Einfluss von Aufmerksamkeitsaspekten auf die funktionelle Organisation des somatosensorischen Kortex beim Menschen

Abstract

In der vorliegenden Studie wurde untersucht, inwiefern die Ausrichtung des Aufmerksamkeitsfokus die funktionelle Organisation des primären somatosensorischen Kortex beeinflusst. Hierfür wurden gesunde Versuchspersonen mittels der Magnetoenzephalographie zu zwei Zeitpunkten untersucht. Sie erhielten Bewegungsreize an den Fingern d2-d5 der linken Hand und sollten - die Stimulation blieb die gleiche - in einer Bedingung die Richtung der Reizabfolge über alle vier Finger hinweg bestimmen (Handbedingung) und in der anderen Bedingung die Stimulationsrichtung am Zeigefinger (Fingerbedingung). Im einen Fall war demnach der Fokus der Aufmerksamkeit auf alle vier Finger gerichtet und im anderen Fall auf nur einen Finger. Zwischen den beiden MEG-Messungen erhielten die Versuchspersonen ein dreitägiges Training in dem die Detektion der Reizrichtung und Abfolge geübt wurde. Die Bestimmung der kortikalen Repräsentationen wurde in Form von Dipollokalisationen durchgeführt. Ein Lagevergleich der einzelnen Fingerrepräsentationen ergab, dass die Distanz von d2 zu d5 in der Fingerbedingung signifikant größer war als in der Handbedingung. Entsprechend der Hypothesen führte diejenige Aufgabe, die eine Integration aller stimulierten Finger erforderte, zu einer Annäherung der Fingerrepräsentationen im Vergleich zur Aufgabe, bei der der Fokus der Aufmerksamkeit auf d2 lag. Das durchgeführt Training erbrachte einen deutlichen Zuwachs der korrekten Richtungsangaben und schnelleren Reaktionszeiten von der ersten zur letzten Sitzung. Die angenommene trainingsinduzierte Veränderung der kortikalen Organisation wurde jedoch nicht bestätigt. Ein gewisser Zusammenhang zwischen den lokalisierten Repräsentationen und der Lernleistung war dennoch zu beobachten: die Verbesserung der Leistungen auf Verhaltensebene war am größten, wenn der Abstand zwischen den Repräsentationen von d2 und d5 in den Aufmerksamkeitsbedingungen maximal war. Dies könnte als Hinweis gelten, dass eine deutliche Separierung der kortikalen Repräsentation in der Fingerbedingung sich positiv auf die Verbesserung der Diskriminationsleistungen auswirkt, während für die Handbedingung räumliche Nähe der Aktivitätszentren förderlich ist.

We used magnetic source imaging in human subjects to reveal within-subject variations of the homuncular hand representation within the primary somatosensory cortex modulated by attention. In one condition subjects were trained to detect sequential leftward or rightward stimulus motion across the fingers of the left hand ("hand" condition) and in a different condition to detect stimulus motion at a specific finger on this hand ("finger" condition). Afferent input was controlled by applying exactly the same stimulus pattern to the digits in the two tasks. Segregation of the somatotopic hand representation (an increase in the distance between the representations of digits 2 and 5) was observed, commencing with the onset of practice, in the finger relative to the hand condition. Subsequent training in the hand and finger conditions with feedback for correctness did not modify segregation, indicating that segregation was a task effect and not a training effect. These findings indicate that the hand representation within the primary somatosensory cortex is not statically fixed but is dynamically modulated by top-down mechanisms to support task requirements. A greater capacity for modulation of the functional cortical organization was positively correlated with superior learning and task performance.