Der Einfluss räumlich selektiver Aufmerksamkeit auf die bewusste Wahrnehmung und kortikale Verarbeitung somatosensorischer Reize

DISSERTATION

zur Erlangung des akademischen Grades Doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) im Fach Psychologie

eingereicht an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät II der Humboldt-Universität zu Berlin

von Dipl. Psych. Ruth Schubert
geboren am 25. Juli 1975 in Heidelberg

Präsident:

Prof. Dr. Christoph Markschies

Dekan: Prof. Dr. Wolfgang Coy

Gutachter:
1. Prof. Dr. Werner Sommer
2. Prof. Dr. Gabriel Curio
3. Prof. Dr. Norbert Kathmann

Tag der Verteidigung: 14.12.2007

Zusammenfassung

Zahlreiche Untersuchungen belegen, dass räumlich selektive Aufmerksamkeit visuelle und auditive Reizverarbeitung beeinflusst. Bestehende Modellvorstellungen sind, aufgrund der geringen Kenntnisse vergleichbarer somatosensorischer Effekte, schwer zu einem allgemeinen Mechanismus generalisieren. Mittels zeitlich-räumlich hoch aufgelöster Messmethoden wurden in dieser Dissertation Effekte räumlich selektiver Aufmerksamkeit auf die bewusste Wahrnehmung und kortikale Verarbeitung somatosensorischer Reize untersucht. Im Einzelnen wurde gezeigt, dass die räumlich selektive Aufmerksamkeit die Maskierung eines überschwelligen Reizes an einer Hand durch einen starken Reiz an der anderen Hand moduliert. Mittels Elektroenzephalografie (EEG) wurde nachgewiesen, dass nach der Stimulation die Verarbeitung in einem fronto-parietalen Netzwerk den Zugang ins Bewusstsein signalisiert. Der Befund einer der bewussten Wahrnehmung zeitlich vorausgehenden neuronalen Desynchronisation im frontalen Kortex und in S1 erlaubt eine Erweiterung bestehender Modellvorstellungen. In einer simultanen EEG-funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT) -Studie wurde gezeigt, dass räumlich selektive Aufmerksamkeit die Signalverarbeitung während einer frühen sensorischen Phase der Reizverarbeitung beeinflusst (50 ms). Dieser Effekt korrelierte mit den Blutflußänderungen in S1. Zusammenfassend zeigen die Studien, dass räumlich selektive Aufmerksamkeit zwar frühe somatosensorische Aktivität in S1 sowie die Wahrnehmung somatosensorischer Reize moduliert, dies jedoch keine hinreichende Bedingung für die bewusste Wahrnehmung ist. Hingegen ist die attentional kontrollierte Desynchronisation somatosensorischer Rhythmen vor der Stimulation, die eine verstärkte fronto-parietale Reizverarbeitung nach sich zieht, hierfür entscheidend.

Eigene Schlagworte: Räumlich selektive Aufmerksamkeit, bewusste Wahrnehmung, primärer somatosensorischer Kortex, EEG, fMRT

Abstract

Numerous studies have shown that selective orientation of attention to a stimulus location modulates visual and auditory stimulus processing. Due to the relatively little knowledge about comparable effects of attention in the somatosensory system, existing models can barely be assigned to general cortical mechanisms. The studies conducted in this dissertation should therefore contribute to this knowledge. Effects of spatial selective attention on conscious perception and cortical processing of somatosensory stimuli have been investigated by applying recording methods with high temporal and spatial resolutions. Specifically, it was shown that spatial selective attention modulates masking of supra-threshold stimulus on one hand by a strong stimulus applied to the other hand. Using electroencephalography (EEG), it was demonstrated that processing in a fronto-parietal network but not early S1-activation signals the entry into conscious perception. The finding of neuronal desynchronisation in the frontal cortex and S1 preceding conscious stimulus perception permits the extension of the existing models. With the aim of localizing the temporal effects of spatial selective attention, a simultaneous EEG-functional magnetic resonance imaging (fMRI)-study was conducted. In contrast to findings of visual attention, it was shown that orientation of attention enhances somatosensory processing at an early stage of stimulus processing (50 ms). This effect correlated with the changes of cortical blood flow in S1. Together, these studies show that spatial-selective attention modulates early activity in S1 as well as conscious perception of somatosensory stimuli. Nevertheless, this is not sufficient for an entrance into conscious perception. Instead, attentionally controlled pre-stimulus desynchronisation of somatosensory rhythmic activity, followed by an increased fronto-parietal stimulus processing are necessary prerequisites for conscious perception.

Keywords: Spatial-selective attention, conscious perception, primary somatosensory cortex, EEG, fMRI

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15.01.2008