4 auf einen Reiz beeinflussen können

Diese Aufmerksamkeitslenkung in Form von erhöhter Aktivität von V4-Neuronen ist nur möglich, wenn tatsächlich ein visueller Reiz da ist, also das rezeptive Feld einem visuellen Stimulus ausgesetzt ist 

Die sensorische Aktivierung als Folge auf einen visuellen Stimulus zeigt in folgender Reihenfolge:

1. Corpus geniculatum laterale (bereits nach ca. 30 ms)

2. Striärer Cortex (V1)

3. Extrastriärer Cortex

Die Aktivierung auf einen visuellen Reiz ist im FEF vor dem extrastriären Cortex zu beobachten

→Visuelle Reize steigern die Aktivität der frontalen Augenfelder bereits vor extrastriären visuellen Regionen (V2, V4)

→Wichtig für eine schnelle Aufmerksamkeitslenkung, da FEF wichtiger Bestandteil der Aufmerksamkeitslenkung ist

Dorales Netzwerk:

• Top-down Prozesse
• →Bewusste Lenkung der Aufmerksamkeit
• Regionen: v.a. frontoparietale Regionen
• IPs (intraparietaler Sulcus), FEF

Ventrales Netzwerk:

• Bottom-up Prozess →Automatische (stimulus driven) Lenkung der Aufmerksamkeit
• Regionen: TPJ (Temporoparietale Junction), inferiorer frontaler Gyrus, insgesamt eher rechts lateralisiert

Zu beiden gehören rMFG (rechter mediofrontaler Gyrus), tw. rFEF und rIPs

→Hier könnte Art Kommunikation zw. den Systemen stattfinden

→Seltene invalide Zielreize führen zu Aktivierungsanstiegen in (temporo-)parietalen (IPS, TPJ) und frontalen Arealen

• Birbaumer & Schmidt: Eine Emotion ist eine Reaktion auf
  • positiv verstärkende Reize (Freude) oder deren Unterbleiben (Frustration/Wut)
  • auf bestrafende aversive Reize (Angst) oder deren Unterbleiben (Erleichterung)

• Emotion ist qualitativ näher beschreibbarer Zustand
• ➢ Geht mit Veränderung auf einer oder mehrerer der folgenden Ebenen einher:
  • Gefühl (subjektives Gefühlserleben) Bsp. Furcht von einem Bäre – unwohles, angespanntes Gefühl
  • Körperlicher Zustand (z.B. Reaktionen auf autonomes Nervensystem) Bsp. Erhöhter Blutdruck, Herzrate
  • Ausdruck (z.B. Mimik, Stimme, Körperbewegungen) Bsp. zitterende Stimme, angespannte Bewegungen 

• Entstehung wird in mehreren Schritten verstanden:
  • 1. Wahrnehmung eines emotionalen Stimulus Bsp. Sehen eines Bären
  • 2. Empfindung der damit einhergehenden Emotion Bsp. Empfindung von Furcht
  • 3. Physiologische Reaktionen Bsp. Erhöhte Herzrate, schnellere Atmung, ...

James-Lange

• Rückmeldung physiologischer Veränderungen (1.) bewirkt Emotion (2.) 

Cannon-Bard 

• Physiologische Reaktion (Erregung) & Emotion
  • treten zeitgleich auf
  • sind voneinander unabhängig

➢ Gemeinsamkeiten: beide gehen nicht davon aus, dass die physiologische Erregung emotionalen Empfinden nachgestellt ist, wie das vom „naiven Betrachter“ angenommen wird

➢ Unterschiede: Physiologische Reaktion & Emotion − James-Lange: sequentiell − Cannon-Bard: parallel, unabhängig

James-Lange-Sichtweise: Wahrnehmung eines Bären --> Physiologische Reaktion--> Empfindung von Furcht

Cannon-Bard-Sichtweise:

Wahrnhemung eines Bären: 

• Empfindung von Furcht
• Physiologische Reaktion
• (gleichzeitig)

• Somatic Marker Hypothesis (Antonio Damsio 1994)
  • Verarbeitung von Körpersignalen entscheidend für
    • a) emotionales Erleben
    • b) Entscheidungsverhalten
  • Somatische Marker repräsentieren bestimmte Muster körperlicher Erregung, die zuverlässig mit bestimmten emotionalen Prozessen assoziiert sind
  • → Muster, die sich spezifisch in bestimmte Situationen bzw. bei bestimmten Reizkonstellationen zeigen
  • (unbewusste) Wahrnehmung dieser automatisch ausgelösten Erregungsmuster
    • a) beinflusst Emotionserleben bzw.
    • b) hilft dabei, eine Situation adäquat zu beurteilen bei der Auswahl adäquater Handlungsstrategien
    • → S.M. als „Bauchgefühl“

• Frage: Wie viel emotionales Erleben haben Querschnittgelähmte noch für bestimmte diskrete Emotionen
• ➢ Befunde für James-Lange
  • De-Afferenzierung führt zu reduziertem Emotionserleben (Verringerung der empfundenen Emotionsintensität)
  • Einschränkung sind umso stärker, je höher im Rückenmark Läsion lag
• ➢ Befunde gegen James-Lange
  • Emotionserleben nicht vollständig reduziert, können nach wie vor Emotionen empfinden, wenn auch reduziert
  • → Einschränkung der Allgemeingültigkeit der J-L-Theorie
    • →Spricht gegen starke James-Lange Theorie