Natürliche visuelle Szenen konfrontieren den Beobachter in jedem Augenblick mit einer komplexen Vielzahl visueller Informationen. Visuell-räumliche Aufmerksamkeit ermöglicht die Selektion verhaltensrelevanter Informationen und spielt somit eine zentrale Rolle in der Kontrolle willkürlichen Verhaltens. Räumliches Arbeitsgedächtnis dient der kurzzeitigen Speicherung visuell-räumlicher Wahrnehmungsinhalte und ermöglicht die Überbrückung der Zeitspanne zwischen Wahrnehmung und einer auf sie bezogenen Handlung sowie die Manipulation der aktuell repräsentierten Informationen. Damit stellt räumliches Arbeitsgedächtnis ebenfalls eine zentrale Voraussetzung erfolgreicher willkürlicher Handlungen dar. Bildgebende, elektrophysiologische und behaviorale Studien sprechen für eine enge Interaktion von visuell-räumlicher Aufmerksamkeit und räumlichem Arbeitsgedächtnis (LaBar et al. 1999, Di Pellegrino und Wise 1993, Bisley und Goldberg 2003). Die genauen Mechanismen dieser Interaktion sind jedoch bislang unklar. So fanden Awh und Jonides (2001) eine bevorzugte Verarbeitung visueller Informationen an aktuell im räumlichen Arbeitsgedächtnis repräsentierten Positionen. Sie formulierten die Hypothese, dass die Repräsentation einer visuell-räumlicher Information im Arbeitsgedächtnis der Aufmerksamkeitsausrichtung zu der erinnerten Position bedarf. Ergebnisse neurophysiologischer Arbeiten an nichtmenschlichen Primaten deuten andererseits darauf hin, dass eine Kopplung beider kognitiver Leistungen nicht obligat ist (Steinmetz et al. 1994, Powell et al. 2000).

Ziel der hier vorgestellten Arbeit war es, die Interaktion von visuell-räumlichem Arbeitsgedächtnis und visueller Aufmerksamkeit genauer zu charakterisieren und insbesondere die Modulation visuell-räumlicher Aufmerksamkeit durch Arbeitsgedächtnisrepräsentationen zu untersuchen. Verwendet wurde eine Variante des Gedächtnissakkadenparadigmas, in welcher die Versuchspersonen während der Gedächtnisphase eine visuelle Diskriminationsaufgabe ausführten. Zunächst wurde an einer von sechs möglichen Lokalisationen ein punktförmiger Gedächtnisstimulus präsentiert, dessen räumliche Position für die Dauer der Gedächtnisphase erinnert werden musste. Während der Gedächtnisphase wurde zu einem von drei möglichen Zeitpunkten ein visueller Diskriminationsstimulus dargeboten, den die Versuchspersonen mittels Tastendruck identifizierten. Die hierfür benötigten manuellen Reaktionszeiten wurden aufgezeichnet. Nach Ende der Gedächtnisphase führten die Versuchspersonen eine Gedächtnissakkade zu der erinnerten Stimulusposition aus. In einer Kontrollbedingung mit identischen perzeptuellen Bedingungen musste der erste Stimulus nicht erinnert werden und wurde somit nur passiv wahrgenommen. In dem hier verwendeten Paradigma dienten die manuellen Reaktionszeiten in Diskriminationsaufgabe als Maß für die Geschwindigkeit der visuellen Verarbeitung an der Position des Diskriminationsstimulus. Die Analyse der Präzision der Gedächtnissakkaden erlaubt einen Rückschluss auf die Güte der räumlichen Arbeitsgedächtnisrepräsentation (Funahashi et al. 1993a).

Es wurde untersucht, inwieweit die manuellen Reaktionszeiten in der visuellen Diskriminationsaufgabe von der räumlichen Position des Gedächtnisstimulus und vom verwendeten Zeitintervall zwischen Präsentation des Gedächtnisstimulus und Präsentation des Diskriminationsstimulus beeinflusst wurden. Im Gegensatz zu Befunden aus früheren Studien zeigte sich für das kürzeste Interstimulusintervall eine räumlich-selektive Verlängerung der manuellen Reaktionszeiten für Diskriminationsstimuli, die an der aktuell erinnerten räumlichen Position präsentiert wurden. Diese Inhibition der Diskrimination wurde signifikant von der Präzision der Gedächtnissakkaden beeinflusst: Präzise Gedächtnissakkaden zu der erinnerten Position und eine somit akkurate räumliche Arbeitsgedächtnisrepräsentation führten zu einer ausgeprägten räumlich-selektiven Inhibition an dieser Position. Eine Regressionsanalyse der manuellen Reaktionszeiten in Abhängigkeit von der Gedächtnissakkadenamplituden zeigte eine sogenannte “Center-sourround”-Organisation der räumlichen Verteilung der beobachteten Inhibition, wie sie für lokale neuronale Netzwerke im visuellen und präfrontalen Kortex bekannt ist.

Die Ergebnisse der hier vorliegenden Arbeit belegen, dass effizientes Erinnern einer Rauminformation in einem Gedächtnissakkadenparadigma zu einer transienten räumlich-selektiven Inhibition visueller Verarbeitung führen kann. Die visuelle Verarbeitung an aktuell im räumlichen Arbeitsgedächtnis repräsentierten Positionen ist somit nicht obligat fazilitiert und die Interaktion von räumlichem Arbeitsgedächtnis und visuell-räumlicher Aufmerksamkeit ist flexibler als bisher angenommen. Die erhobenen Befunde widersprechen der von Awh et al. (1998) formulierten Hypothese, dass räumlichen Arbeitsgedächtnisrepräsentationen eine obligate Aufmerksamkeitsausrichtung zu der erinnerten Position zugrunde liegt. Im Unterschied zu den Arbeiten von Awh et al. (1998) und Awh und Jonides (2001) könnte das hier verwendete Gedächtnissakkadenparadigma durch die Anforderung, während der Gedächtnisphase eine Sakkade zu der erinnerten Stimulusposition zu supprimieren, eine verstärkte inhibitorische Aktivität der neuronalen Substrate von räumlichen Arbeitsgedächtnis erfordern. Der dorsolaterale präfrontale Kortex (DLPFC) ist, neben seiner zentralen Bedeutung für räumliches Arbeitsgedächtnis, ebenfalls an der Inhibiton reflexiver Sakkaden beteiligt. Diese inhibitorische Aktivität scheint über direkte Projektionen zum Colliculus superior, der an der Kontrolle sowohl offener als auch verdeckter Aufmerksamkeitsausrichtung beteiligt ist, vermittelt zu werden (Gaymard et al. 2003). Inhibitorische Neurone im DLPFC mit Projektionen auf den Colliculus superior könnten demnach nicht nur für die Suppression unerwünschter Sakkaden, d.h. offener Aufmerksamkeitsausrichtungen, sondern auch für die Unterdrückung verdeckter Aufmerksamkeitsausrichtungen verantwortlich sein. Diese Hypothese wird unterstützt durch den Befund, dass die kortikalen Regionen für die Kontrolle visuell-geführter Sakkaden und räumlicher Aufmerksamkeitsverschiebungen in hohem Maß überlappen (Corbetta et al. 1998). Sie steht darüber hinaus im Einklang mit der prämotorischen Theorie der Aufmerksamkeit, der zufolge verdeckte Aufmerksamkeitsausrichtungen als Aktivierungen der Areale zu verstehen sind, die auch der Planung und Ausführung von Sakkaden dienen (Rizzolatti et al. 1987). Eine mögliche Funktion der hier beobachteten Inhibition ist, in Analogie zu der sogenannten “Inhibition of return”, die Steigerung der Effizienz visueller Suchmechanismen in Situationen, die simultan Arbeitsgedächtnis- und Aufmerksamkeitsleistungen erfordern. Behaviorale Defizite bei Erkrankungen, die mit Funktionsstörungen des Präfrontalen Kortex einhergehen, könnten teilweise auf einer Dysfunktion dieses inhibitorischen Top-down-Einflusses beruhen.