Riewe,
Dagmar:
Widerspiegelung der Sprachproduktion im Hochfrequenzbereich des EEG Pilotstudie zur Anwendbarkeit der Subpotentialanalyse für die Erforschung kognitiver Prozesse

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Kapitel 3. Ergebnisse

3.1. Allgemeine Ergebnisse

Nach Ausschluß artefizieller Daten standen für die Analyse durchschnittlich 2 x 42 artefaktfreie Sweeps, d.h. signalbezogene EEG-Epochen pro Wortbedeutung und Proband (R: 42,0 ± 8,5; I: 43,3 ± 7,7) zur Bildung gemittelter Bereitschaftspotentiale bzw. zur Subpotentialauswertung zur Verfügung. Diese Daten wurden pro Proband auf jeweils eine Streamerkassette gespeichert.

Alle Probanden wurden nach Versuchsende über ihre Eindrücke bezüglich des Schwierigkeitsgrades in der Wortgruppenbildung und nach der Strategie der individuellen Aufgabenbewältigung befragt. Die Suche nach Wortgruppen in der Bedeutung I wurde von 17 Probanden als schwerer empfunden. 9 Probanden schätzten R als schwieriger ein. 2 Probanden konnten sich nicht entscheiden. Die von den einzelnen Probanden angewandte Strategie in der Aufgabenbewältigung folgte nur zum Teil der Instruktion, neue Wortkombinationen zur Beschreibung des Homonyms sich nur in den Sprechpausen auszudenken. Sehr oft wurden Antwortmodelle eingesetzt, die von einer konkreten Person oder einer konkreten Leiter ausgingen und nur mit spezifischen oder allgemeinen Adjektiven ergänzt wurden. Bei solcher Strategie war also schon ein Großteil der Aufgaben abrufbereit in einer Sprechpause vorbereitet und im weiteren Ablauf der Untersuchung nur entsprechend eingespeist worden. Andere wiederum gingen, ohne Bindung an das Homonym, von vorgefaßten Antwortschemata aus, die dann z.B. bei Farben das ganze sichtbare Farbspektrum einsetzten. Neben einer solchen individuellen Schwierigkeitsminimierung nahmen andere Probanden in Ermangelung solcher


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Abbildung 3.1. A) Standardabweichung (±s) des Mikrofonsignals des Morphems "LEITER" in Bezug auf die vier Zeitzonen (ZZ1= -750ms...-500ms, ZZ2= -500ms...-250ms, ZZ3= -250ms...0, ZZ4= 0...250ms) B) Grand mean der baselinenormierten Bereitschaftspotentiale (mV) vor Vokalisaion des Wortes "LEITER", abgeleitet über F3, F4, C3 und C4 (Intern. 10-20-System)


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individuellen Hilfsfunktionen das Angebot der Wiederholung in Anspruch, wodurch bei diesen die Sprechpause entweder mit größeren oder, wenn aus Gründen der Bequemlichkeit auf das Nachdenken verzichtet wurde, mit geringeren kognitiven Beanspruchungen erfüllt war. Darüber hinaus gab es auch einige Probanden, die während der laufenden Aufgabe ihre Antwortstrategie nach dem einen oder anderen Muster optimierten.

Die erwiesene individuelle Vielfalt war mithin wenig geeignet, die Datenauswertung in der einen oder anderen Richtung weiter zu strukturieren, außer nach der Topographie, dem Homonym selbst und dem Schwierigkeitsgrad. Nach der einen oder anderen Kategorie geprüft, wird deshalb im folgenden neben topographischen (F3, F4, C3, C4) nur nach semantischen (R, I) bzw. emotionalen (L, S) Unterschieden gesucht.

3.2. Gemittelte Bereitschaftspotentiale (BP)

Die baselinenormierten und auf den Sprachbeginn zentrierten BP aller 28 Probanden wurden je Ableitort zu ”grand means“ zusammengefaßt.

3.2.1. Potentialverlauf

Ähnlich den schon bekannten Bereitschaftspotentialen (BP) vor Bewegungen wurde auch vor dem Sprechen ein BP im EEG nachgewiesen. Abb. 3.1.B zeigt das Grand mean der baselinenormierten und gemittelten BP aller Probanden, die über F3, F4, C3 und C4 abgeleitet wurden sowie den zeitlichen Bezug zum Sprachbeginn (Abb. 3.1.A).

Über den genauen Beginn der Negativierung dieses Potentials kann keine konkrete Aussage getroffen werden. Trends einer Negativierung wurden etwa -600 ms vor Sprachbeginn (t = 0 ms) gefunden. Diese Negativierung zeigt von -600 ms bis -250 ms nur eine geringe Zunahme. In der Zeit von -250 ms bis -125 ms wird die Negativierung stärker und erreicht bei etwa -75 ms vor


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Abbildung 3.2. : Unterschiede zwischen den gemittelten Bereitschaftspotentialen der beiden Versuchsbedingungen R und I an den vier Ableitorten F3, F4, C3 und C4. Dargestellt als Differenz (mV) der Mittelwerte (BP R - BP I).


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Sprachbeginn mit ca. -18 µV ein erstes Minimum. Bis zum Sprachbeginn wird das Potential um ca. 3 µV positiver, um sich dann sofort mit dem Beginn des Sprechens wieder zu negativieren. 75 ms nach Sprachbeginn wird ein weiteres Minimum mit einer Amplitude von -19 µV erreicht. Danach setzt eine steile Positivierung ein.

Die Amplitudenmaxima sind bei beiden Versuchsbedingungen in den frontolateralen Bereichen (F3, F4) größer als über den zentrolateralen Bereichen (C3, C4), wobei die Amplitude über F4 generell am größten ist.

3.2.2. Unterschiede im BP

Da sich die Datenstruktur nach dem Kolmogorov-Smirnov-Test als normalverteilt erwies, wurde mit dem unabhängigen t-Test geprüft, ob sich die Amplituden des BP unter bestimmten Bedingungen unterscheiden. Die statistische Auswertung ergab, daß im topographischen und im emotionalen Vergleich zwischen den simultan abgeleiteten BP der verschiedenen Ableitorte keine signifikanten Unterschiede bestehen. Wie in Abb. 3.2. zu sehen ist, gibt es zwischen den beiden semantischen Bedeutungen (R, I) nur über den Ableitorten F3 und C4 in der 2. Zeitzone, also in der Zeit von -500 ms bis -250 ms vor dem Sprechen, jeweils einen Bereich von wenigen Millisekunden mit signifikanten Unterschieden (p < 5%). Dieser Bereich beginnt über beiden Ableitorten bei -290 ms vor Sprachbeginn und dauert linksfrontal 18 ms und rechtszentral 9 ms. In beiden Fällen ist die Amplitude für die Versuchsbedingung R signifikant größer als für I.

3.3. Analyse der klassischen Frequenzbänder

Das EEG der vier Ableitorte wurde in Abhängigkeit der Bedingungen R, I, L, S bei jedem Probanden auf die spektrale Amplitudenzusammensetzung untersucht. In Abb. 3.3. ist die spektrale Amplitudenzusammensetzung über allen


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Abbildung 3.3.: Mittelwerte (mV, dargestellt als Balken) und Standardabweichung (±s, dargestellt mit Symbolen) der Amplituden der klassischen Frequenzbänder an den vier Ableitorten.


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Ableitorten dargestellt. Es fällt auf, daß die größten Amplituden, dargestellt in µV/Hz, unter allen Bedingungen und in jeder Ableitung dem delta-Band zuzuordnen sind. Bei logarithmischer Skalierung der Ordinate bildet sich die Amplitude im delta-Band überproportional ab und reduziert sich vom theta- zum gamma-Band stufenförmig. Zwischen den vier verschiedenen Bedingungen lassen sich kaum Unterschiede erkennen.

Nach Prüfung der Werte auf Normalverteilung wurde mit dem unabhängigem t-Test der semantische (R, I) und emotionale (L, S) Vergleich für jeden Ableitort sowie der topographische Vergleich für die verschiedenen Versuchsbedingungen (R, I, L, S) durchgeführt. Abb. 3.4. zeigt die Amplituden der einzelnen Frequenzbänder je Ableitort und Versuchsbedingung sowie die Zusammenfassung der Ergebnisse der semantischen und emotionalen Signifikanzprüfung.

3.3.1. Unterschiede zwischen den Frequenzbändern

Nach dem semantischen Vergleich weist nur das alpha-Band bei der Versuchsbedingung R signifikant größere Amplituden im linksfrontalen Bereich (F3) auf. Im zentralen Bereich sind die Amplituden des alpha-Bandes bei der Versuchsbedingung R rechts (C4) ebenfalls größer als bei I. Dieser Unterschied ist allerdings nur als Trend ausgewiesen (p<10%).

Der emotionale Vergleich ergab nur Unterschiede auf dem p<10% - Niveau, jedoch ausschließlich im beta-Band. Die größeren Amplituden treten hier rechts frontal (F4) und rechts zentral (C4) auf, wenn die Probanden die Versuchsbedingung als schwerer einschätzen.

Beim topographischen Amplituden-Vergleich fällt auf, daß im alpha-Band zwischen den Ableitorten generell keine Unterschiede zu finden sind (vgl. Abb. 3.5.)


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Abbildung 3.4. oben: Mittelwert (mV/Hz, als Balken) und Standardabweichung (±s, als Symbol) der Amplituden verschiedener Frequenzbänder in Abhängigkeit der unterschiedlichen Versuchs- und Auswertungsbedingungen. Abbildung 3.4. unten: Zusammenfassung der Ergebnisse der Signifikanzprüfung mittels t-Test, für den semantischen Vergleich (R, I) und den emotionalen Vergleich (L,S)


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Abb. 3.5.
Die durch unabhängigen t-Test ermittelten signifikanten (p<5%: ) bzw. ten-denziellen Unterschiede (p<10%: ) im topographischen Vergleich der Amplituden verschiedener Frequenzbänder (delta, theta, alpha, beta, gamma) unter den verschiedenen Ableit- und Auswertbedingungen (R, I, L, S). Die Pfeilspitze zeigt jeweils auf den kleineren Wert.

In allen anderen Frequenzen sind die Amplituden unter allen Bedingungen (R, I, L, S) linksfrontal (F3) stets signifikant größer als links bzw. rechts zentral (C3, C4). Eine signifikante Asymmetrie zugunsten der linken Hemisphäre wurde unter R zentral im theta-Band und frontal im beta-Band gefunden. Ähnliche Aussagen können auch über die Amplituden der rechten Seite getroffen werden: Auch hier sind sie frontal signifikant größer als zentral. Zur kontralate-


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Abb. 3.6.
Originalausschnitt einer SP-event-Analyse mit der Dauer von 250 ms am Beispiel der Versuchsperson 11 unter der Versuchsbedingung R.


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ralen Seite ist der Amplitudenunterschied nicht immer so stark ausgeprägt. Signifikante Unterschiede zwischen rechtsfrontal (F4) und linkszentral (C3) können im delta- und theta-Band bei allen Bedingungen (R, I, L, S) beobachtet werden, nicht dagegen im beta-Band unter der Bedingung L; hier ist der Amplitudenunterschied nur mit p<10% ausgewiesen. Betrachtet man außerdem den rechtsfrontal-linkszentralen Unterschied, so ist dieser im gamma-Band nur für die Kondition S signifikant, unter den Bedingungen R und I liegt dieser Unterschied nur bei einem p<10%. Insgesamt fällt auf, daß bei den Bedingungen I und S in allen Frequenzbändern eine identische Verteilung der Amplitudenhöhen über den Ableitorten zu finden ist. Ebenso ähneln sich die Bedingungen R und L, bei denen frontal und zentral signifikante Unterschiede zwischen links und rechts auftreten. Besonders im beta-Band und tendenziell auch im gamma-Band sind die Amplituden linksfrontal größer als rechtsfrontal. Im zentralen Bereich kann der Rechts-Links-Unterschied nur im theta-Band gefunden werden, wobei dieser bei R signifikant und bei L nur tendenziell angedeutet ist.

3.4. Subpotentialanalyse

Abb. 3.6. zeigt als Beispiel einer SP-event-Analyse einen originalen Signalausschnitt der Versuchsperson 11 unter der Bedingung R für die Dauer von 250 ms. Von oben nach unten sind die bandpaßgefilterten EEG-Signale über F3, F4, C3 und C4 abgebildet. Die unterste Signalspur kennzeichnet das Mikrofonsignal der Sprache. Der Moment des Aufschwingens der Oszillationen im Mikrofonsignal deutet auf den Beginn des Sprechens. Die an die Grundlinie jeder EEG-Aufzeichnung aufgesetzten bzw. angehängten Strichmarken kennzeichnen die Zeitmarken, wo positive bzw. negative SPe gefunden wurden. Sie treten teils gruppiert, teils kohärent auf, wobei sich positive und negative SPe unregelmäßig abwechseln.


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Abbildung 3.7.: Subpotentialverlauf je Proband und als Mittelwert aller Probanden, dargestellt für jeden Ableitort und die Bedingung "DER"


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Die Hochrechnung der Anzahl aller SP-events auf die Zeiteinheit einer Sekunde und auf den Ort jeder Ableitung bezogen zur SP-Dichte (SP/s) demonstriert, mit welchem Informationsverlust eine solche Angabe verbunden ist.

3.4.1. Potentialverlauf

Am Beispiel der Versuchsbedingung R wird der Verlauf dieser durch Rückfaltung entstanden SP aller an dieser Untersuchung beteiligten Probanden in Form einer Superposition über jeden Ableitort mit Angabe des arithmetischen Mittelwertes dieser Population dokumentiert (vgl. Abb. 3.7.). In jeder Ableitung ist eine vergleichbare und wiederkehrende Potential-Zeit-Funktion zu erkennen, die sich individuell und topographisch durch ihre Amplituden unterscheidet. Dabei wurde der Nullpunkt der Zeitachse auf den jeweils gefundenen Zeitpunkt maximaler Kreuzkorrelation zwischen Suchtemplate und bandpaßgefiltertem Signal zentriert. In der vom Vorzeichen unabhängigen SP-Abbildung stellt sich der biphasische Verlauf in einer kurzen negativen Vorphase, einem schnellen Polaritätswechsel, einem positiven Maximum und in einer etwas verzögerten Potentialrückbildung zur Base-Line dar. Da sich dieser Potentialverlauf unter allen Bedingungen (R, I, L, S) als sehr ähnlich erwies, wurde auf weitere Abbildungen verzichtet.

3.4.2. Unterschiede in SP-Amplitude und SP-Dichte.

Abb. 3.8. zeigt, daß sich die SP-Amplituden, gemessen als peak-to-peak-Abstand zwischen dem Minimum in der negativen Vorphase und dem Maximum zum Zeitpunkt t = 0 ms in µV und die SP-Gesamtdichten, gemessen in SP/s, zwischen den verschiedenen Ableitorten und Versuchsbedingungen unterscheiden.

Nach Prüfung auf Normalverteilung wurde mit dem t-Test auf signifikante Unterschiede im semantischen (R,I) und emotionalen (L,S) Vergleich sowie auf topographische Unterschiede innerhalb der Versuchsbedingungen (R, I, L, S) untersucht. Unterschiede treten nur in der Gesamtdichte der SP an zwei


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Ableitorten und auf dem p le 10% Niveau sowohl zwischen den Bedeutungen R und I, als auch zwischen den beiden Schwierigkeitsstufen L bzw. S auf. So ist rechts die Gesamtdichte der SP bei R zentral (C4) größer als bei I und bei S frontal (F4) größer als bei L. Im topographischen Vergleich fällt auf, daß die Amplitude nur linksfrontal (F3) und die Dichte nur rechtsfrontal (F4) signifikante Unterschiede aufweist. (Abb. 3.8.)

Abb. 3.8. Mittelwerte (dargestellt als Säulen) und Standardabweichung ( + s, Symbole) von SP-Amplitude (µV) und SP-Gesamtdichte (SPe/s) in Abhängigkeit der verschiedenen Versuchs- und Auswertbedingungen (R, I, S, L). Darunter die Ergebnisse der Signifikanzprüfung mittels t-Test beim semantischen und emotionalem Vergleich. Y=signifiknter Unterschied (p<5%); ?=tendenzieller Unterschied (p<10%)


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Abb. 3.9. zeigt, daß die SP-Amplitude unter allen Bedingungen (R, I, L, S) linksfrontal größer ist als beidseits zentral. Unter den Bedingungen R und S ist sie zusätzlich in der frontalen Ableitebene links größer als rechts.

Abb 3.9.
Die mit t-Test berechneten signifikanten (p<5%: ) und tendenziellen (p<10%: ) Unterschiede im topographischen Vergleich von SP-Amplitude (µV) und SP-Gesamtdichte (SPe/s) unter verschiedenen Versuchs- und Ableitbedingungen (R, I, L, S). Die Pfeilspitze zeigt zum kleineren Wert.

Dieses Ergebnis kann für die Bedingungen I und L nur in der Tendenz (p<10%) bestätigt werden.

Die SP-Gesamtdichte verhält sich im Vergleich zur SP-Amplitude entgegengesetzt. Das heißt sie ist rechtsfrontal immer größer als zentral, unter der Bedingung R größer als linksfrontal und unter den Bedingungen I, L, S größer als ipsilateral zentral.


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Abb. 3.10.
Signifikante Unterschiede in der Korrelation (p<5%) zwischen SP-Amplitude bzw. SP-Gesamtdichte und den Amplituden der Frequenz-bänder (d, q, a, b, g) an den vier Ableitorten (F3, F4, C3, C4), dargestellt für jede Versuchs- und Auswertbedingung (R, I, L, S)


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3.4.3. Zusammenhang zwischen spektralen und SP-Parametern.

Mit Hilfe der Korrelationsanalyse wurde nach möglichen Zusammenhängen zwischen den Amplituden der klassischen Frequenzbänder und den SP-Parametern Amplitude und Gesamtdichte gesucht. Danach korrelieren die SP-Amplituden in bemerkenswerter Weise positiv und signifikant mit den Amplituden im beta- und gamma-Band aller Ableitorte und unter allen Bedingungen (bei R, I: r > 0,342; p < 0.05, bei L, S: r > 0,354; p < 0.05). Mit den übrigen Bandbereichen (alpha-, theta- und delta-Band) finden sich signifikante positive Korrelationen nur mit den SP-Amplituden über C4 (vgl. Abb. 3.10.).

Im Gegensatz zur SP-Amplitude zeigt sich die SP-Dichte nur an einzelnen Ableitorten positiv oder negativ mit der Amplitude einiger Frequenzbänder korreliert. Dabei resultiert - summarisch für alle Bedingungen - eine signifikante negative Korrelation mit den niederfrequenten Bändern mehr linksfrontal-, mit den höher frequenten Bändern mehr rechtsfrontal. Positive Korrelationen treten linkszentral unter der Bedingung L auf.

3.4.4. Intervallhistographie der SP-events

Bei der SP-event-Analyse fiel auf, daß die Auftrittswahrscheinlichkeit der SPe möglicherweise bevorzugten Intervallen folgt. Deshalb wurden die SPe-Intervallabstände zwischen 2,5 ms bis 25 ms histografiert. Die Intervallabstände, nach denen die SP bevorzugt auftreten, wurden gemessen und die Auftrittshäufigkeit der SP über jeder Intervallklasse histographisch dargestellt. In Abb. 3.11.A werden am Beispiel eines Probanden (Versuchsperson 2) solche Intervallhistogramme für die Versuchsbedingungen R und I gezeigt. Die schiefen Intervallverteilungen sind in allen Ableitorten und unter beiden Bedingungen ähnlich, wobei in den C3- und F3-Intervallhistogrammen zwischen der 11. und 15. Stützstelle ein relativer Ladungszuwachs auffällt. Die höchste Ladung in diesen Intervallverteilungen tritt generell in der 8. oder 9. Klasse auf, was bei der angewandten A/D-Wandlungsrate von 2 kHz einem Intervall von 4 bis 4,5 ms entspricht.


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Abb. 3.11. A
Histogrammbelegung für alle Beziehung +/- ---> +/- am Beispiel von Proband 2 bei den Versuchsbedingungen R und I an allen Ableitorten (F3, F4, C3, C4) y: SP-Häufigkeit; x: Anzahl der Stützstellen

Abb. 3.11. B
Signifikante Unterschiede zwischen allen Probanden (p<5%) in der Belegung der Histogramm-klassen beim semantischen Vergleich (I,R). x=Anzahl der Stützstellen. Dargestellt werden die Klassen mit der Bedingung I>R.


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Da sich die Klassenbelegung für alle untersuchten Probanden nach dem Kolmogorow-Smirnow-Test als normalverteilt erwies, wurden die entsprechenden Intervallhäufigkeiten nach dem t-Test des ”SPSS“-Programms geprüft. Im semantischen Vergleich stellen sich die Klassenbeladungen unter der Versuchsbedingung I gegenüber R in bestimmten Intervallen als signifikant erhöht dar: Unter F3 sind es die Intervallklassen 6 und 7, unter F4 ist es die Intervallklasse 16, unter C3 sind es die Intervallklassen 12 und 22 und unter C4 die Intervallklassen 14, 15, 16, 21 und 27. Folglich unterscheiden sich die SPe-Intervalle bei Anwendung des Homonyms I frontal links durch eine signifikant höhere Zahl kürzerer und zentral rechts durch signifikant höhere Anzahl längerer Intervalle als bei Anwendung des Homonyms R. Vergleiche hierzu ebenfalls Abb. 3.11.B.

Mit dem ”SPSS“- Programm wurden auch die topographischen Unterschiede geprüft, nicht nur nach Maßgabe der semantischen Unterschiede (alle I; alle R; vgl. Abb. 3.12.), sondern jeweils auch weiter strukturiert für homonyme Anwendungen, die von den Probanden als schwerer (R schwerer; I schwerer) oder leichter (R leichter; I leichter, vgl. Abb. 3.12.) empfunden wurden. Eine Signifikanz wurde immer am Ableitort mit der größeren SPe-Intervallwahrscheinlichkeit eingetragen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung wurden als Summenhistogramm über der Intervall-Länge in Abb. 3.12. abgetragen, wobei jeder Ableitort bei einer Vier-Kanalableitung maximal 3x das Prädikat ”signifikant“ erreichen kann. Im Vergleich zwischen den beiden Versuchsbedingungen treten linkszentral (C3) immer die meisten signifikanten Unterschiede auf. Das bedeutet, daß bei C3 die längeren SP-Intervalle signifikant öfter auftreten als an allen anderen Ableitorten.

Betrachtet man die semantischen Kategorien nach ihrer Schwierigkeit, so kann festgestellt werden, daß unter der leichteren Bedingung weniger signifikante Unterschiede registriert werden. Die wenigsten signifikanten Unterschiede finden sich unter der Versuchsbedingung I linksfrontal (F3), wogegen bei der Bedingung R rechtsfrontal (F4) weniger signifikante Unterschiede auftreten.


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Abb. 3.12.
Topografischer Vergleich von Histogrammklassenbelegungen an den Ableitorten. y = Anzahl, wie oft ein Ableitort signifikant häufiger eine Histogrammklasse belegt; x = Anzahl der Stützstellen


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3.4.5. Dichte positiver und negativer SPe in den Zeitzonen

In Abb. 3.13. A sind die Ergebnisse für alle Versuchsbedingungen (R, I, L, S), alle Ableitorte und alle Zeitzonen dargestellt. Die SP-Dichte erreicht in der ersten Zeitzone bereits ein hohes Niveau und ändert sich in den weiteren Zeitzonen vor dem Sprechen nur wenig. Insgesamt ist ein leichter Anstieg der SP-Dichte von der ersten zur dritten Zeitzone zu beobachten. Mit Sprachbeginn (ZZ4), fällt die SP-Dichte unter das Ausgangsniveau, unabhängig von Versuchsbedingung und Polarität. Das Verhalten positiver und negativer SPe in der Phase vor der Vokalisation entspricht nicht dem Zeitverlauf zunehmender Negativierung im gemittelten BP. Dagegen korrespondieren die Abnahmen positiver und negativer SPe mit Beginn der Vokalisation mit der damit verbundenen relativen Positivierung im BP (vergl. Abb. 3.1.)

Mit dem Wilcoxon-Test wurde untersucht, ob semantische bzw. emotionale Unterschiede in der SP-Dichte zwischen den Versuchsbedingungen R, I, S und L existieren. Es fällt auf, daß signifikante Unterschiede im Vergleich R gegen I nur zwischen positiven SP und im Vergleich L gegen S nur zwischen negativen SPe auftreten. So sind in der zweiten Zeitzone über C4 signifikant mehr positive SPe/s bei R auf als bei I, in der zweiten Zeitzone über C3 signifikant mehr negative SPe/s bei L als bei S. In der dritten Zeitzone sind linkszentral signifikant mehr positive SPe/s bei I als bei R. Siehe hierzu Abb. 3.13. B.

In der Dynamik der SP-Dichte treten zwischen aufeinanderfolgenden Zeitzonen Änderungen auf, die mittels Wilcoxon-Test auf Signifikanz geprüft wurden und in Abb. 3.14. dargestellt sind. Auffallend sind einzelne Unterschiede zwischen der ersten und zweiten Zeitzone sowie zwischen der zweiten und dritten Zeitzone bei den positiven SPe. So werden für I in der zweiten Zeitzone an allen Ableitorten signifikant höhere positive SP-Dichten festgestellt als in der ersten Zeitzone, für S bei C3 und C4, dagegen für R und L nur bei C3. In der zweiten Zeitzone werden im Vergleich zur dritten Zone bei F3 ausschließlich für R und S signifikant höhere positive SP-Dichten gefunden. Bei den negativen SP-Dichten sind nicht so viele signifikante Unterschiede zwischen den


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Abb. 3.13.A
Mittelwert der Subpotentialdichte (SPe/s, Säulen) und deren Standardabweichung (±s, Symbole) positiver und negativer SPe (SPe+, SPe-) je Ableitort (F3, F4, C3, C4). Dargestellt in verschiedenen Zeitzonen (ZZ1 = 1, ZZ2 = 2, ZZ3 = 3, ZZ4 = 4) und für die verschiedenen Versuchs- und Auswertbedingungen (R, I, L, S)

Abb. 3.13.B
Unterschiede in der Subpotentialdichte im emotionalen und semantischen Vergleich je Ableitort und Zeitzone, getestet mit dem WILCOXON-Test (Y= signifikanter Unterschied; p< 5%).


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einzelnen Zeitzonen feststellbar. Es treten in der zweiten Zone nur bei R und L signifikant höhere Dichten über F4 und C3 als in der ersten Zeitzone auf. In der dritten Zone nimmt im Vergleich zur zweiten Zone jeweils über F3 bei allen Versuchsbedingungen die Dichte signifikant zu. Auffallend ist dann der signifikant starke Abfall der SP-Dichte zur vierten Zeitzone, der über dem gesamten Ableitfeld sowohl bei den positiven als auch den negativen SP unter allen Versuchsbedingungen zu finden ist.

Abb. 3.14.
Signifikante Unterschiede (p<5%) in der Dynamik positiver und negativer SPe an gleichen Ableitorten zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Zeitzonen. Die Symbole sind der jeweils größeren SP-Dichte zugeordnet.

Die topographischen Unterschiede wurden für jede Versuchsbedingung getrennt in vier Zeitzonen mittels WILCOXON-Test berechnet und in Abb. 3.15. dargestellt. Dabei treten Unterschiede zwischen den Bedingungen, Zeitzonen sowie zwischen positiven und negativen SP-Dichten (SPe+, SPe-) auf. Die Dichte der positiven SPe ist linksfrontal bei den Bedingungen R, I und


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Abb. 3.15.
Mittels WILCOXON-Test ermittelte signifikante Unterschiede (; p<5%) zwischen den positiven bzw. negativen Subpotentialdichten (SPe+, SPe-) der vier Ableitorte (F3, F4, C3, C4), dargestellt für die vier Zeitzonen und für jede Versuchs- und Auswertungsbedingung (R, I, L, S). Die Pfeilspitze zeigt zum kleineren Wert.


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L in der ersten und zweiten Zeitzone signifikant im Vergleich zu den übrigen Ableitorten erhöht. Zur gleichen Zeit ist die Dichte der negativen SP über der rechten Hemispäre teils frontal (bei R, L, S), teils aber auch zentral (bei R, L) gegenüber den anderen Ableitorten signifikant vergrößert. In der dritten Zeitzone werden nur unter der Bedingung S linkszentral mehr positive SP als linksfrontal und unter der Bedingung I links- und rechtsfrontal mehr negative SP als rechtszentral gefunden. In der vierten, perireaktiven Zeitzone gibt es weder topographische, emotionale noch semantische Unterschiede gegenüber den anderen Ableitorten.

3.4.6. Zweikanal-Kopplungen gleichgepolter SPe

Als Maß der Kohärenz zwischen den verschiedenen Ableitorten wurde das quasi gleichzeitige Erscheinen von SPe in jeweils zwei Ableitkanälen verwendet (Zweikanalkopplungsanalyse). Die gemittelten positiven KKF wurden für die Bedingungen R und I für jeden Ableitort in Abb. 3.16. dargestellt. Im semantischen Vergleich ist auffällig, daß nach Maßgabe der Kanalkopplungsfaktoren in 42 von 48 möglichen positiven KKF und in 36 von 48 möglichen negativen KKF höhere Kopplungsfaktoren unter der Bedingung R nachgewiesen wurden.

Betrachtet man die Dynamik der positiven KKF von der ersten zur vierten Zeitzone, läßt sich fast immer ein Anstieg der KKF beobachten. Die einzige Ausnahme findet sich im frontalen Bereich von der dritten zur vierten Zeitzone. Auffällig sind die topographischen Unterschiede zwischen den Kanalkopplungen. So sind die intrahemispherischen bzw. assoziativen Kanalkopplungen (F3C3, F4C4) größer als die interhemisphärischen bzw. kommissuralen (C3C4, F3F4, F3C4, F4C3). Bei letzteren Kanalkopplungen sind die zentralen wiederum größer als die frontalen.

Vergleichbare Ergebnisse wurden bei der Analyse negativer KKF unter R und I gefunden sowie für die KKF-Bestimmung für positive und negative SPe unter L und S, wobei in diesem Fall immer (positive SPe: 48 von 48; negative SPe: 48


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Abb. 3.16.
Gemittelte Kanalkopplungsfaktoren (KKF) je Triggerkanal und Zeitzone (ZZ1=1, ZZ2=2, ZZ3=3, ZZ4=4).


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von 48) L die höheren KKF aufwies. Aus diesem Grund wurde eine vereinfachte Form der Darstellung anstelle weiterer detaillierter Abbildungen gewählt. (siehe Abb. 3.17.)

Abb. 3.17.
Vereinfachte Darstellung der Menge von Kopplungen zwischen den vier Ableitorten

3.4.7. Integrale Kanalkopplungsfaktoren (iKF) pro Ableitort

Um eine Vergleichsmöglichkeit zum BP zu schaffen, wurde die Analyse für die iKF analog zu der Analyse der SP-Dichte in den vier definierten Zeitzonen und nach ihrem Vorzeichen getrennt duchgeführt. In Abb. 3.18. sind die Ergebnisse für alle Versuchsbedingungen (R, I, L, S), alle Ableitorte und alle Zeitzonen dargestellt. Der BP-Verlauf ist nicht kongruent mit dem Verhalten der positiven und negativen iKF von der ersten bis zur vierten Zeitzone.


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Abb. 3.18. A
Mittelwerte (Säulen) und Standardabweichung (±s, Symbole) positiver und negativer integraler Kopplungsfaktoren des Triggerkanals (iKF+ / iKF-) mit den übrigen Ableitorten. Dargestellt in den vier Zeitzonen (ZZ1=1, ZZ2=2, ZZ3=3, ZZ4=4) und je Triggerkanal (C3, C4, F3, F4).

Abb. 3.18. B
Unterschiede zwischen den intergralen Kopplungsfaktoren (iKF+ / iKF-) im emotionalen und semantischen Vergleich je Triggerkanal (C3, C4, F3, F4) und Zeitzone, getestet mit dem WILCOXON-Test (Y= signifikanter Unterschied; p< 5%)


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Nach der bisher verwendeten Datensortierung lassen sich weder emotionale, semantische oder topographische Unterschiede nachweisen.

In der dynamischen Entwicklung der iKF fällt unter allen Bedingungen (R, I, L, S) bei den positiven und negativen Kopplungen ein leichter Anstieg der iKF von der ersten zur vierten Zeitzone auf. Diese Unterschiede wurden mittels Wilcoxon-Test auf Signifikanz geprüft. Unter allen Versuchsbedingungen ist an fast allen Ableitorten von Zeitzone zu Zeitzone eine signifikante Zunahme sowohl der positiven als auch der negativen Kanalkopplungen zu verzeichnen. Besonders deutlich ist diese Entwicklung zwischen der zweiten und dritten Zeitzone zu erkennen (Abb. 3.19.).

Abb. 3.19.
Signifikante Unterschiede (p<0,05) in der Dynamik positiver und negativer iKF an gleichen Ableitorten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitzonen. Die Symbole sind dem jeweils größeren iKF zugeordnet.


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Abb. 3.20.
Mittels WILCOXON-Test ermittelte signifikante Unterschiede (; p<5%) zwischen den positiven und negativen integralen Kopplungsfaktoren (iKF+ / iKF-) der vier Ableitorte (F3, F4, C3, C4), dargestellt für die vier Zeitzonen und für jede Versuchsbedingung (R, I, L, S). Die Pfeilspitze zeigt zum kleineren Wert.


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Analog zur SP-Dichte wurden die topographischen Unterschiede der Kanalkopplungsdichte für jede Versuchsbedingung und Polarität getrennt, in vier Zeitzonen berechnet und mit dem WILCOXON-Test geprüft (Abb. 3.20.). Diese Ergebnisse zeigen keine so eindeutige Systematik wie bei der SP-Dichte. Die räumliche Differenziertheit ist bei der Auswertbedingung L größer als bei S und sind bei R und I relativ ausgewogen.

Betrachtet man die einzelnen Zeitzonen, so fallen in allen Zonen ähnliche Signifikanzmuster auf. Einen deutlichen Unterschied gibt es in der Anzahl der Signifikanzen zwischen den positiven und negativen iKF. Die häufigsten signifikanten Unterschiede (N=17) treten bei den positiven iKF in der ersten Zeitzone auf, bei den negativen iKF in der ersten (N=15) und in der letzten Zeitzone (N=14). Die größte räumliche Differenziertheit tritt jedoch in der ersten Zeitzone auf. Werden die Ergebnisse nach rein topographischen Gesichtspunkten betrachtet, sind unter allen Versuchsbedingungen signifikant mehr Kopplungen in der zentralen Ableitebene zu finden. Das gilt für die intrahemispherischen wie interhemisphärischen Kopplungen. Im interhemispherischen Vergleich ist aber die Kopplungsdichte gleich welcher Polarität linksfrontal signifikant größer als rechtsfrontal. Im zentralen Bereich gibt es hingegen keine Rechts-Links-Unterschiede.

3.5. Zusammenfassung der Ergebnisse

  1. Vor der Vokalisation werden BP generiert. Sie sind im gesamten Zeitbereich (750 ms präreaktiv und 250 ms perireaktiv) wenig strukturiert und unterscheiden sich an den vier Ableitorten F3, F4, C3 und C4 weder nach ihrer Amplitude noch nach ihrer Amplituden-Zeitstruktur. Emotionale Reflexionen, die sich als Ergebnis einer Befragung der Probanden nach der Bewältigung der Aufgabe ergeben haben, sind nicht nachweisbar. Reflexionen, die sich aus dem unterschiedlichen Gebrauch des Homonyms ”Leiter“ ergeben, sind

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    nur für einen extrem kurzen Bereich in tonischen Unterschieden der Potentialamplituden in F3 und C4 auf dem 5%-Niveau in ZZ2 beweisbar.
  2. Die Spektralanalyse der EEG-Signalstrecken zeigt unter allen Bedingungen eine überproportional hohe Amplitude im delta-Band und im delta-, theta-, beta- und gamma -Band generell die höchsten Amplituden unter F3 und F4. Die Amplitude des alpha-Bandes ist topographisch nicht differenziert.
  3. Im HF-Band der Signalperiode der BP (10-400Hz) wurden mit Hilfe der SP-Analyse positive und negative SPe nachgewiesen. Ihre nach Selektion, Mittelung und Rückfaltung mit einem event-integral-Term ermittelte peak-to-peak-Amplitude liegt im Bereich von 6 - 12 µV. Ihre Dichte variiert zwischen 78 und 81 SPe/s*Elektrode. Beide SP-Parameter zeigen signifikante topographische Unterschiede, wobei unter F3 die größte Amplitude, unter F4 die größte Dichte gefunden wurde. Dichte- und Amplitudenverteilung sind für die Bedingungen R und L sehr ähnlich, so, wie sich die Bedingungen I und S einander ähneln. Auf dem 5%-Niveau wurden keine semantischen bzw. emotionalen Unterschiede nachgewiesen. Die SP-Amplitude korreliert positiv und signifikant unter allen Bedingungen und Orten mit der Amplitude im beta- und gamma-Band, in anderen Bandbereichen im wesentlichen nur unter der Ableitposition C4. Die SP-Dichte korreliert nur im Ausnahmefall positiv oder negativ mit den spektralen Amplituden.
  4. Die Intervallhistografie der SPe weist topographisch differenziert der homonymen Anwendung des Wortes ”Leiter“ als Steiggerät signifikant mehr Intervalle von 3 - 3,5 ms in der F3-, von 8 ms in der F4-, von 6 und 11 ms in der C3- und von 7, 7.5, 8, 10.5 und 13 ms Intervalldauer in der Ableitung C4 zu. Nach allen Bedingungen erweist sich im topographischen Vergleich die C3-Ableitung als besonders auffällig für Intervalle in der Größenordnung von 10 - 15 ms. Die histogrammartige Dokumentation des Testergebnisses weist der Bedingung L, ob unter der Vorbedingung R oder I, stets eine geringere Anzahl längerer Intervalle zu - und umgekehrt, der Bedingung S unter der Vorbedingung R oder I die größere Anzahl längerer Intervalle.

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  5. Die nach Vorzeichen und Zeitzonen strukturierte SP-Analyse differenziert für positive SPe in den ZZ1 bis ZZ3 semantische Unterschiede, besonders in den zentralen Ableitungen und im dynamischen Vergleich zwischen den Zeitzonen Unterschiede im semantischen und emotionalen Vergleich. Bei negativen SPe ergeben sich aus dem Prüfergebnis Hinweise, daß R und L ähnlich sind. Nach topographischen Gesichtspunkten dominieren die Dichten positiver SPe unter F3, die Dichten negativer SPe unter F4.
  6. Die Zweikanal-Kopplungsanalyse von positiven und negativen SPe zeigen nach Maßgabe der Kanalkopplungsfaktoren in 42 von 48 möglichen positiven KKF und in 36 von 48 möglichen negativen KKF höhere Kopplungsfaktoren unter der Bedingung R. Im dynamischen Zeitzonenvergleich spiegelt sich die Feststellung wider, daß die Kopplungen von Zeitzone 1 bis 4 zunehmen, wobei von ZZ1 zu ZZ2 dieser Anstieg mehr oder weniger nach den Bedingungen erfolgt, von ZZ2 zu ZZ3 davon unabhängig, aber besonders stark. Erstaunlicherweise bricht diese Parallelität zur SP-Dichte im Übergang von ZZ3 zu ZZ4 auf. Während die SP-Dichte deutlich wieder abfällt, steigen indessen die iKF weiter. Die topographische Differenziertheit ist in der ZZ1 am stärksten entwickelt, sinkt bei positiven iKF bis zur ZZ4 ab, steigt aber bei negativen iKF noch einmal in ZZ4 an.

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Mon Nov 15 14:47:32 1999