This dissertation highlights various aspects of basic social attention by choosing versatile approaches to disentangle the precise mechanisms underlying the preference to focus on other human beings. The progressive examination of different social processes contrasted with aspects of previously adopted principles of general attention. Recent research investigating eye movements during free exploration revealed a clear and robust social bias, especially for the faces of depicted human beings in a naturalistic scene. However, free viewing implies a combination of mechanisms, namely automatic attention (bottom-up), goal-driven allocation (top-down), or contextual cues and inquires consideration of overt (open exploration using the eyes) as well as covert orienting (peripheral attention without eye movement). Within the scope of this dissertation, all of these aspects have been disentangled in three studies to provide a thorough investigation of different influences on social attention mechanisms. In the first study (section 2.1), we implemented top-down manipulations targeting non-social features in a social scene to test competing resources. Interestingly, attention towards social aspects prevailed, even though this was detrimental to completing the requirements. Furthermore, the tendency of this bias was evident for overall fixation patterns, as well as fixations occurring directly after stimulus onset, suggesting sustained as well as early preferential processing of social features. Although the introduction of tasks generally changes gaze patterns, our results imply only subtle variance when stimuli are social. Concluding, this experiment indicates that attention towards social aspects remains preferential even in light of top-down demands. The second study (section 2.2) comprised of two separate experiments, one in which we investigated reflexive covert attention and another in which we tested reflexive as well as sustained overt attention for images in which a human being was unilaterally located on either the left or right half of the scene. The first experiment consisted of a modified dot-probe paradigm, in which peripheral probes were presented either congruently on the side of the social aspect, or incongruently on the non-social side. This was based on the assumption that social features would act similar to cues in traditional spatial cueing paradigms, thereby facilitating reaction times for probes presented on the social half as opposed to the non-social half. Indeed, results reflected such congruency effect. The second experiment investigated these reflexive mechanisms by monitoring eye movements and specifying the location of saccades and fixations for short as well as long presentation times. Again, we found the majority of initial saccades to be congruently directed to the social side of the stimulus. Furthermore, we replicated findings for sustained attention processes with highest fixation densities for the head region of the displayed human being. The third study (section 2.3), tackled the other mechanism proposed in the attention dichotomy, the bottom-up influence. Specifically, we reduced the available contextual information of a scene by using a gaze-contingent display, in which only the currently fixated regions would be visible to the viewer, while the remaining image would remain masked. Thereby, participants had to voluntarily change their gaze in order to explore the stimulus. First, results revealed a replication of a social bias in free-viewing displays. Second, the preference to select social features was also evident in gaze-contingent displays. Third, we find higher recurrent gaze patterns for social images compared to non-social ones for both viewing modalities. Taken together, these findings imply a top-down driven preference for social features largely independent of contextual information. Importantly, for all experiments, we took saliency predictions of different computational algorithms into consideration to ensure that the observed social bias was not a result of high physical saliency within these areas. For our second experiment, we even reduced the stimulus set to those images, which yielded lower mean and peak saliency for the side of the stimulus containing the social information, while considering algorithms based on low-level features, as well as pre-trained high-level features incorporated in deep learning algorithms. Our experiments offer new insights into single attentional mechanisms with regard to static social naturalistic scenes and enable a further understanding of basic social processing, contrasting from that of non-social attention. The replicability and consistency of our findings across experiments speaks for a robust effect, attributing social attention an exceptional role within the general attention construct, not only behaviorally, but potentially also on a neuronal level and further allowing implications for clinical populations with impaired social functioning. / Diese Dissertation beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten grundlegender sozialer Aufmerksamkeitsprozesse. Insbesondere werden durch vielseitige Herangehensweisen einzelne Mechanismen untersucht, die der bevorzugten Betrachtung von Menschen zugrunde liegen. Die progressive Untersuchung unterschiedlicher sozialer Vorgänge widerspricht einiger zuvor angenommener Grundlagen allgemeiner Aufmerksamkeitsprozesse. So zeigen beispielsweise Probanden bei freier Betrachtung naturalistischer Bilder eine klare Präferenz für abgebildete Menschen, v.a. deren Gesichter. Allerdings beinhaltet die freie Betrachtung eine Kombination aus mehreren Vorgängen, wie automatische (engl. bottom-up) und zielorientierte, willentliche Aufmerksamkeitslenkung (engl. top-down), als auch den Einfluss von Kontextzusammenhängen. Dies bedingt weiter die Berücksichtigung offener (engl. overt; Exploration mittels Augenbewegungen), als auch verdeckter Aufmerksamkeit (engl. covert; periphere Erkundung ohne Augenbewegungen). Im Rahmen der Dissertation werden alle genannten Aspekte anhand von drei Studien behandelt, wodurch eine sorgfältige Untersuchung verschiedener Einflüsse sozialer Aufmerksamkeitsprozesse erfolgt. In der ersten Studie (Abschnitt 2.1) wurden zielgerichtete Manipulationen in Form von Aufgabenstellungen vorgenommen, welche die Aufmerksamkeit innerhalb einer sozialen Szene spezifisch auf nicht-soziale Reize lenken sollten, um kompetitive Ressourcen von sozialer und zielgerichteter Aufmerksamkeit zu untersuchen. Interessanterweise überwog die Tendenz, soziale Aspekte zu betrachten, obwohl dies nachteilig für das Lösen der Aufgaben war. Diese Neigung erwies sich für die allgemeine Fixationsverteilung als auch für Fixationen, die unmittelbar nach Erscheinen der Stimuli auftraten. Dieser Befund impliziert, dass soziale Reize sowohl bei dauerhaften als auch frühen Aufmerksamkeitsprozessen bevorzugt werden. Obwohl es einen allgemeinen Konsens gibt, dass eine Implementierung von Aufgaben zu verändertem Blickverhalten führt, deuten unsere Ergebnisse lediglich auf subtile Abweichungen hin, wenn die Stimuli sozialer Natur sind. Abschließend indiziert dieses Experiment, dass auch mit steigender Bedeutung anderer top-down Modulationen bevorzugt soziale Aspekte betrachtet werden. Die zweite Studie (Abschnitt 2.2) bestand aus zwei separaten Experimenten, welche verdeckte und offene Aufmerksamkeit auf soziale Reize untersuchten. Hierfür wurden in beiden Studien dieselben Bilder verwendet, in denen ein Mensch unilateral, entweder auf der rechten oder linken Hälfte abgebildet war. Das erste Experiment bestand aus einer modifizierten Variante des Dot-Probe Paradigmas, bei dem periphere Zielreize entweder kongruent auf der Seite des sozialen Stimulus erschienen, oder inkongruent auf der nicht sozialen Seite präsentiert wurden. Diese Zuteilung basierte auf der Annahme, dass soziale Merkmale auf ähnliche Weise fungieren wie Hinweisreize in traditionellen Spatial-Cueing-Paradigmen, indem sie Reaktionszeiten auf Zielobjekte, die auf der sozialen Seite präsentiert werden, beschleunigen. Tatsächlich wiesen unsere Ergebnisse einen solchen Kongruenzeffekt auf. Das zweite Experiment überprüfte die reflexiven Vorgänge durch die Messung von Augenbewegungen mittels Spezifizierung der Sakkadenrichtung und Fixationsdichte für kurze als auch lange Präsentationszeiten. Wiederum stellte sich heraus, dass die Mehrzahl der initialen Sakkaden kongruent zum sozialen Reiz gerichtet waren. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse für kontinuierliche Aufmerksamkeitsprozesse durch eine erhöhte Fixationsdichte auf Kopfregionen der abgebildeten Menschen repliziert. Die dritte Studie (Abschnitt 2.3) behandelte den umgekehrten Mechanismus der Aufmerksamkeitsdichotomie, nämlich den bottom-up Einfluss. Durch die Verwendung eines blickkongruenten Paradigmas, konnte der kontextuelle Informationsgehalt der Szenen so reduziert werden, dass nur noch der aktuell betrachtete Bereich sichtbar war, während der Rest des Bildes maskiert blieb. Somit mussten die Teilnehmer willentlich ihren Blick verändern, um die Szene zu erkunden. Erstens zeigten die Ergebnisse eine Replikation des sozialen Bias bei freier Betrachtung. Zweitens scheint die Präferenz, soziale Aspekte zu selektieren, in der blickkongruenten Darstellung bestehen zu bleiben. Drittens zeigte sich ein erhöhtes wiederkehrendes Blickmuster bei sozialen im Vergleich zu nicht sozialen Bildern für beide Betrachtungsmodalitäten. Zusammenfassend implizieren diese Ergebnisse eine zielgerichtete Präferenz für soziale Reize, welche größtenteils kontextunabhängig ist. Hervorzuheben ist auch, dass bei allen Experimenten Salienzprädiktoren verschiedener Algorithmen in Betracht gezogen wurden, um sicher zu stellen, dass die Tendenz soziale Reize zu bevorzugen nicht alleine durch hohe physikalische Salienz in diesen Bereichen bedingt wurde. Insbesondere für die zweite Studie (Abschnitt 2.2) wurden Algorithmen verwendet, die sowohl untergeordnete Merkmale als Prädiktoren integrierten als auch Deep Learning Algorithmen, welche vortrainierte, übergeordnete Merkmale definieren, um Vorhersagen zu treffen. So wurde das verwendete Stimulusmaterial reduziert, so dass nur Bilder mit niedriger mittlerer als auch maximaler Salienz auf der nicht-sozialen Seite analysiert wurden. Diese Experimente geben Aufschluss auf einzelne Aufmerksamkeitsprozesse bei der Betrachtung von statischen, sozialen, naturalistischen Szenen und ermöglichen ein tiefergehendes Verständnis für grundlegende soziale Verarbeitung, welche sich von nicht-sozialer Aufmerksamkeit abhebt. Die Replizierbarkeit und Konsistenz der Experimente implizieren einen robusten Effekt und suggerieren eine gesonderte Rolle der sozialen Aufmerksamkeit innerhalb des allgemeinen Aufmerksamkeitskonstrukts. Dies basiert nicht nur auf Verhaltensparametern, sondern potentiell auch auf neuronaler Ebene und enthält darüber hinaus auch Implikationen für klinische Populationen mit beeinträchtigten sozialen Funktionen.

Humans in our environment are of special importance to us. Even if our minds are fixated on tasks unrelated to their presence, our attention will likely be drawn towards other people’s appearances and their actions. While we might remain unaware of this attentional bias at times, various studies have demonstrated the preferred visual scanning of other humans by recording eye movements in laboratory settings. The present thesis aims to investigate the circumstances under and the mechanisms by which this so-called social attention operates. The first study demonstrates that social features in complex naturalistic scenes are prioritized in an automatic fashion. After 200 milliseconds of stimulus presentation, which is too brief for top-down processing to intervene, participants targeted image areas depicting humans significantly more often than would be expected from a chance distribution of saccades. Additionally, saccades towards these areas occurred earlier in time than saccades towards non-social image regions. In the second study, we show that human features receive most fixations even when bottom-up information is restricted; that is, even when only the fixated region was visible and the remaining parts of the image masked, participants still fixated on social image regions longer than on regions without social cues. The third study compares the influence of real and artificial faces on gaze patterns during the observation of dynamic naturalistic videos. Here we find that artificial faces, belonging to humanlike statues or machines, significantly predicted gaze allocation but to a lesser extent than real faces. In the fourth study, we employed functional magnetic resonance imaging to investigate the neural correlates of reflexive social attention. Analyses of the evoked blood-oxygenation level dependent responses pointed to an involvement of striate and extrastriate visual cortices in the encoding of social feature space. Collectively, these studies help to elucidate under which circumstances social features are prioritized in a laboratory setting and how this prioritization might be achieved on a neuronal level. The final experimental chapter addresses the question whether these laboratory findings can be generalized to the real world. In this study, participants were introduced to a waiting room scenario in which they interacted with a confederate. Eye movement analyses revealed that gaze behavior heavily depended on the social context and were influenced by whether an interaction is currently desired. We further did not find any evidence for altered gaze behavior in socially anxious participants. Alleged gaze avoidance or hypervigilance in social anxiety might thus represent a laboratory phenomenon that occurs only under very specific real-life conditions. Altogether the experiments described in the present thesis thus refine our understanding of social attention and simultaneously challenge the inferences we can draw from laboratory research. / Menschen in unserer Umgebung sind von besonderer Bedeutung für uns. Selbst wenn wir uns gänzlich auf eine Aufgabe konzentrieren, wird unsere Aufmerksamkeit voraussichtlich immer wieder auf Menschen in unserer Nähe und ihre Handlungen gelenkt. Auch wenn wir uns dieser bevorzugten Betrachtung anderer nicht jederzeit bewusst sind, haben diverse Labortstudien anhand von Augenbewegungen diese Präferenz für andere Menschen aufgezeigt. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden die Mechanismen dieser sozialen Aufmerksamkeit und die Bedingungen, unter denen sie auftritt, untersucht. So zeigt die erste Studie, dass die bevorzugte Betrachtung anderer Menschen in komplexen Szenen ein reflexiver Prozess ist. Nach einer Darbietungszeit von 200 Millisekunden, welche zu kurz für das Auftreten von zielgerichteten Prozessen ist, landen Sakkaden signifikant häufiger auf Bildregionen, die einen Menschen abbilden, als man basierend auf einer Zufallsverteilung der Sakkaden erwarten würde. Zusätzlich treten diese Sakkaden zeitlich früher auf als Sakkaden, die auf nicht-sozialen Bildelementen landen. In der zweiten Studie wird anhand eines blickkongruenten Paradigmas deutlich, dass Menschen auch dann am meisten betrachtet werden, wenn nur der aktuell fixierte Teil des Bildes sichtbar ist. Dies bedeutet, dass die Präferenz sozialer Information auch dann erfolgt, wenn Blickbewegung intentional gesteuert werden. In der dritten Studie wird geprüft, inwiefern sich soziale Aufmerksamkeit bei verschiedenen Gesichtstypen unterscheidet. Künstliche Gesichter, die zu menschenähnlichen Gestalten oder Maschinen gehören, haben zwar einen signifikanten Einfluss auf das Blickverhalten der Betrachter – dieser ist jedoch deutlich geringer als der Einfluss von Gesichtern, die zu echten Menschen in den gezeigten Videos gehören. In der vierten Studie werden die neuronalen Korrelate des reflexiven sozialen Aufmerksamkeitsprozesses untersucht. Analysen der funktionellen Bildgebung deuten auf eine Rolle der primären und assoziativen Sehrinde in der Lokalisierung sozialer Elemente hin. Gemeinsam helfen diese Studien zu klären, unter welchen Umständen die präferierte Betrachtung sozialer Merkmale in Laborumgebungen stattfindet und wie diese Priorisierung auf neuronaler Ebene erreicht werden könnte. Das letzte experimentelle Kapitel befasst sich mit der Frage, inwiefern die berichteten Laborergebnisse auf die reale Welt übertragen werden können. In dieser Studie befanden sich die TeilnehmerInnen in einem Wartezimmer-Szenario, in welchem sie mit einem Komplizen interagierten. Die Analyse der Augenbewegungen ergab, dass das Blickverhalten stark vom sozialen Kontext abhängt und davon beeinflusst wird, ob eine Interaktion aktuell gewünscht wird. Darüber hinaus fanden wir keine Hinweise auf ein verändertes Blickverhalten bei sozial ängstlichen TeilnehmerInnen. Die in der Literatur zuvor berichtete angebliche Blickvermeidung oder Hypervigilanz bei sozialer Angst könnte somit ein Laborphänomen darstellen, das nur unter ganz bestimmten Bedingungen im realen Leben auftritt. Insgesamt ermöglichen die in der vorliegenden Arbeit beschriebenen Experimente somit ein vollständigeres Verständnis von sozialer Aufmerksamkeit. Gleichzeitig wird im finalen Kapitel aber auch deutlich, wie essenziell Vergleiche mit dem wirklichen Leben für die Schlussfolgerungen in der Aufmerksamkeitsforschung sind.

Adapting defensive behavior to the characteristics of a threatening situation is a fundamental function of the brain. Particularly, threat imminence plays a major role for the organization of defensive responses. Acute threat prompts phasic physiological responses, which are usually associated with an intense feeling of fear. In contrast, diffuse and potentially threatening situations elicit a sustained state of anxious apprehension. Detection of the threatening stimulus defines the key event in this framework, initiating the transition from potential to acute threat. Consequently, attention to threat is crucial for supporting defensive behavior. The functions of attention are finely tuned to the characteristics of a threatening situation. Potential threat is associated with hypervigilance, in order to facilitate threat detection. Once a threatening stimulus has been identified, attention is selectively focused on the source of danger. Even though the concepts of selective attention and hypervigilance to threat are well established, evidence for their neural correlates remain scarce. Therefore, a major goal of this thesis is to elucidate the neural correlates of selective attention to acute threat and hypervigilance during potential threat. A second aim of this thesis is to provide a mechanistic account for the interaction of fear and anxiety. While contemporary models view fear and anxiety as mutually exclusive, recent findings for the neural networks of fear and anxiety suggest potential interactions. In four studies, aversive cue conditioning was used to induce acute threat, while context conditioning served as a laboratory model of potential threat. To quantify neural correlates of selective attention and hypervigilance, steady-state visual evoked potentials (ssVEPs) were measured as an index of visuocortical responding. Study 1 compared visuocortical responses to acute and potential threat for high versus low trait-anxious individuals. All individuals demonstrated enhanced electrocortical responses to the central cue in the acute threat condition, suggesting evidence for the neural correlate of selective attention. However, only low anxious individuals revealed facilitated processing of the contexts in the potential threat condition, reflecting a neural correlate of hypervigilance. High anxious individuals did not discriminate among contexts. These findings contribute to the notion of aberrational processing of potential threat for high anxious individuals. Study 2 and 3 realized orthogonal combinations of cue and context conditioning to investigate potential interactions of fear and anxiety. In contrast to Study 1 and 2, Study 3 used verbal instructions to induce potentially threatening contexts. Besides ssVEPs, threat ratings and skin conductance responses (SCRs) were recorded as efferent indices of defensive responding. None of these studies found further evidence for the neural correlates of hypervigilance and selective attention. However, results for ratings and SCRs revealed additive effects of fear and anxiety, suggesting that fear and anxiety are not mutually exclusive, but interact linearly to organize and facilitate defensive behavior. Study 4 tested ssVEPs to more ecologically valid forms of context conditioning, using flickering video stimuli of virtual offices to establish context representations. Contrary to expectations, results revealed decreased visuocortical responses during sustained presentations of anxiety compared to neutral contexts. A disruption of ssVEP signals eventually suggests interferences by continuously changing video streams which are enhanced as a function of motivational relevance. In summary, this thesis provided evidence for the neural correlates of attention only for isolated forms of fear and anxiety, but not for their interaction. In contrast, an additive interaction model of fear and anxiety for measures of defensive responding offers a new perspective on the topography of defensive behavior. / ZusammenfassungDie Anpassung defensiver Verhaltensweisen an die Anforderungen bedrohlicher Sit-uationen ist eine fundamentale Funktion des Gehirns. Akute Bedrohung führt in der Regel zu kurz-anhaltenden, physiologischen Reaktionen, die mit einem Gefühlintensiver Furcht einhergehen, während Situationen potenzieller Bedrohung zu einem anhaltenden Zustand erhöhter Angst führen. Dabei spielt das Erkennen der Gefahr eine besondere Rolle, da sie den Übergang von potenzieller zu akuter Bedrohung initiiert. Demnach kommt der Aufmerksamkeit eine wichtige Funktion bei der Unterstützung defensiver Verhaltensweisen zu. Mechanismen der Aufmerksamkeit sind dabei präzise auf die jeweilige Situation abgestimmt. Potenzielle Bedrohung führt zu Hypervigilanz, um bedrohliche Reize schneller zu entdecken ...

Social attention is a ubiquitous, but also enigmatic and sometimes elusive phenomenon. We direct our gaze at other human beings to see what they are doing and to guess their intentions, but we may also absorb social events en passant as they unfold in the corner of the eye. We use our gaze as a discrete communication channel, sometimes conveying pieces of information which would be difficult to explicate, but we may also find ourselves avoiding eye-contact with others in moments when self-disclosure is fear-laden. We experience our gaze as the most genuine expression of our will, but research also suggests considerable levels of predictability and automaticity in our gaze behavior. The phenomenon’s complexity has hindered researchers from developing a unified framework which can conclusively accommodate all of its aspects, or from even agreeing on the most promising research methodologies. The present work follows a multi-methods approach, taking on several aspects of the phenomenon from various directions. Participants in study 1 viewed dynamic social scenes on a computer screen. Here, low-level physical saliency (i.e. color, contrast, or motion) and human heads both attracted gaze to a similar extent, providing a comparison of two vastly different classes of gaze predictors in direct juxtaposition. In study 2, participants with varying degrees of social anxiety walked in a public train station while their eye movements were tracked. With increasing levels of social anxiety, participants showed a relative avoidance of gaze at near compared to distant people. When replicating the experiment in a laboratory situation with a matched participant group, social anxiety did not modulate gaze behavior, fueling the debate around appropriate experimental designs in the field. Study 3 employed virtual reality (VR) to investigate social gaze in a complex and immersive, but still highly controlled situation. In this situation, participants exhibited a gaze behavior which may be more typical for real-life compared to laboratory situations as they avoided gaze contact with a virtual conspecific unless she gazed at them. This study provided important insights into gaze behavior in virtual social situations, helping to better estimate the possible benefits of this new research approach. Throughout all three experiments, participants showed consistent inter-individual differences in their gaze behavior. However, the present work could not resolve if these differences are linked to psychologically meaningful traits or if they instead have an epiphenomenal character. / Soziale Aufmerksamkeit ist ein allgegenwärtiges, aber auch ein rätselhaftes Phänomen, das mitunter schwierig zu fassen ist. Wir richten unseren Blick auf andere Menschen, um ihr Tun zu verfolgen und um ihre Absichten einzuschätzen, aber manchmal verfolgen wir soziale Ereignisse auch ganz beiläufig aus dem Augenwinkel heraus. Wir setzen unseren Blick als ein eigenes Kommunikationsmedium ein und übertragen mit ihm teilweise Botschaften, die nur schwer zu beschreiben sind, aber wir weichen mitunter dem Blickkontakt mit anderen auch aus, wenn wir Angst davor haben, zu viel von uns preiszugeben. Unser Blick stellt sich für uns als eine ureigene Äußerung unseres Willens dar, aber die Forschung hat auch gezeigt, dass unser Blickverhalten in beträchtlichem Maße vorhersehbar und automatisch abläuft. In der Vielschichtigkeit des Phänomens liegt für Forscher eine Hürde bei dem Versuch, alle seine Aspekte schlüssig in ein umfassendes Bezugssystem einzuordnen, oder sich auch nur auf die vielversprechendsten Forschungsmethoden zu einigen. Die vorliegende Arbeit verbindet den Einsatz unterschiedlicher Methoden, um sich mehreren Aspekten des Phänomens aus verschiedenen Blickrichtungen zu nähern. Die Versuchspersonen in Studie 1 sahen dynamische soziale Szenen, die ihnen auf einem Computerbildschirm dargeboten wurden. Hierbei wurde ihr Blick in ähnlichem Maße von physikalischer Salienz (z.B. Farbe, Kontrast oder Bewegung) angezogen wie von menschlichen Köpfen, wodurch zwei ganz unterschiedliche Gruppen von Prädiktoren für Blickverhalten in direkter Gegenüberstellung verglichen wurden. In Studie 2 bewegten sich Versuchspersonen mit unterschiedlich ausgeprägter sozialer Ängstlichkeit zu Fuß in einem öffentlichen Bahnhof, während ihre Augenbewegungen erfasst wurden. Mit zunehmender sozialer Ängstlichkeit neigten Versuchspersonen dazu, nahe Personen im Gegensatz entfernteren Personen im Verhältnis weniger anzuschauen. Als das Experiment mit einer gematchten Gruppe von Versuchspersonen in einer Laborsituation wiederholt wurde, zeigte sich kein Einfluss der sozialen Ängstlichkeit auf das Blickverhalten, was der Diskussion um angemessene experimentelle Designs in diesem Forschungsbereich einen weiteren Impuls verlieh. In Studie 3 wurde Virtuelle Realität (VR) eingesetzt, um das Blickverhalten in einer komplexen und immersiven, aber dennoch streng kontrollierten Umgebung zu untersuchen. In dieser Situation zeigten Probanden ein Blickverhalten, das eher dem in echten Situationen als dem im Labor entspricht, indem sie direkten Blickkontakt mit einer virtuellen Person mieden, so lange diese sie nicht anschaute. Durch diese Studie konnten wichtige Erkenntnisse über das Blickverhalten in sozialen virtuellen Situationen gewonnen werden, wodurch der mögliche Nutzen dieses neuen Forschungsansatzes besser beurteilt werden kann. In allen drei Experimenten zeigten Versuchspersonen konsistente inter-individuelle Unterschiede in ihrem Blickverhalten. Es konnte jedoch im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht geklärt werden, ob diese Unterschiede psychologisch bedeutsame Eigenschaften oder eher Epiphänomene darstellen.

Hintergrund: Eine Panikattacke beginnt typischerweise mit der Wahrnehmung einer physiologischen oder psychischen Veränderung, die von der Person als bedrohlich eingestuft wird. Während in klassischen neuroanatomischen Modellen der Panikstörung die Amygdala in der sich anschließenden aufschaukelnden Symptomatik in den Mittelpunkt gestellt wurde, erweitern aktuelle Studien dieses amygdalozentrische Bild und lenken die Aufmerksamkeit auf extratemporale neuronale Netzwerke. Dysfunktionen im neuronalen Aufmerksamkeitsnetzwerk, relevant für die Wahrnehmung und Regulierung exterozeptiver und interozeptiver Prozesse, könnten zur Entstehung einer Panikstörung beitragen. Weiterhin scheinen bestimmte Risikogenotypen für die Panikstörung wie z.B. im Adenosin Rezeptor 2A (ADORA2A) oder dem Neuropeptid S Rezeptor (NPSR1) Gen und die entsprechenden Neurotransmittersysteme in der Regulierung der Aufmerksamkeitsnetzwerke involviert zu sein. Fragestellung: Dysfunktionen im noradrenergen bottom-up Alertingnetzwerk und in der dopaminergen exekutiven top-down Aufmerksamkeitskontrolle könnten in einem neurokognitiven Entstehungsmodell der Panikstörung eine wichtige Rolle spielen. Mit Hilfe funktioneller Bildgebung soll die Funktion des neuronalen Aufmerksamkeitsnetzwerkes in einer nichtklinischen Stichprobe abhängig von genetischen Risikofaktoren und einer klinischen Stichprobe von und nach einer kognitiven Verhaltenstherapie untersucht werden. Methoden: Im nichtklinischen Teil der Untersuchung wurden in Studie 1 47 gesunde Versuchspersonen für die NPSR1 rs324981 Variante stratifiziert rekrutiert. Mittels fMRT wurde die Aktivität des Alertingnetzwerks und des Executive Control Netzwerks auf neuronaler Ebene mit dem Attentional Networt Test (ANT) untersucht. In Studie 2 wurde bei N=65 Versuchspersonen stratifiziert für die ADORA2A rs5751876 Variante als zusätzliches Verhaltensmaß die Fähigkeit zur interozeptiven Wahrnehmung in Bezug zur Konnektivität im insulären Ruhenetzwerk untersucht. Im klinischen Teil der Untersuchung (Studie 3) wurden 44 Patienten mit Panikstörung sowie eine entsprechend große und gematchte Kontrollgruppe rekrutiert. Es wurden fMRT Ruhemessungen vor und nach Abschluss einer kognitiven Verhaltenstherapie erhoben. Als zusätzliches Verhaltensmaß wurde die selbstberichtete Aufmerksamkeitskontrolle zwischen der Patienten- und der Kontrollgruppe verglichen. Ergebnisse: Träger des NPSR1 TT und des ADORA2A TT Risikogenotyps für Angst und Angsterkrankungen zeigten eine erhöhte Aktivität in Teilen des Alertingnetzwerks. Die Aktivität im Executive Control Netzwerk war arealabhängig teilweise erhöht, teilweise reduziert. Innerhalb eines interozeptiven Netzwerks zeigten Träger des ADORA2A TT Genotyps Hinweise auf eine dysfunktionale fronto-striatale-insuläre Interaktion. Im klinischen Teil der Studie zeigten Patienten mit Panikstörung eine reduzierte Konnektivität des dorsolateralen Präfrontalkortex (dlPFC) im fronto-parietalen Aufmerksamkeitsnetzwerk. Die Konnektivität innerhalb dieses Netzwerks korrelierte mit Defiziten in selbstberichteter Aufmerksamkeitskontrolle bei Patienten mit Panikstörung. Nach Abschluss der Therapie zeigte sich bei Patienten, die von der Therapie profitiert hatten, wieder eine Zunahme oder Verbesserung der Konnektivität mit dem dlPFC. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse dieser Untersuchung betonen die Rolle dysfunktionaler interozeptiver und exterozeptiver Aufmerksamkeitsnetzwerke in der Entstehung von Angsterkrankungen. Bei Patienten mit Panikstörung sowie gesunden Versuchspersonen mit bestimmten prädisponierenden genetischen Variationen scheint eine Dysbalance des neuronalen Aufmerksamkeitsnetzwerks bzgl. der Abstimmung von bottom-up und top-down Netzwerken vorzuliegen. / Background: A panic attack seems to begin with the perception of physiological or psychological changes, which are appraised as potentially threatening by the individual. Whereas traditional neuroanatomical models of panic disorder emphasize the central role of a hypersensitive fear network revolving around the amygdala recent studies extend the amygdala centered model and point to the importance of parallel neural pathways. Neuronal dysfunctions in the attentional network, involved in the perception and regulation of exteroceptive and interoceptive processes, could contribute to the development of panic disorder. Within this context certain risk genotypes of panic disorder such as in the adenosine receptor 2A (ADORA2A) or the neuropeptide S receptor (NPSR1) gene and the underlying neurotransmitter systems are also involved in the regulation of the attentional network. Objective: Dysfunctions in the noradrenergic bottom-up alerting network and in the dopaminergic top-down executive control network could significantly contribute to the development of panic disorder in a neurocognitive pathogenic model. By means of functional neuroimaging the function of the attentional network will be studied in non-clinical populations of participants prestratified for certain risk genotypes and in a clinical population of patients with panic disorder before and after cognitive behavioral therapy. Methods: In the non-clinical part, 47 healthy participants were recruited prestratified for the NPSR1 rs324981 single nucleotide polymorphism (SNP) in study 1. The activation of the alerting and the executive control network was studied with an adapted version of the attentional network test (ANT) using fMRI. In study 2, participants prestratified for the ADORA2A rs5751876 SNP additionally were studied in an interoceptive accuracy task and underwent fMRI resting-state recordings to study functional connectivity in an insula related network. Finally, for the clinical part, in study 3 44 patients with panic disorder and an equal number of carefully matched healthy controls were recruited. Patients and participants underwent fMRI resting-state recordings twice, before and after cognitive behavioral therapy (in controls no intervention was done). Additionally, self-reported attentional control was compared between patients and the control group. Results: Carriers of the NPSR1 TT and the ADORA2A risk genotypes for anxiety and anxiety disorders displayed increased activation in parts of the alerting network. Activation within the executive control network was either increased or decreased depending on the anatomical location in the network. Within the interoceptive network, carriers of the ADORA2A TT genotype displayed a dysfunctional fronto-striatal-insula interaction. In the clinical part of the investigation patients with panic disorder revealed reduced connectivity in the dorsolateral part of the prefrontal cortex (dlPFC) of the right fronto-parietal attentional network compared to healthy controls. The connectivity in the dlPFC correlated with self-reported deficiencies in attentional control in patients with panic disorder. After six weeks of cognitive behavioral therapy, therapy responders showed again an increase in functional connectivity in the dlPFC, suggesting a normalization of neuronal dysfunctions in the fronto-parietal network. Conclusion: Findings of the current investigation emphasize the role of dysfunctional interoceptive and exteroceptive attentional networks in anxiety and anxiety disorders. The attentional network of patients with panic disorder and healthy individuals with certain predisposing genetic variation seems to be characterized by a disturbed balance between bottom-up arousing and top-down regulating systems.

Die Arbeit befasst sich mit der Steuerung der Aufmerksamkeit während visueller Nebenaufgaben beim Fahren. Es wird angenommen, dass für die visuelle Wahrnehmung beim Fahren drei Prozesse zur Steuerung der Aufmerksamkeit beitragen. (1) Über top-down Prozesse wird die Aufmerksamkeit auf für die aktuelle Handlung besonders relevante Situationsbestandteile gelenkt. (2) Explorative Wahrnehmung dient dazu, ein umfassenderes Situationsmodell zu entwickeln, das neben aktuell handlungssteuernden Situationsbestandteilen auch andere, potentiell aufgabenrelevante Ob¬jekte zu einem umfassenderen Abbild der Situation integriert. (3) Saliente Reize können über bottom-up Aktivierung die Aufmerksamkeit auf sich ziehen. Es ist bekannt, dass Fahrer während der Bearbeitung visueller Zweitaufgaben mit ihrem Blick und damit mit ihrer Aufmerksamkeit wiederholt zwischen Fahr- und Nebenaufgabe wechseln. Grundlage der experimentellen Arbeiten ist die Idee, dass hierbei die Ausrichtung der Aufmerksamkeit in der Fahraufgabe über top-down Prozesse gesteuert wird und auf einem mentalen Abbild der Situation basiert. Vor dem Beginn der Nebenaufgabe fokussiert der Fahrer auf die Fahrsituation, bewertet sie und entwickelt eine Antizipation der zukünftigen Situationsentwicklung. Das entstehende Situationsmodell entscheidet darüber, wie viel Aufmerksamkeit während der Nebenaufgabe auf die Fahraufgabe verwendet wird, und welche Situationsbestandteile durch die Blicke zur Straße kontrolliert werden. Der Fahrer lenkt über top-down Prozesse seine Aufmerksamkeit auf als relevant für die Situationsentwicklung bewertete Objekte. Andere Objekte, sowie eine von der aktuellen Fahraufgabe unabhängige, explorative Wahrnehmung der Fahrsituation werden während der Nebenaufgabe vernachlässigt. Aus der Literatur ergeben sich außerdem Hinweise darauf, dass eine reizbasierte bottom-up Ausrichtung der Aufmerksamkeit während visueller Ablenkung zumindest eingeschränkt, wenn nicht sogar zeitweise vollständig unterdrückt ist. Die durchgeführten experimentellen Arbeiten finden in der Fahrsimulation Belege für die angenommen top-down Steuerung der Aufmerksamkeit während visueller Nebenaufgaben beim Fahren. Es werden zwei unterschiedliche Messansätze verwendet. Studie 1 und 2 greifen auf die Analyse des Blickverhaltens zurück. In diesen beiden Studien absolvieren die Testfahrer längere, anspruchsvolle Fahrten, während denen visuelle Nebenaufgaben bearbeitet werden. Es ergeben sich Hinweise auf eine tiefere visuelle Verarbeitung der Fahrszene direkt vor dem Beginn der Nebenaufgabe. Während der Bearbeitung der visuellen Nebenaufgaben passen die Fahrer ihre Aufmerksamkeitsverteilung an die Erfordernisse der Fahrsituation an: In anspruchsvollen Fahrsituationen wird häufiger und länger auf die Straße geblickt als in weniger beanspruchenden Situationen. Es finden sich außerdem Hinweise dafür, dass spezifische Fahrfehler mit einer fehlerhaften Ausrichtung der Aufmerksamkeit in der Fahrsituation in Zusammenhang stehen. Studie 3 und 4 verwenden das Phänomen der Change Blindness als Indikator für die Ausrichtung der Aufmerksamkeit. Im Rahmen von Fahrten mit kontrollierten Situationsbedingungen wird die Hypothese untersucht, dass während der Bearbeitung visueller Nebenaufgabe die fahrbezogene Aufmerksamkeit auf fahrrelevante Situationsbestandteile gelenkt wird. Die Testfahrer nähern sich wiederholt Kreuzungen an. Während der Anfahrten wird über Okklusion ein Blickverhalten vorgegeben, das dem bei der Bearbeitung visueller Nebenaufgaben ähnelt. Die Fahrer sollen mit Tastendruck reagieren, wenn sie plötzliche Änderungen bemerken. Die Änderungen können sowohl relevante als auch irrelevante Fahrzeuge betreffen. Die Ergebnisse zeigen eine schlechte Entdeckungsleistung für Änderungen an irrelevanten Fahrzeugen. Änderungen an relevanten Objekten werden dagegen so gut wie immer bemerkt. Ob die Änderung durch Okklusion maskiert wird oder ob sie stattfindet, während die Fahrer die Straße sehen, hat keinen eindeutigen Ein¬fluss auf die Entdeckungsleistung. Dies kann ein Hinweis darauf sein, dass in der untersuchten Doppelaufgabensituation keine bottom-up Ausrichtung der Aufmerksamkeit erfolgt. Die angenommene top-down gesteuerte Beschränkung der Aufmerksamkeit auf als relevant bewertete Bestandteile der Fahrsituation hat Konsequenzen für die Analyse von Verkehrsunfällen. Unfälle infolge von visueller Ablenkung durch selbst initiierte Zweitaufgaben sind dann besonders wahrscheinlich, wenn das Situationsmodell des Fahrers falsch oder ungenau ist. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn ein peripheres, nicht beachtetes Objekt plötzlich relevant wird und eine Reaktion des Fahrers erforderlich macht. In Übereinstimmung mit Befunden zur Gefahrenwahrnehmung sind besonders Fahranfänger aufgrund ihrer noch nicht ausreichend entwickelten mentalen Modellen anfällig für Fehleinschätzungen von Fahrsituationen. Dies führt bei Ablenkung durch Nebenaufgaben zu einer erhöhten Unfallgefährdung. / This thesis deals with the question of how attention is controlled during driving with visual secondary tasks. It is assumed that in attentive driving three attentional processes contribute to the perception of the driving scene: (1) Top-down controlled attention is focused on those elements in the driving scene which are currently most relevant for the action of the driver. (2) Through explorative perception other currently not action guiding but potentially relevant objects are integrated into a broader mental model of the driving scene. Furthermore, salient cues in the environment can attract attention though stimulus triggered bottom-up activation of attention (3). The literature reports that in driving with visual secondary tasks drivers repeatedly switch their gaze - and that means attention - between the driving task and the visual secondary task. The background of the experimental work presented here is the idea that this switching is controlled through top-down processes and is based on a mental model of the driving situation. Before starting a secondary task, drivers focus on the driving scene, evaluate it and create a situational model that contains an anticipation of the likely future development of the driving situation. The situational model is used to decide how much attention is directed to the driving task during the secondary task and which elements of the driving scene are monitored with the glances directed to the road. Based on top-down processes, drivers direct their attention to those parts of the scenery which they believe to be the most relevant ones. Other, less relevant objects are neglected. Furthermore, during the secondary task execution, no explorative perception of the driving scene takes place. In the literature, results can be found that hint at a diminished if not even temporarily suppressed influence of stimulus based bottom-up activation of attention in dual-task situations. The results of the experimental part support the assumed top-down control of attention while driving with visual secondary tasks. In four experiments in the driving simulation, two different experimental approaches are used to assess the distribution of attention. The first two studies use eye movement analysis. The participants drive through a longer, demanding course during which they solve visual secondary tasks. The results indicate a deeper visual processing directly prior to the start of a secondary task. During the secondary task execution, the distribution of attention between driving and the visual secondary task is adapted to the demands of the driving scene. In more demanding situations, more attention is directed to the driving scene. A relation between specific driving errors and an inadequate distribution of attention in the driving task can be shown. Study 3 and 4 use the phenomenon of change blindness as an indicator for the focus of attention. In drives with defined and controlled situational circumstances, the hypothesis is studied that, in dual-task situations, drivers direct their driving related attention primarily to relevant parts of the driving scene. The participants repeatedly approach crossings. During the approaches, a gaze pattern typical for driving with a visual secondary task is experimentally created through occlusion. The drivers are instructed to look for sudden changes. These changes can either occur to relevant vehicles or to vehicles that are irrelevant. Especially with short glance durations for the driving scene, change blindness for changes occurring to irrelevant objects is high. On the other side, changes to relevant objects are nearly always detected. Whether the change is visible or occluded has no clear influence on the detection of the changes. This can be seen as an indicator, that in the situation under investigation, no bottom-up activation of attention takes place. The assumed top-down control of attention while driving with visual secondary tasks has consequences for the analysis of accidents. Accidents through self initiated secondary tasks are most likely to happen, when the situational model of the driving scene is incorrect and leads to an inadequate distribution of attention. For example, this can be the case if some peripheral object that is considered to be irrelevant suddenly becomes relevant. Because of their insufficiently developed mental models for the driving task, novice drivers are especially prone to misjudge driving situations. Together with distraction through visual secondary tasks this leads to a higher probability for collisions while being distracted.

Einleitung: Die Messung der Herzratenvariabilität (HRV), d.h. der ständigen Variation des Herzschlags, ermöglicht eine Beurteilung der autonomen Funktion des Herzens und die Erfassung physischer und psychischer Belastungszustände. In der Audiologie werden Patienten anhand ihrer Leistung in audiometrischen Testverfahren beurteilt, vermehrte Höranstrengung kommt hier jedoch unzureichend zum Ausdruck. Die folgende Studie sollte klären, ob auditorische Belastung in Form eines Sprachverständnistests mit der HRV sensitiv erfasst werden kann und ob Hörsituationen mit Störgeräuschen eine höhere Stressantwort hervorrufen. Methoden: Die Datenerhebung erfolgte an 24 jungen hörgesunden Probanden, wobei diese während der HRV-Aufzeichnung Wortlisten des Freiburger Sprachtests in Ruhe und unter Zuschaltung eines Störgeräusches (Rauschen) schriftlich wiedergeben sollten. Vor und nach der Testung erfolgten jeweils Ruhemessungen. Ergebnisse: Auditorische Belastungen konnten mithilfe der HRV zuverlässig erfasst und von Ruhebedingungen unterschieden werden. Die Testanforderungen riefen Parameterveränderungen im Sinne einer Koaktivierung von Sympathikus und Parasympathikus hervor, wobei dieses Muster Ausdruck erhöhter Aufmerksamkeit zu sein scheint. Ein signifikanter HRV-Unterschied zwischen den beiden Schwierigkeitsgraden zeigte sich nicht. Geschlecht der Probanden und Reihenfolge der Testphasen spielten eine untergeordnete Rolle. Schlussfolgerungen: Die HRV-Aufzeichnung scheint geeignet, Höranstrengung bei gesunden Personen objektiv zu messen. Weitere Studien an größeren Kontroll- und Patientenstichproben sollten klären, ob diese zur Verbesserung der Diagnostik und Therapie von Hörbeeinträchtigten beitragen kann. / Introduction: Heart rate variability (HRV) as a permanent variation of the heart beat has proved to be a sensitive tool to judge the autonomic function of the heart and to measure physical and mental stress. Concerning audiology, patients' word recognition ability is the basis for further treatment, although test results do not always represent auditory effort properly. The aim of the following study was to analyse, if auditory stress caused by a speech comprehension test can be measured by HRV and if speech comprehension in noise is significantly more disturbing. Methods: 24 young probands with normal hearing participated in the study. They had to reproduce in written form monosyllable word lists of the “Freiburg Speech Test” in silence and in noise, while HRV was measured continuously. Before and after the testing, baseline and recovery data was recorded. Results: In the present study, auditory stress could be detected reliably and distinguished from passive conditions by means of HRV measurement. During the speech comprehension tasks, HRV was altered in terms of a coactivation of the sympathetic and the parasympathetic branch of the autonomous nervous system. This might be characteristic of tasks requiring increased attention. Audiometric test conditions without and with noise did not differ significantly. Gender differences and the influence of test order were negligible. Conclusions: HRV recording appears to be an objective tool to measure auditory effort. The current results have to be validated in further studies including larger samples of healthy and hearing-impaired people.

Zugl.: München, Univ., Diss., 2004

Universiẗat, Diss.--Erfurt, 2006.

Tübingen, Univ., Diss., 2007.