Ereigniskorrelierte Potentiale des Modalitätswechsels bei Arbeitsgedächtnisprozessen
©2003
Diplomarbeit
86 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Einleitung:
Wie merkt man sich eine Telefonnummer bis man sie gewählt hat? Die meisten von uns würden die Nummer still vor sich hersagen, um sie nicht zu vergessen. Dieses bewusste Wiederholen von Gedächtnisinhalten findet im so genannten Arbeitsgedächtnis statt. Das Arbeitsgedächtnis ist ein Modell aus der kognitiven Psychologie, dass Aussagen über das kurzzeitige Behalten von Informationen und über das Format ihrer Repräsentation macht.
Im Beispiel mit der Telefonnummer könnten die Ziffern sowohl als visuelles Bild, als auch als Klang ihrer Bezeichnung im Arbeitsgedächtnis gehalten werden. Da es sich bei Ziffern um verbale Elemente handelt, werden sie mit großer Wahrscheinlichkeit in Lautgestalt enkodiert und durch eine verbale Strategie aufrechterhalten.
Wie Bilder im Arbeitsgedächtnis gehalten werden ist Thema wissenschaftlicher Diskussionen. Es gibt Hinweise in der Forschung der letzten Jahre, dass Bilder, die leicht verbalisierbar sind, durch eine verbale Strategie im Arbeitsgedächtnis gehalten werden.
Ein Ziel der vorliegenden Arbeit ist, einen Beitrag zur aktuellen Forschung zu liefern, ob Bilder durch eine verbale Strategie im Arbeitsgedächtnis gehalten werden.
Zusammenfassung:
Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, zu überprüfen, ob Bilder genauso wie Worte durch subvokales Wiederholen im Arbeitsgedächtnis gehalten werden. 15 Versuchspersonen wurden in einer n-back Aufgabe (n = 0, 1, 2) mit und ohne Modalitätswechsel in pseudorandomisierter Abfolge gesprochene Worte oder die entsprechenden Bilder präsentiert. Während der Versuchsdurchführung wurde ein EEG abgeleitet und Verhaltensdaten erhoben.
In 2-back war die Reaktionsgenauigkeit, unabhängig davon, ob die Modalität wechselte oder nicht, signifikant größer, wenn der Zielreiz ein Wort war. Die Reaktionszeiten auf Worte stiegen mit der Gedächtnisladung kontinuierlich an. Im Gegensatz dazu, unterschieden sich die Reaktionszeiten auf Bilder in 1 und 2-back nicht voneinander.
Nur bei auditiven Zielreizen in 2-back war die Amplitude der P300 im Vergleich zu 0 und 1-back signifikant reduziert. Die Amplitudenreduktion reflektiert die Umverteilung von Prozesskapazität im Arbeitsgedächtnis durch subvokales Wiederholen. Das Ergebnis aus ereigniskorrelierten Potentialen wird durch Verhaltensdaten gestützt und als Nachweis gewertet, dass Bilder nicht durch eine verbale Strategie im Arbeitsgedächtnis gehalten wurden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Arbeit war […]
Wie merkt man sich eine Telefonnummer bis man sie gewählt hat? Die meisten von uns würden die Nummer still vor sich hersagen, um sie nicht zu vergessen. Dieses bewusste Wiederholen von Gedächtnisinhalten findet im so genannten Arbeitsgedächtnis statt. Das Arbeitsgedächtnis ist ein Modell aus der kognitiven Psychologie, dass Aussagen über das kurzzeitige Behalten von Informationen und über das Format ihrer Repräsentation macht.
Im Beispiel mit der Telefonnummer könnten die Ziffern sowohl als visuelles Bild, als auch als Klang ihrer Bezeichnung im Arbeitsgedächtnis gehalten werden. Da es sich bei Ziffern um verbale Elemente handelt, werden sie mit großer Wahrscheinlichkeit in Lautgestalt enkodiert und durch eine verbale Strategie aufrechterhalten.
Wie Bilder im Arbeitsgedächtnis gehalten werden ist Thema wissenschaftlicher Diskussionen. Es gibt Hinweise in der Forschung der letzten Jahre, dass Bilder, die leicht verbalisierbar sind, durch eine verbale Strategie im Arbeitsgedächtnis gehalten werden.
Ein Ziel der vorliegenden Arbeit ist, einen Beitrag zur aktuellen Forschung zu liefern, ob Bilder durch eine verbale Strategie im Arbeitsgedächtnis gehalten werden.
Zusammenfassung:
Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, zu überprüfen, ob Bilder genauso wie Worte durch subvokales Wiederholen im Arbeitsgedächtnis gehalten werden. 15 Versuchspersonen wurden in einer n-back Aufgabe (n = 0, 1, 2) mit und ohne Modalitätswechsel in pseudorandomisierter Abfolge gesprochene Worte oder die entsprechenden Bilder präsentiert. Während der Versuchsdurchführung wurde ein EEG abgeleitet und Verhaltensdaten erhoben.
In 2-back war die Reaktionsgenauigkeit, unabhängig davon, ob die Modalität wechselte oder nicht, signifikant größer, wenn der Zielreiz ein Wort war. Die Reaktionszeiten auf Worte stiegen mit der Gedächtnisladung kontinuierlich an. Im Gegensatz dazu, unterschieden sich die Reaktionszeiten auf Bilder in 1 und 2-back nicht voneinander.
Nur bei auditiven Zielreizen in 2-back war die Amplitude der P300 im Vergleich zu 0 und 1-back signifikant reduziert. Die Amplitudenreduktion reflektiert die Umverteilung von Prozesskapazität im Arbeitsgedächtnis durch subvokales Wiederholen. Das Ergebnis aus ereigniskorrelierten Potentialen wird durch Verhaltensdaten gestützt und als Nachweis gewertet, dass Bilder nicht durch eine verbale Strategie im Arbeitsgedächtnis gehalten wurden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Arbeit war […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
ID 9502
Krella, Klaus: Ereigniskorrelierte Potentiale des Modalitätswechsels bei
Arbeitsgedächtnisprozessen
Druck Diplomica GmbH, Hamburg, 2006
Zugl.: Ruhr-Universität Bochum, Diplomarbeit, 2003
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Diplomica GmbH
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Printed in Germany
Zusammenfassung ... 1
1 Einleitung ... 1
2 Theoretischer Teil... 2
2.1 Das Arbeitsgedächtnis ... 2
2.1.1 Verhaltensexperimente ... 2
2.1.2 Patientenstudien... 5
2.1.3 Die Komponenten des AG... 7
2.1.3.1 Die zentrale Exekutive ... 7
2.1.3.2 Die phonologische Schleife... 7
2.1.3.3 Der visuell-räumliche Notizblock ... 8
2.2 Die bildgebenden Verfahren... 9
2.2.1 Positronen-Emissions-Tomographie (PET)... 9
2.2.2 funktionelle Kernspintomographie (fMRT) ... 9
2.2.3 Zwei Methoden experimentellen Designs ... 10
2.2.3.1 Die Subtraktionsmethode ... 10
2.2.3.2 Das parametrische Verfahren ... 10
2.2.4 Die n-back Aufgabe... 11
2.2.5 Ergebnisse aus Studien mit bildgebenden Verfahren... 13
2.3 Ereigniskorrelierte Potentiale ... 19
2.3.1 Die P300 Komponente ... 20
2.3.2 Die N400 Komponente... 24
2.4 Fragestellung und Hypothesen der Untersuchung... 27
2.4.1 Hypothesen zum Verhalten ... 28
2.4.2 Hypothesen zur N400 ... 28
2.4.3 Hypothesen zur P300... 28
2.5 Definition der abhängigen und unabhängigen Variablen... 29
3 Methoden... 30
3.1 Versuchspersonen... 30
3.2 Material und Prozedur ... 30
3.2.1 Stimuli ... 30
3.2.2 Versuchsablauf ... 30
3.2.3 EEG-Aufzeichnung und Auswertung... 34
3.2.4 Statistische Datenanalyse ... 35
4 Ergebnis... 37
4.1 Verhaltensdaten ... 37
4.1.1 Reaktionsgenauigkeit ... 37
4.1.2 Reaktionszeiten... 38
4.2 EKP Daten für Target vs Nontarget ... 40
4.2.1 Die N400 ... 40
4.2.2 Die P300 ... 44
4.2.2.1 Die Amplituden der lateralen und zentralen Elektroden ... 44
4.2.2.2 Die Latenz der lateralen und zentralen Elektroden ... 50
4.3 EKP Daten für Transformation vs Nontransformation... 52
4.3.1 Die N400 ... 52
4.3.2 Die P300 ... 52
4.3.2.1 Die Amplituden der lateralen und zentralen Elektroden ... 52
4.3.2.2 Die Latenz der lateralen und zentralen Elektroden ... 58
4.4 Grand Averages ... 60
5 Diskussion ... 65
5.1 Verhaltensdaten ... 65
5.1.1 Reaktionsgenauigkeit ... 65
5.1.2 Reaktionszeiten... 67
5.2 Ereigniskorrelierte Potentiale ... 68
5.2.1 Die N400 ... 68
5.2.2 Die P300 ... 69
6 Literaturverzeichnis... 74
Zusammenfassung
Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, zu überprüfen, ob Bilder genauso
wie Worte durch subvokales Wiederholen im Arbeitsgedächtnis gehalten werden. 15
Versuchspersonen wurden in einer n-back Aufgabe (n = 0, 1, 2) mit und ohne
Modalitätswechsel in pseudorandomisierter Abfolge gesprochene Worte oder die
entsprechenden Bilder präsentiert. Während der Versuchsdurchführung wurde ein EEG
abgeleitet und Verhaltensdaten erhoben.
In 2-back war die Reaktionsgenauigkeit, unabhängig davon, ob die Modalität wechselte
oder nicht, signifikant größer, wenn der Zielreiz ein Wort war. Die Reaktionszeiten auf
Worte stiegen mit der Gedächtnisladung kontinuierlich an. Im Gegensatz dazu,
unterschieden sich die Reaktionszeiten auf Bilder in 1 und 2-back nicht voneinander.
Nur bei auditiven Zielreizen in 2-back war die Amplitude der P300 im Vergleich zu 0
und 1-back signifikant reduziert. Die Amplitudenreduktion reflektiert die Umverteilung
von Prozesskapazität im Arbeitsgedächtnis durch subvokales Wiederholen. Das
Ergebnis aus ereigniskorrelierten Potentialen wird durch Verhaltensdaten gestützt und
als Nachweis gewertet, dass Bilder nicht durch eine verbale Strategie im
Arbeitsgedächtnis gehalten wurden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Arbeit war die Reproduktion eines aus ,,repetiton
priming" Untersuchungen bekannten Befundes über die Amplitude der N400 in einer
Arbeitsgedächtnisaufgabe.
Nur wenn der Zielreiz ein ungebahntes Wort war, nahm die N400 Amplitude
erwartungsgemäß zu, gleichgültig, ob die Modalität des ,,prime" ein Wort oder Bild
war. War der Zielreiz jedoch ein ungebahntes Bild, dann war der Amplitudeneffekt
nicht eindeutig. Dieses Ergebnis bestätigt die Befunde aus ,,repetition priming"
Experimenten nur zum Teil.
Einleitung
1
1 Einleitung
Wie merkt man sich eine Telefonnummer bis man sie gewählt hat? Die meisten von uns
würden die Nummer still vor sich hersagen, um sie nicht zu vergessen. Dieses bewusste
Wiederholen von Gedächtnisinhalten findet im so genannten Arbeitsgedächtnis statt.
Das Arbeitsgedächtnis ist ein Modell aus der kognitiven Psychologie, dass Aussagen
über das kurzzeitige Behalten von Informationen und über das Format ihrer
Repräsentation macht.
Im Beispiel mit der Telefonnummer könnten die Ziffern sowohl als visuelles Bild, als
auch als Klang ihrer Bezeichnung im Arbeitsgedächtnis gehalten werden. Da es sich bei
Ziffern um verbale Elemente handelt, werden sie mit großer Wahrscheinlichkeit in
Lautgestalt enkodiert und durch eine verbale Strategie aufrechterhalten.
Wie Bilder im Arbeitsgedächtnis gehalten werden ist Thema wissenschaftlicher
Diskussionen. Es gibt Hinweise in der Forschung der letzten Jahre, dass Bilder, die
leicht verbalisierbar sind, durch eine verbale Strategie im Arbeitsgedächtnis gehalten
werden.
Ein Ziel der vorliegenden Arbeit ist, einen Beitrag zur aktuellen Forschung zu liefern,
ob Bilder durch eine verbale Strategie im Arbeitsgedächtnis gehalten werden.
Theoretischer Teil
2
2 Theoretischer Teil
2.1 Das Arbeitsgedächtnis
Der Begriff ,,Arbeitsgedächtnis" steht in der kognitiven Psychologie für ein System, das
für temporäres Speichern und Manipulieren von Informationen bei einer Reihe von
kognitiven Prozessen, wie zum Beispiel Verstehen, Lernen und Schlussfolgern nötig ist
(Baddeley, 1986).
Es gibt Belege für das Arbeitsgedächtnis (AG) aus Verhaltensexperimenten mit
Gesunden, aus Läsionsstudien mit Patienten, durch bildgebende Verfahren und
schließlich in elektrophysiologischen Studien.
2.1.1 Verhaltensexperimente
Ein neues Konzept des AG wurde von Baddeley und Hitch (1974) als Reaktion auf die
zunehmenden Diskrepanzen, die das bis dahin einflussreiche Paradigma des
Kurzzeitgedächtnisses von Atkinson und Shiffrin (1968) bot, vorgeschlagen.
Im Paradigma von Atkinson et al. (1968) wurde von einem einheitlichen
Kurzzeitspeicher ausgegangen, der in seiner Aufnahmekapazität beschränkt war. Es
wurde deshalb bis dahin angenommen, dass zwei unterschiedliche Aufgaben, die
gleichzeitig durchgeführt wurden, um die Kapazität des Kurzeitspeichers konkurrierten
und die Leistung der einen Aufgabe auf Kosten der anderen ausgeführt wurde. Baddeley
et al. (1974) konnten zeigen, dass Versuchspersonen (Vpn) durchaus zwei Aufgaben
gleichzeitig ausführen konnten, ohne dass dies zu einer gravierend höheren Fehlerrate
beim Abruf führte. Die bis dahin vorherrschende Auffassung von einem einheitlichen
Kurzzeitgedächtnis war nicht länger haltbar.
Baddeley et al. (1974) folgerten aus ihren Verhaltensexperimenten, dass es mindestens
2 unterschiedliche Arten von Kurzzeitspeichern geben müsste. Sie schlugen aus diesem
Grunde ein AG vor, das aus 3 Subsystemen besteht: Zwei modalitätsspezifische
Kurzzeitspeichern, der so genannten artikulatorischen oder phonologischen Schleife
Theoretischer Teil
3
(artikulatory/phonological loop) und des visuell-räumlichen Notizblock (visuo-spatial
sketchpad), die von einer übergeordneten Instanz, der zentralen Exekutive (central
executive), kontrolliert werden. Dieses Modell musste im Laufe der Zeit noch
modifiziert werden. Im nächsten Abschnitt werden die Experimente beschrieben, die
das ursprüngliche Modell erweiterten
Salamé und Baddeley (1982) zeigten in einer Reihe von Experimenten zum AG ihren
Vpn pro Durchgang jeweils 9 Ziffern (1-9) in zufälliger Reihenfolge auf einem Monitor,
bei gleichzeitiger Darbietung auditiver Stimuli, die nicht beachtet werden sollten. Die
Aufgabe der Vpn war, direkt im Anschluss die Zahlensequenz in korrekter Reihenfolge
aufzuschreiben. Während die Ziffern auf dem Bildschirm erschienen wurden in den
unterschiedlichen Experimentalbedingungen irrelevante Worte, Nonsensworte, weißes
Rauschen, kurz oder lange Worte, phonematisch oder semantisch ähnliche Worte und
eine Kontrollbedingung (Stille) präsentiert.
In der Kontrollbedingung machten die Vpn deutlich weniger Fehler als in den Sprach-
und Geräuschbedingungen. Da Nonsensworte in gleichem Masse wie richtige Worte das
Kurzzeitgedächtnis für visuell dargebotene Ziffern störten, während der Effekt von
Geräuschen (weißes Rauschen) im Vergleich dazu geringer war, zogen Salamé et al.
(1982) den Schluss, dass die Störung nicht auf semantischen Faktoren oder Geräuschen
basierte, sondern phonematischer Natur war. Der störende Effekt irrelevanter Worte im
Hintergrund war umso störender, je phonematisch ähnlicher die Worte den zu
behaltenden Informationen waren. Salamé et al. (1982) fanden heraus, dass der störende
Effekt irrelevanter Sprache unter artikulatorischer Suppression (Murray, 1968), d. h. das
kontinuierliche Aufsagen eines Wortes, verschwand.
Um sich den störenden Einfluss irrelevanter Worte auf das Behalten visuell präsentierter
Ziffern und sich dessen Ausbleiben unter artikulatorischer Suppression (AS) plausibel
zu machen, interpretierten Salamé et al. (1982) das Ergebnis in folgender Weise.
Visuelle Stimuli werden in einen phonologischen Kode übersetzt, um durch subvokales
Wiederholen, das ist eine Art inneres Sprechen, im phonologischen Speicher gehalten
zu werden. Der störende Effekt durch irrelevante Worte trat deshalb auf, weil visuelles
Theoretischer Teil
4
Material durch subvokales Wiederholen in denselben, auf einem phonologischen Kode
basierenden Speicher gelangte, auf den irrelevante Worte einen obligatorischen Zugriff
hatten. Es kam so zwischen den relevanten visuellen Ziffern und den irrelevanten
Wörtern zu Interferenzen, die das Behalten der Ziffernfolge erschwerten. Als
subvokales Wiederholen der visuellen Stimuli durch AS verhindert wurde, gelangten
die visuellen Stimuli in einen separaten visuellen Speicher (visuo-spatial sketchpad) und
irrelevante Worte konnten keine Interferenzen mehr erzeugen.
Die artikulatorische Schleife (artikulatory loop) aus dem ursprünglichen Modell
(Baddeley et al., 1974) wurde aufgrund der Experimente von Salamé et al (1982) in 2
separate Komponenten unterteilt, einen passiven phonologischen Speicher und einen
aktiven Prozess, das subvokale Wiederholen (subvocal rehearsal). Durch subvokales
Wiederholen können auch verbalisierbare visuelle Stimuli Eingang in die phonologische
Schleife erhalten.
Dass nicht nur visuell dargestellte Ziffern, sondern auch Bilder durch subvokales
Wiederholen im AG gehalten werden, konnten Brandimonte und Gerbino (1993) in
einer Untersuchung mit Kippfiguren zeigen. Visuelle Stimuli, die leicht zu benennen
waren, wurden automatisch verbal kodiert. Sie berichteten außerdem davon, dass durch
das Halten von Bildern durch subvokales Wiederholen Details dieser Bilder verloren
gingen. Wurde subvokales Wiederholen durch AS verhindert und die Bilder visuell
kodiert, konnten sich die Vpn an mehr Einzelheiten aus diesen Bildern erinnern. Dieses
Ergebnis deutete darauf hin, dass Vpn in einer Arbeitsgedächtnisaufgabe mit
benennbaren Bildern zwar eine phonologische Kodierung bevorzugten, diese aber einer
visuellen Kodierung an Genauigkeit unterlegen war.
Theoretischer Teil
5
2.1.2 Patientenstudien
Die Modifizierung der artikulatorischen Schleife in einen phonologischen Speicher mit
aktivem ,,rehearsal" Prozess wurde durch eine Patientenstudie von Vallar und Baddeley
(1984) gestützt. Sie untersuchten die Patientin P. V., die einen ischämischen
Schlaganfall erlitten hatte, der das gesamte Sprachareal der linken Hemisphäre betraf. In
neuropsychologischen Tests wurde eine Dissoziation der Gedächtnisspanne von
auditiven und visuellen Stimuli offenbar. Während ihre Gedächtnisspanne für auditives
Material nur bei 2 Item lag, war sie in visuell-räumlichen Gedächtnistests
durchschnittlich. Es wurden keine allgemeinen kognitiven Defizite bei P. V. gefunden.
Um die Natur ihres Defizits genauer zu untersuchen, fungierten 3 Effekte, die das
verbale Kurzzeitgedächtnis beeinflussen, als unabhängige Variabeln.
1. Conrad & Hull (1964) konnten demonstrieren, dass phonologisch ähnliche
Worte wie z. B. ,,man, cap, can , map, mad" schwerer zu behalten waren, als
jene ohne phonologische Ähnlichkeit ,,pit, day, cow, pen, rig". Sie folgerten,
dass ähnlich klingende Worte in einem auf phonologischen Kodes
basierendem Speicher schwerer zu unterscheiden waren und deshalb das
Erinnern erschwerten. Dieser Effekt phonologischer Ähnlichkeit
(phonological similarity effect) ist eine Eigenheit des phonologischen
Speichers.
2. Der Wortlängeneffekt (word length effect) nach Baddeley, Thomson &
Buchanan (1975), bedeutet, dass die Gedächtnisspanne für lange Wörter
geringer ist, als für kurze, da die Kapazität der artikulatorischen Schleife
zeitlich limitiert ist. Dieser Wortlängeneffekt tritt immer dann auf, wenn
subvokales Wiederholen genutzt wird.
3. Artikulatorische Suppression (artikulatory suppression nach Murray, 1968)
verhindert subvokales Wiederholen von auditiven und visuellen Stimuli.
P. V. zeigte beim Erinnern auditiv präsentierter Buchstaben einen Effekt phonologischer
Ähnlichkeit, der bedeutete, dass sie den phonologischen Speicher nutzte, wenn auch in
eingeschränktem Maße. Der Effekt phonologischer Ähnlichkeit war bei visuell
Theoretischer Teil
6
dargebotenen Buchstaben bei P. V. nicht feststellbar, d. h. sie enkodierte visuelle
Stimuli nicht in einem phonologischen Kode. Deshalb verschlechterte sich ihre Leistung
unter AS in der visuellen Bedingung nicht. Vallar et al. (1984) schlossen daraus, dass
sie die artikulatorische Schleife nicht nutzte. Diese Annahme wurde durch ein
Folgeexperiment, in dem die Wortlänge variiert wurde, gestützt. Die Gedächtnisspanne
von P. V. für 2 oder 5-silbige Worte war identisch.
Die Dissoziation der Gedächtnisleistung von P. V. für auditive und visuelle Stimuli lag
nach der Interpretation von Vallar et al. (1984) an einem defekten phonologischen
Speicher mit einer Kapazität von nur 2 Items. Deshalb wurden visuell dargebotene
verbale Stimuli nicht durch subvokales Wiederholen in den defekten phonologischen
Speicher transferiert, sondern in einem visuellen Speicher gehalten, der von der Läsion
nicht betroffen war.
In der Patientenstudie von Hanley, Young & Pearson (1991) wurde eine Patientin E. L.
D. untersucht, die ein entgegengesetztes Muster an Kurzzeitgedächtnisdefiziten aufwies.
Sie litt an einem arteriellen Aneurysma in der rechten Hemisphäre, das zu einem
subarachnoidalen Hämatom in der sylvischen Furche führte. Wie P. V. zeigte E. L. D.
keine allgemeinen kognitiven Defizite. Allerdings war ihr Kurzzeitgedächtnis für
visuell-räumliches Material beeinträchtigt, während ihr verbales Kurzzeitgedächtnis
intakt blieb. Im Gegensatz zu P. V. zeigte E. L. D einen Effekt phonologischer
Ähnlichkeit, auch wenn Buchstaben visuell dargeboten wurden. Das deutet darauf hin,
dass E. L. D. den phonologischen Speicher nutzte, um sich visuelles Material zu
merken. Unter AS, die den Transfer visuell präsentierte Buchstaben in einen
phonologischen Kode verhinderte, wurde ihre Gedächtnisleistung deutlich schlechter.
Das Ergebnis der Fallstudie E. L. D. macht eine doppelte Dissoziation zum Fall von P.
V. sichtbar.
Auf der nächsten Seite werden die Ergebnisse aus Verhaltens- und Patientenstudien
über die Komponenten des Arbeitsgedächtnisses zusammengefasst.
Theoretischer Teil
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2.1.3 Die Komponenten des AG
2.1.3.1 Die zentrale Exekutive
Die zentrale Exekutive wird als ein modalitätsunabhängiges System angesehen, das die
Aktivität der phonologischen Schleife (phonological oder artikulatory loop) und des
visuell-räumlichen Notizblock (visuo-spatial sketchpad) steuert. Sie spielt sowohl eine
Rolle beim Fokussieren der Aufmerksamkeit, als auch beim Aufmerksamkeitswechsel.
Obwohl sie Repräsentationen im Langzeitgedächtnis aktivieren kann, ist sie nicht am
eigentlichen Speichern im AG beteiligt (Baddeley und Logie, 1999).
2.1.3.2 Die phonologische Schleife
Die phonologische oder artikulatorische Schleife gehört zu den am besten verstandenen
Komponenten des AG. Sie dient dazu, verbale Informationen kurzzeitig zu speichern
und bereitzuhalten, wenn diese benötigt werden. Es wird angenommen, dass der
phonologische Speicher als ein ,,backup system" arbeitet, das für das Verständnis von
komplizierten Sätzen wichtig ist (Baddeley, 1992). Sprachbasierte Informationen
werden in der phonologischen Schleife nur für 2 bis 3 Sekunden als Gedächtnisspur
gehalten, es sei denn, sie werden durch das ,,rehearsal system" in Form subvokaler
Wiederholung aufrechterhalten. Verbale Informationen können so theoretisch durch
andauernde subvokale Wiederholung unbegrenzt lang im phonologischen Speicher
gehalten werden. Allerdings ist die Kapazität der phonologischen Schleife begrenzt. Die
Gedächtnisspanne für Wörter umfasst im Allgemeinen so viele Worte, die eine Person
in 2 Sekunden sagen kann und hängt deshalb von der Wortlänge ab. Ab einer gewissen
Anzahl von Wörtern, werden die Worte zu Beginn einer Wortsequenz bereits vergessen,
bevor die Wörter am Ende gespeichert werden konnten. Je kürzer die Worte, desto mehr
können in der phonologischen Schleife gehalten werden. Je mehr Worte subvokal
wiederholt werden, desto länger dauert der Prozess (Baddeley, 1996). Dies gilt nicht nur
für auditiv dargebotene Wörter. Baddeley (1992) schreibt: ,,This system serves two
functions; it can maintain material within the phonological store by subvocal repetition,
and it can take visually presented material such as words or nameable pictures and
register them in the phonological store by subvocalization".
Theoretischer Teil
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2.1.3.3 Der visuell-räumliche Notizblock
Der visuell-räumliche Notizblock (visuo-spatial sketch pad) ist spezialisiert auf das
kurzzeitige Speichern von visuellen Mustern und das Behalten von
Bewegungssequenzen. Analog zur phonologischen Schleife wird angenommen, dass der
visuell-räumliche Notizblock aus einem passiven Speicher (visual cache) und einem
aktiven, räumlich basierten ,,rehearsal system", dem inneren Schreiber (inner scribe)
besteht (Logie, 1995). Allerdings wird der Prozess des Wiederholens (rehearsal) von
visuellen Stimuli noch nicht gut verstanden. Baddeley (1996) schrieb: ,,At the
psychological level, however, our understanding is probably rather less; we do not, for
example, have a good conceptualization of the process of rehearsal, whereby visual
material ist maintained in the sketchpad". In Abbildung 2.1 werden die Komponenten
des AG schematisch dargestellt.
Abbildung 2.1: Schematische Darstellung des AG nach Logie (1995)
Theoretischer Teil
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2.2 Die bildgebenden Verfahren
Das Gehirn hat einen anhaltend hohen Bedarf an Sauerstoff und Glukose, der bei
erhöhter neuronaler Aktivität, wie z. B. während einer Arbeitsgedächtnisaufgabe,
innerhalb von Sekunden zu einem gesteigerten Sauerstoff- und Glukoseverbrauch führt.
Um die Versorgung der Neuronen mit Sauerstoff und Glukose aufrecht zu erhalten,
nimmt die Hirndurchblutung in Regionen mit gesteigerter neuronaler Aktivität zu.
Diesen Umstand machen sich die so genannten bildgebenden Verfahren zu nutze.
2.2.1 Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
Vor Beginn eines PET Scans wird der Vp eine radioaktiv markierte Substanz (Tracer)
mit kurzer Halbwertzeit in die Blutbahn injiziert. Nach ca. 30 Sekunden gelangt der
Tracer in das Gehirn und innerhalb der nächsten 30 Sekunden erreicht die messbare
Strahlung ihren Höhepunkt. Der radioaktive Tracer reichert sich in Regionen
gesteigerter Hirndurchblutung an und macht so die zusätzliche neuronale Aktivität
sichtbar. Pro Vp dürfen, um Gesundheitsschäden zu vermeiden, nur 12 Scans gemacht
werden, deshalb müssen die Daten mehrerer Vpn gemittelt werden. Die Mittelung
schränkt die räumliche Auflösung des Verfahrens auf 10-15 mm ein. Die zeitliche
Auflösung liegt bei 30 Sekunden (Frith & Friston, 1997)
2.2.2 funktionelle Kernspintomographie (fMRT)
Beim fMRT wird ebenfalls die gesteigerte der Hirndurchblutung sichtbar gemacht. Da
die Hirndurchblutung stärker zunimmt, als der tatsächliche Sauerstoffverbrauch der
Neuronen, erhöht sich der Anteil von oxidiertem im Vergleich zu desoxydiertem
Hämoglobin in besonders aktiven Hirnregionen. Durch den BOLD Effekt (blood
oxygen level dependent contrast) ist es möglich, Regionen mit gesteigerter
Hirndurchblutung sichtbar zu machen. Der Vorteil von fMRT gegenüber PET liegt an
der Nichtinvasivität des Verfahrens. Deshalb sind mit fMRT beliebig viele Scans
möglich. Ein weiterer Vorteil ist die größere räumliche Auflösung von ca. 2 mm und
eine zeitliche Auflösung von einigen Sekunden (Frith et al., 1997)
Theoretischer Teil
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2.2.3 Zwei Methoden experimentellen Designs
2.2.3.1 Die Subtraktionsmethode
Die Untersucher konstruieren eine Experimental- und Kontrollbedingung. Die
Experimentalbedingung ist z. B. so aufgebaut, dass sich die Vpn während des
Experiments die dargebotenen Stimuli merken müssen, um die Aufgabe korrekt
ausführen zu können. In der Kontrollaufgabe werden alle Variablen der
Experimentalbedingung, bis auf die von Interesse, beibehalten. Die Kontrollaufgabe
darf sich nur in dem spezifischen kognitiven Prozess, der untersucht werden soll, z. B.
der Anforderung an das AG, von der Experimentalaufgabe unterscheiden. Die
Unterschiede der regionalen Durchblutung, gemessen durch PET oder fMRT, in
Experimental- und Kontrollbedingung, werden auf diesen spezifischen kognitiven
Prozess, der die beiden Bedingungen unterscheidet, bezogen (Smith und Jonides, 1997).
Ein Problem der Subtraktionsmethode ist die Schwierigkeit, zwei Bedingungen so zu
konstruieren, dass sie sich tatsächlich nur in einer Variablen voneinander unterscheiden.
2.2.3.2 Das parametrische Verfahren
In parametrischen Verfahren wird versucht, eine bestimmte experimentelle Variable
systematisch zu variieren. In Untersuchungen zum AG wird z. B. die Gedächtnisladung,
d. h. die Anzahl der Worte oder Bilder, die im Gedächtnis behalten werden müssen,
variiert. Es ist wahrscheinlich, dass die regionale Hirndurchblutung, wenn sie in
systematischer Weise mit der Anzahl der Stimuli variiert, eine Funktion der
Gedächtnisladung ist. Ein Vorteil der parametrischen Variation ist ihre, im Vergleich
zur Substraktionsmethode, größere Selektivität für bestimmte kognitive Prozesse
(Braver et al., 1997).
Ein Paradigma, das zu den parametrischen Verfahren zählt, ist die n-back Aufgabe
(Mackworth, 1959). Auf der nächsten Seite wird die n-back Aufgabe erklärt, die in den
folgenden Untersuchungen mit bildgebenden Verfahren benutzt wurde.
Theoretischer Teil
11
2.2.4 Die n-back Aufgabe
Zu Beginn stellt sich die Frage, welche Voraussetzungen eine Arbeitsgedächtnisaufgabe
erfüllen muss. Sie sollte vor allem die von Baddeley (1986) aufgestellten Kriterien über
die Aufgaben des AG, das temporäre Speichern und Manipulieren von Informationen,
erfüllen.
Jonides et al. (1997) bezeichnen die n-back Aufgabe als ,,paradigmatic case of working
memory". Sie stellen 7 kognitive Prozesse vor, die während einer n-back Aufgabe
stattfinden:
1. encoding
2. storage
3. rehearsal
4. matching
5. temporal ordering
6. inhibition
7. response
Während einer n-back Aufgabe wird der Vp kontinuierlich eine Sequenz von Stimuli
gezeigt und die Vp muss nach jeder Darbietung entscheiden, ob der aktuelle Stimulus
mit dem in ,,n-back" übereinstimmt. Sie hat in dieser Aufgabe die Wahl zwischen
Tastendruck ,,ja", der bestätigt, dass der Stimulus identisch ist mit dem in n-back oder
sie weist den Stimulus durch Tastendruck ,,nein" zurück. In dieser Aufgabe ist es
möglich, die Anforderung an das AG systematisch zu variieren, indem das ,,n" erhöht
wird.
In der ,,0-back Aufgabe" ist die Anforderung an das AG am geringsten. Der Zielreiz
(Target) steht vor Beginn der Aufgabe fest und die Vp wählen nur aus, ob der aktuelle
Stimulus (Match) mit dem vorgegebenen identisch ist. Sie dient als Kontrollaufgabe, da
sie dieselben Anforderungen an Reizauswertung (encoding), Vergleich (matching) und
Reaktion (response) stellt wie 1 und 2-back, aber sehr viel geringere an das AG. Im
Theoretischer Teil
12
Unterschied zur 0-back Aufgabe, hat in 1 und 2-back jeder Reiz dieselbe
Aufgabenrelevanz, da er in nachfolgenden Durchgängen zum Zielreiz werden kann.
In der ,,1-back Aufgabe" vergleicht die Vp, ob der aktuelle Stimulus mit dem
vorherigen identisch ist. Die 1-back Aufgabe unterscheidet sich von 0-back nur in
einem Prozess. Für die korrekte Entscheidung ist es erforderlich, den Reiz ,,1-back" im
AG zu behalten (storage) und den Gedächtnisinhalt nach jeder neuen Darbietung
auszutauschen. Nach Smith und Jonides (1997) ist weder für die 0 noch für die 1-back
Aufgabe subvokales Wiederholen (rehearsal) nötig.
In der ,,2-back Aufgabe" soll die Vp entscheiden, ob der aktuelle Reiz mit dem
übereinstimmt, der 2 Durchgänge davor gezeigt wurde. Im Gegensatz zu 0 und 1-back
werden in der 2-back Aufgabe alle oben aufgeführten 7 Prozesse ausgeführt. Da in der
2-back Aufgabe 2 Stimuli im AG gehalten werden, wird auch die zeitliche Reihenfolge
der Präsentation wichtig (temporal ordering). Außerdem muss, wenn nötig, die Reaktion
auf eine Übereinstimmung ,,1-back" gehemmt werden (inhibition). Es wird
angenommen, dass ab 2-back ein subvokales Wiederholen (rehearsal) nötig ist, um die
Aufgabe erfolgreich durchzuführen.
Der große Vorteil der n-back Aufgabe ist, dass in allen Gedächtnisbedingungen die
Stimuli identisch sind und sich die Antworten (response) nur darin unterscheiden,
welcher Instruktion (0 vs 1 vs 2-back) die Vp im Augenblick folgt. Es ist deshalb
möglich, einen tieferen Einblick in die Prozesse zu bekommen, die jenseits der
physikalischen Reizauswertung und Motorik liegen, sprich die Funktionen des AG
widerspiegeln (Nystrom et al., 2000)
Theoretischer Teil
13
2.2.5 Ergebnisse aus Studien mit bildgebenden Verfahren
In einer PET-Studie von Awh et al. (1996) konnte die Dissoziation von ,,rehearsal
system" und phonologischem Speicher gezeigt werden (siehe auch Honey et al., 2000;
Paulesu et al., 1993). In dieser Studie wurde den Vpn auf einem Monitor in der
Arbeitsgedächtnisbedingung (2-back Aufgabe) Buchstaben präsentiert. Nachdem die
Kontrollbedingung von der Experimentalbedingung subtrahiert wurde, konnte
nachgewiesen werden, dass das Broca Areal, das linke prämotorische Areal und
supplementärmotorische Areale (Brodmann Areal (BA) 6) beider Hemisphären, sowie
bilaterale, homologe posterior parietale Kortices (BA 40) am verbalen AG beteiligt
waren (Lokalisation der Brodmann Areale siehe Abbildung 2.2). Wird eine zweite
Kontrollbedingung, in der jeder dargebotene Buchstabe subvokal wiederholt wurde, von
der Arbeitsgedächtnisbedingung abgezogen, wurden die Anteile des ,,rehearsal systems"
am verbalen AG sichtbar. Awh et al. (1996) konnten zuverlässig zeigen, dass sowohl
das Broca Areal (BA 44) als auch das linkshemisphärische prämotorische AreaI, am
subvokalen Wiederholen von visuell dargebotenen Buchstaben beteiligt waren.
Abbildung 2.2: Die schwarzen Flächen markieren frontale Areale, die an Prozessen des AG im
präfrontalen Kortex beteiligt sind (aus Smith und Jonides, 1999). Einteilung in Brodmann Areale.
Theoretischer Teil
14
Die Studie von Awh et al. (1996) legt die Vermutung nah, dass die phonologische
Schleife amodal arbeitet. In der PET Untersuchung von Schumacher et al. (1996) wurde
diese Hypothese direkt getestet.
Schumacher et al (1996) boten in einer 3-back Aufgabe ihren Vpn Buchstaben visuell
und auditiv dar. Nachdem die Kontrollbedingungen von den visuellen und auditiven
Experimentalbedingungen subtrahiert wurden, erhielten sie Subtraktionsbilder, aus
denen die modalitätspezifische sensorische Aktivierungen heraussubtrahiert waren und
nur die Aktivität des AG übrig blieb (bilateral BA 46/9, BA 6, BA 44, BA 7, BA 40).
Nach einer doppelten Subtraktion, d. h. vom visuellen Subtraktionsbild wurde das
auditive abgezogen, war keine signifikante Aktivierung mehr zu sehen und als vom
auditiven Subtraktionsbild das visuelle abgezogen wurde, blieb eine Aktivierung des
Broca Areals übrig. Weil die kortikale Aktivierung bei dieser Arbeitsgedächtnisaufgabe
für beide Modalitäten weitgehend übereinstimmte, spricht das Ergebnis für ein
amodales, verbales AG.
Schumacher et al. (1996) konnten keinen Unterschied in der Reaktionsgenauigkeit für
auditive und visuelle Buchstaben finden. Die Reaktionszeit der Vpn war für visuelle
Buchstaben schneller.
Eine fMRT Studie von Cohen et al. (1997) sollte einen Einblick in die zeitliche Struktur
von Arbeitsgedächtnisprozessen liefern. Sie benutzten eine n-back Aufgabe (von n = 0,
1, 2, 3) in der Buchstaben visuell präsentiert wurden.
Bei Arbeitsgedächtnisprozessen wurde mit zunehmender Gedächtnisladung eine
gesteigerte Hirndurchblutung in bestimmten Gehirnarealen erwartet. Cohen et al. (1997)
nahmen an, dass Strukturen, die die Aufgabe der zentralen Exekutive übernehmen (BA
46/9), wie z. B. das Manipulieren und Austauschen von Gedächtnisinhalten und das
Aufrechterhalten der zeitlichen Reihenfolge, nur kurzzeitig aktiv sein würden. Im
Gegensatz dazu sollten Strukturen, die Informationen halten eine andauernde
Aktivierung zeigen.
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2003
- ISBN (eBook)
- 9783832495022
- ISBN (Paperback)
- 9783838695020
- DOI
- 10.3239/9783832495022
- Dateigröße
- 742 KB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Ruhr-Universität Bochum – Psychologie, Neurowissenschaften
- Erscheinungsdatum
- 2006 (April)
- Note
- 1,0
- Schlagworte
- neuropsychologie p300 n400 working memory
