Kortikale Verarbeitung schwellennaher taktiler Reize: Eine MEG-Studie

Abstract

Taktile schwellennahe Reize lösen, obwohl sie nicht wahrgenommen werden, Verarbeitungsprozesse in somatosensorischen Kortexarealen aus. Die neurologischen Grundlagen der bewussten und unbewussten Verarbeitung von Schwellenreizen sind jedoch noch immer unklar. Um die kortikale Verarbeitung von Schwellenreizen untersuchen zu können, wurde in dieser Studie ein indirekter Zugang gewählt, bei dem die Auswirkungen dieser schwachen Reize auf einen folgenden Stimulus gemessen wurden. Unter der Hypothese, dass die kortikale Antwort auf einen starken Testreiz durch einen vorangehenden Schwellenreiz verringert wird, wurden an einem Finger Reizpaare präsentiert, die aus einem Schwellenreiz und aus einem folgenden starken Reiz bestanden. Anhand der verschiedenen Interstimulusintervalle von 150, 300 und 450 ms konnten das Ausmaß und die zeitlichen Auswirkungen der Amplitudenreduktion durch die vorangehende Stimulation beurteilt werden. Die Amplitudenreduktion war auf den bilateralen sekundären somatosensorischen Kortex beschränkt und stärker für die wahrgenommenen als für die nicht wahrgenommenen Schwellenreize. Dementsprechend wird die Beteiligung kortikaler Areale an der Informationsverarbeitung nicht nur durch die Aktivierung angezeigt, sondern auch durch die Refraktät, die in der Amplitudenreduktion widergespiegelt wird. Taktile Stimuli werden demnach für weniger als 200 ms in SI verarbeitet und dann nach SII weitergeleitet. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Informationsverarbeitung von schwellennahen Reizen die kortikale Verarbeitung eines folgenden starken Reizes für mindestens 500 ms beeinflusst und der Effekt für bewusst wahrgenommene Schwellenreize stärker ist. Außerdem ist das in der MEG verwendete Paarreiz-Paradigma eine potente Methode, um das Ausmaß der kortikalen Verarbeitung von Schwellenreizen, zum Beispiel die Verarbeitung von misslokalisierten Schwellenreizen zu erfassen, und die Grenzen der Informationsverarbeitung im somatosensorischen Kortex auszuloten.

Although stimuli with intensities just below the perceptual threshold are not consciously perceived, they are processed in somatosensory cortical areas. However, the neural basis of conscious and unconscious processing of near-threshold stimuli is still unclear. Somatosensory evoked responses to single near-threshold stimuli are generally too weak to be detected by functional imaging methods. Therefore, we chose an indirect approach to demonstrate cortical processing of weak stimuli by investigating the effect of near-threshold stimuli on the cortical processing of succeeding strong tactile stimuli. We hypothesized that the brain response evoked by the strong stimulus is reduced by the preceding near-threshold stimulus. Pairs of short tactile stimuli, consisting of a near-threshold stimulus followed by a strong test stimulus, were presented to the subject’s left index finger. By varying the interstimulus interval between the stimuli (150, 300 and 450ms), we could asses the extent and the temporal effects of amplitude reduction due to previous stimulation. Amplitude reductions for the responses to the test stimulus were restricted to bilateral SII with stronger amplitude decrease for perceived than for missed near-threshold stimuli. Accordingly, the participation of cortical areas in information processing is displayed not only by the activation, but also by the amplitude reduction. Information of tactile stimuli is processed for less than 200 ms in primary somatosensory cortex and forwarded to secondary somatosensory cortex for more elaborate processing. To summarize, information processing of near-threshold stimuli affects the cortical processing of a following strong stimulus for at least 500ms and the threshold effect for consciously perceived stimuli is stronger. This paradigm provides a useful tool to study the extent of cortical processing of threshold stimuli, such as the processing of wrong localized threshold stimuli and explore the limits of information processing in the somatosensory cortex.