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11	Function of interneuronal gap junctions in hippocampal sharp wave-ripples Holzbecher, André Jörg 29 August 2018 (has links) Eine einzigartige experimentelle Beobachtung, welche die Basis für eine ganzheitliche, neurowissentschafliche Theorie für Gedächtnis darstellen könnte, sind sharp wave-ripples (SWRs). SWRs werden in lokalen Neuronennetzwerken erzeugt und sind wichtig für Gedächtniskonsolidierung; SWRs sind charakteristische Ereignisse der lokalen Feldpotentiale im Hippocampus des Säugetiers, die in Phasen von Schlaf und Ruhe vorkommen. Eine SWR besteht aus einer sharp wave, einer ≈ 100 ms langen Auslenkung des Feldpotentials, welche mit ripples, 110–250 Hz Oszillationen, überlagert ist. Jüngste Experimente bekräftigen die Theorie, dass ripples in Netzwerken inhibitorischer Interneurone (INT-INT) erzeugt werden, die aus parvalbumin-positive basket cells (PV+BCs) bestehen. PV+BCs sind untereinander über rekurrente inhibitorische Synapsen und Gap Junctions (GJs) gekoppelt. In dieser Arbeit untersuche ich die spezifische Funktion von interneuronalen Gap Junctions in ripples. Im Hauptteil dieser Arbeit demonstriere ich, dass GJs in INT-INT Netzwerken die neuronale Synchronität und die Feuerrate während ripples erhöhen, die ripple-Frequenz sich hingegen nur leicht verändert. Zusätzlich zeige ich, dass diese rippleunterstützenden Effekte nur dann auftreten, wenn die GJ-Transmission schnell genug ist (≈< 0.5 ms), was wiederum somanahe Kopplung voraussetzt (≈< 100 µm). Darüber hinaus zeige ich, dass GJs die oszillatorische Stärke der ripples erhöhen und so die minimale für ripples notwendige Netzwerkgröße verringern. Abschließend zeige ich, dass ausschließlich mit Gap Junctions gekoppelte INT-INT Netzwerke zwar mit ripple Frequenz oszillieren können, aber wahrscheinlich nicht der Erzeuger von experimentell beobachteten ripple-artigen Oszillationen sind. Zusammengenommen zeigen meine Resultate, dass schnelle Gap Junction-Kopplung von Interneuronen die Entstehung von ripples begünstigt und somit SWRs unterstützt, welche einen wichtigen Beitrag zur Bildung unserers Gedächtnisses leisten. / A unique experimental observation that opens ways for a holistic, bottom-up theory for memory generation are sharp-wave ripples (SWRs). SWRs are generated in local neuronal networks and are important for memory consolidation. SWRs are prominent features of the extracellular field potentials in the mammalian hippocampus that occur during rest and sleep; they are characterized by sharp waves, ≈ 100 ms long voltage deflections, that are accompanied by ripples, i.e., 110–250 Hz oscillations. Recent experiments support the view that ripples are clocked by recurrent networks of inhibitory interneurons (INT-INT), which are likely constituted by networks of parvalbumin-positive basket cells (PV+BCs). PV+BCs are not only recurrently coupled by inhibition but also by gap junctions (GJs). In this thesis, I investigate the specific function of interneuronal GJs in hippocampal ripples. Consequently, I simulate INT-INT networks and demonstrate that gap junctions increase the neuronal synchrony and firing rates during ripple oscillations, while the ripple frequency is only affected mildly. I further show that GJs only have these supporting effects on ripples when they are sufficiently fast (≈< 0.5 ms), which requires proximal GJ coupling (≈< 100 µm). Additionally, I find that gap junctions increase the oscillatory power of ripple oscillations and by this means reduce the minimal network size required for INT-INT networks to generate ripple oscillations. Finally, I demonstrate that exclusively GJ-coupled INT-INT networks can oscillate at ripple frequency, however, are unlikely the generator of experimentally observed ripple-like oscillations. In sum, my results show that fast interneuronal gap junction coupling promotes the emergence of ripples and hereby supports SWRs, which are important for the formation of memory. Sharp wave-ripple Gap Junction Parvalbumin-positive basket cell Gedächtniskonsolidierung Sharp wave-ripple Parvalbumin-positive basket cell Gap junction Memory consolidation 570 Biowissenschaften; Biologie WW 4123 WW 4203 WD 9200 CZ 1320 ddc:570
12	On the neuronal systems underlying perceptual decision-making and confidence in humans Hebart, Martin 13 March 2014 (has links) Die Fähigkeit, Zustände in der Außenwelt zu beurteilen und zu kategorisieren, wird unter dem Oberbegriff „perzeptuelles Entscheiden“ zusammengefasst. In der vorliegenden Arbeit wurde funktionelle Magnetresonanztomografie mit multivariater Musteranalyse verbunden, um offene Fragen zur perzeptuellen Entscheidungsfindung zu beantworten. In der ersten Studie (Hebart et al., 2012) wurde gezeigt, dass der visuelle und parietale Kortex eine Repräsentation abstrakter perzeptueller Entscheidungen aufweisen. Im frühen visuellen Kortex steigt die Menge entscheidungsspezifischer Information mit der Menge an verfügbarer visueller Bewegungsinformation, doch der linke posteriore parietale Kortex zeigt einen negativen Zusammenhang. Diese Ergebnisse zeigen, wo im Gehirn abstrakte Entscheidungen repräsentiert werden und deuten darauf hin, dass die gefundenen Hirnregionen unterschiedlich in den Entscheidungsprozess involviert sind, je nach Menge an verfügbarer sensorischer Information. In der zweiten Studie (Hebart et al., submitted) wurde gezeigt, dass sich eine Repräsentation der Entscheidungsvariable (EV) im fronto-parietalen Assoziationskortex finden lässt. Ferner weist die EV im rechten ventrolateralen präfrontalen Kortex (vlPFC) einen spezifischen Zusammenhang mit konfidenzbezogenen Hirnsignalen im ventralen Striatum auf. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Konfidenz aus der EV im vlPFC berechnet wird. In der dritten Studie (Christophel et al., 2012) wurde gezeigt, dass der Kurzzeitgedächtnisinhalt im visuellen und posterioren parietalen Kortex, nicht jedoch im präfrontalen Kortex repräsentiert wird. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass der Gedächtnisinhalt in denselben Regionen enkodiert wird, die auch perzeptuelle Entscheidungen repräsentieren können. Zusammenfassend geben die hier errungenen Erkenntnisse Aufschluss über den neuronalen Code des perzeptuellen Entscheidens von Menschen und stellen ein vollständigeres Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse in Aussicht. / Perceptual decision-making refers to the ability to arrive at categorical judgments about states of the outside world. Here we use functional magnetic resonance imaging and multivariate pattern analysis to identify decision-related brain regions and address a number of open issues in the field of perceptual decision-making. In the first study (Hebart et al., 2012), we demonstrated that perceptual decisions about motion direction are represented in both visual and parietal cortex, even when decoupled from motor plans. While in early visual cortex the amount of information about perceptual choices follows the amount of sensory evidence presented on the screen, the reverse pattern is observed in left posterior parietal cortex. These results reveal the brain regions involved when choices are encoded in an abstract format and suggest that these two brain regions are recruited differently depending on the amount of sensory evidence available. In the second study (Hebart et al., submitted), we show that the perceptual decision variable (DV) is represented throughout fronto-parietal association cortices. The DV in right ventrolateral prefrontal cortex covaries specifically with brain signals in the ventral striatum representing confidence, demonstrating a close link between the two variables. This suggests that confidence is calculated from the perceptual DV encoded in ventrolateral prefrontal cortex. In the third study (Christophel et al., 2012), using a visual short-term memory (VSTM) task, we demonstrate that the content of VSTM is represented in visual cortex and posterior parietal cortex, but not prefrontal cortex. These results constrain theories of VSTM and suggest that the memorized content is stored in regions shown to represent perceptual decisions. Together, these results shed light on the neuronal code underlying perceptual decision-making in humans and offer the prospect for a more complete understanding of these processes. fMRT Arbeitsgedächtnis perzeptuelles Entscheidungsfindung Entscheidungsvariable Konfidenz Signalentdeckungstheorie MVPA fMRI working memory perceptual decision-making decision variable confidence signal detection theory MVPA 150 Psychologie 11 Psychologie CZ 1320 ddc:150
13	Neurocognitive evidence for cultural recycling of cortical maps in numerical cognition Knops, André 06 March 2015 (has links) Das Kernsystem zur approximativen Verarbeitung numerischer Informationen - das approximative Mengensystem (AMS) - ist, ebenso wie Systeme zur Verarbeitung räumlicher Informationen, im parietalen Cortex (PC) implementiert. Hier integriere ich 9 experimentelle Studien in vier Teilen und zeige, wie abstrakte mathematische Fähigkeiten mit dem AMS zusammenhängen. Die Hypothese ist, dass die mathematischen Leistungen des Menschen auf grundlegenden Konzepten (Raum, Zahl) aufbauen indem sie kortikale Areale ko-optieren, deren ursprüngliche Organisation für die neuen kulturellen Bedürfnisse geeignet erscheinen. Teil eins zeigt mittels des Operationalen Momentum Effekts, dass (nicht-)symbolisches Rechnen auf das AMS zurückgreift und Kopfrechnen evolutionär alte Strukturen im PC ko-optiert: Durch Anwendung multivariater Lernalgorithmen auf funktionelle Gehirnaktivierungen im posterioren PC während basaler perzeptueller Aufgaben (Sakkaden) konnte ich später ausgeführter Additionen von Subtraktionen unterscheiden. Dies ist ein Hinweis auf das kulturelle Recycling kortikaler Karten für kulturell bedingte kognitive Funktionen. Teil zwei untersucht die Folgen der Implementierung numerischer Informationen im PC. Die Verarbeitung numerischer Informationen konnte auch unter Crowding-Bedingungen nachgewiesen werden, was auf einen bevorzugten, nicht-bewusst vermittelten Zugang numerischer Informationen zum kognitiven System deuten könnte, wie sie bereits für andere visuelle Informationen, die im PC verarbeitet werden gezeigt wurde. Auch die Interferenz zwischen räumlichen und numerischen Informationen kann als Konsequenz der kortikalen und repräsentationalen Überlappung verstanden werden. In Teil drei und vier argumentiere ich, dass Kopfrechenfähigkeiten durch die Befähigung, Ordinalität zu verarbeiten, im AMS verankert sind und zeige technische, Stimulus-inhärente Faktoren auf, die problematisch bei der Unterscheidung zwischen approximativem und exaktem Rechnen sein können. / A plethora of evidence supports the idea of a core system in the parietal cortex (PC) of the human brain that enables us to approximately process numerical information, the approximate number system (ANS). By synthesizing nine experimental studies in four parts, I argue how abstract mathematical competencies are linked to the ANS and PC. The hypothesis is that human mathematics builds from foundational concepts (space, number) by progressively co-opting cortical areas whose prior organization fits with the cultural need. In part one the operational momentum effect demonstrates that (non-)symbolic approximate calculation partly relies on the ANS, and that mental arithmetic co-opts evolutionarily older cortical systems in PC. Low-level perceptual processes such as saccades lead to spatial patterns of activation in posterior parts of PC that are predictive of patterns during abstract approximate calculation processes. This is interpreted in terms of cultural recycling of cortical maps for cognitive purposes that go beyond the evolutionary scope of a given region. Part two investigates the consequences of the parietal implementation of numerical magnitude information. Akin to other visual properties that are processed in PC this may favour a privileged, non-conscious access of numerical information to the cognitive system even under a crowding regime. Also, the interference between spatial and numerical information can be interpreted as a consequence of a representational and cortical overlap. Part three elucidates the grounding of mental arithmetic abilities in the ANS and argues for a mediation of the association between ANS and symbolic arithmetic via numerical ordering abilities, which in turn rely on neural circuits in right-hemispheric prefrontal cortex. In part four I will argue that the involvement of approximate calculation in high-level symbolic calculation remains elusive due to a number of technical issues with stimulus-inherent numerical features. numerische Kognition Kopfrechnen kulturelles Recycling Zahl-Raum Assoziation approximatives Rechnen Operationales Momentum numerical cognition mental arithmetic cultural recycling number-space association approximate calculation operational momentum 150 Psychologie 11 Psychologie CZ 1320 ddc:150
14	The temporal interplay of vision and eye movements Kovalenko, Lyudmyla 19 May 2016 (has links) Das visuelle System erreicht enorme Verarbeitungsmengen, wenn wir unsere Augen auf ein Objekt richten. Mehrere Prozesse sind aktiv bevor unser Blick das neue Objekt erreicht. Diese Arbeit erforscht die räumlichen und zeitlichen Eigenschaften drei solcher Prozesse: 1. aufmerksamkeitsbedingte Steigerung der neuronalen Aktivität und sakkadische Suppression; 2. aufmerksamkeitsbasierte Auswahl des Zielreizes bei einer visuellen Suchaufgabe; 3. zeitliche Entwicklung der Detektiongenauigkeit bei der Objekt-Substitutionsmaskierung. Wir untersuchten diese Prozesse mit einer Kombination aus humaner Elektroenzephalografie (EEG), eye tracking und psychophysischen Verhaltensmessungen. Zuerst untersuchten wir, wie die neuronale Repräsentation eines Reizes von seiner zeitlichen Nähe zur Sakkade geprägt wird. Wir zeigten, dass direkt vor der Sakkade erscheinende Reize am meisten durch Aufmerksamkeit und Suppression geprägt sind. In Studie 2 wurde die Sichtbarkeit des Reizes mit der Objekt-Substitutionsmaskierung verringert, und wir analysierten das Verhältnis zwischen sakkadischen Reaktionszeiten und ihrer Genauigkeit. Dazu erfassten wir neuronale Marker der Aufmerksamkeitslenkung zum Zielreiz und eine subjektive Bewertung seiner Wahrnehmbarkeit. Wir stellten fest, dass schnelle Sakkaden der Maskierung entgingen und Genauigkeit sowie subjektive Wahrnehmbarkeit erhöhten. Dies zeigt, dass bereits in frühen Verarbeitungsstadien eine bewusste und korrekte Wahrnehmung des Reizes entstehen kann. Wir replizierten diesen Befund für manuelle Antworten, um eine Verfälschung der Ergebnisse durch sakkadenspezifische Prozesse auszuschließen. Neben ihrer theoretischen Bedeutung liefern diese Studien einen methodischen Beitrag zum Forschungsgebiet der EEG-Augenbewegung: Entfernung sakkadischer Artefakte aus dem EEG bzw. Erstellung eines künstlichen Vergleichsdatensatzes. Die Arbeit stellt mehrere Ansätze zur Untersuchung der Dynamik visueller Wahrnehmung sowie Lösungen für zukünftige Studien dar. / The visual system achieves a tremendous amount of processing as soon as we set eyes on a new object. Numerous processes are active already before eyes reach the object. This thesis explores the spatio-temporal properties of three such processes: attentional enhancement and saccadic suppression that accompany saccades to target; attentional selection of target in a visual search task; the timecourse of target detection accuracy under object-substitution masking. We monitored these events using a combination of human electrophysiology (EEG), eye tracking and behavioral psychophysics. We first studied how the neural representation of a visual stimulus is affected by its temporal proximity to saccade onset. We show that stimuli immediately preceding a saccade show strongest effects of attentional enhancement and saccadic suppression. Second, using object-substitution masking to reduce visibility, we analyzed the relationship between saccadic reaction times and response accuracy. We also collected subjective visibility ratings and observed neural markers of attentional selection, such as the negative, posterior-contralateral deflection at 200 ms (N2pc). We found that fast saccades escaped the effects of masking, resulted in higher response accuracy and higher awareness ratings. This indicates that early visual processing can trigger awareness and correct behavior. Finally, we replicated this finding with manual responses. Discovering a similar accuracy timecourse in a different modality ruled out saccade-specific mechanisms, such as saccadic suppression and retinal shift, as a potential confound. Next to their theoretical impact, all studies make a methodological contribution to EEG-eye movement research, such as removal of large-scale saccadic artifacts from EEG data and composition of matched surrogate data. In sum, this work uses multiple approaches to describe the dynamics of visual perisaccadic perception and offers solutions for future studies in this field. Psychophysik Perisakkadische Wahrnehmung zeitliche Dynamik EEG-ET Objekt-Substitutionsmaskierung sakkadische Suppression N2pc Artefaktkorrektur psychophysics Perisaccadic perception temporal dynamics EEG-ET object-substitution masking attentional enhancement of activity saccadic suppression N2pc artifact correction 150 Psychologie 11 Psychologie CZ 1320 ddc:150
15	The effects of alerting signals in masked priming Fischer, Rico, Plessow, Franziska, Kiesel, Andrea 28 November 2013 (has links) (PDF) Alerting signals often serve to reduce temporal uncertainty by predicting the time of stimulus onset. The resulting response time benefits have often been explained by facilitated translation of stimulus codes into response codes on the basis of established stimulus-response (S-R) links. In paradigms of masked S-R priming alerting signals also modulate response activation processes triggered by subliminally presented prime stimuli. In the present study we tested whether facilitation of visuo-motor translation processes due to alerting signals critically depends on established S-R links. Alerting signals resulted in significantly enhanced masked priming effects for masked prime stimuli that included and that did not include established S-R links (i.e., target vs. novel primes). Yet, the alerting-priming interaction was more pronounced for target than for novel primes. These results suggest that effects of alerting signals on masked priming are especially evident when S-R links between prime and target exist. At the same time, an alerting-priming interaction also for novel primes suggests that alerting signals also facilitate stimulus-response translation processes when masked prime stimuli provide action-trigger conditions in terms of programmed S-R links. Zeitliche Vorhersagbarkeit Warnsignal Priming Trigger Zielreiz TU Dresden Publikationsfonds Temporal predictability alerting signal accessory masked priming action-trigger target primes novel primes Technical University Dresden Publication funds ddc:153.7 ddc:152.8 rvk: CZ 1320
16	Neuroplasticity of word learning Rossi, Sonja 21 September 2018 (has links) Das Wortlernen begleitet unser Leben von der Kindheit bis ins Alter. Kleinkinder lernen ihre Muttersprache(n), aber auch Erwachsene lernen neue Wörter, z.B. beim Fremdspracherwerb. Unter gewissen Umständen muss eine neue Sprache wieder erlernen werden, wie z.B. nach einer Gehirnläsion. Wie meistert unser Gehirn diese herausfordernden Wortlernsituationen? Um die Neuroplastizität des Wortlernens zu untersuchen, wurden unterschiedliche neurowissenschaftliche Methoden (Elektroenzephalographie, funktionelle Nahinfrarotspektroskopie, voxel-basierte Läsion-Verhalten/EEG Mapping), teilweise in Kombination, bei Kleinkindern, Kindern und Erwachsenen sowie Patienten mit einer Gehirnläsion im Vergleich zu älteren Kontrollprobanden angewendet. 5 Experimente untersuchten die neuronale Verarbeitung von Pseudowörtern, welche mutter- und fremdsprachlichen phonotaktischen Regeln (d.h. die Kombination von verschiedenen Phonemen) folgten, in unterschiedlichen Lernsettings bei monolingualen Teilnehmern. Gesunde Erwachsene aber auch 6monatige und ältere Teilnehmer und Patienten konnten diese Regeln differenzieren. Beteiligte Gehirnareale umfassten ein links-hemisphärisches fronto-temporales Netzwerk. Die Verarbeitung universeller Spracheigenschaften, andererseits, zeigte sich in parietalen Regionen. Während Erwachsene eine klare Dominanz der linken Hemisphäre aufwiesen, nutzten 6monatige noch beide Gehirnhälften. Unterschiedliche Sprachtrainings (semantische Trainings oder Passives Zuhören) an drei aufeinanderfolgenden Tagen veränderten auch die Gehirnaktivität der Kleinkinder und der Erwachsenen und wiesen auf eine erhöhte Lernflexibilität hin. Im 6. Experiment lernten 5jährige bilinguale Kinder anhand pragmatischer Eigenschaften neue Adjektive und zeigten effizientere neuronale Mechanismen als Monolinguale. Die Ergebnisse unterstreichen die Wichtigkeit multi-methodologischer Ansätze, um genauere Einblicke in die komplexen Mechanismen der Neuroplastizität zu erlangen. / Word learning accompanies our everyday life from infancy to advanced age. Infants have to learn the native language(s) but also during adulthood word learning can take place, for example if we learn a new foreign language. Sometimes people are confronted with a situation in which they have to re-learn a language because of a brain lesion. How does the brain master these challenging word learning settings? To assess neuroplasticity of word learning several neuroscientific methods (electroencephalography, functional near-infrared spectroscopy, voxel-based lesion-behavior/EEG mapping), partially in combination, were used in infants, children, and adults as well as in patients suffering from a brain lesion compared to matched elderly controls. In 5 experiments neuronal processing of pseudowords corresponding to native and non-native phonotactic rules (i.e., the combination of different phonemes) was investigated under different learning conditions in monolingual participants. Healthy adults but also 6-month-old infants and elderly subjects and patients were able to differentiate these rules. Involved brain areas included a left-hemispheric network of fronto-temporal regions. When processing universal linguistic features, however, more parietal regions were involved. While adults revealed a clear left-dominant network, 6-month-olds still recruited bilateral brain areas. Differential language trainings (semantic or passive listening trainings) over three consecutive days also modulated brain activation in both infants and adults suggesting a high flexibility for learning native and non-native linguistic regularities. In a 6th experiment, bilingual 5-year-old children learned novel adjectives by means of pragmatic cues and revealed more efficient neuronal mechanisms compared to monolingual children. Findings underline the importance of multi-methodological approaches to get clearer insights into the complex machinery of neuroplasticity. kognitive Neurowissenschaften Wortlernen Spracherwerb Bilingualismus Elektroenzephalographie funktionelle Nahinfrarotspektroskopie cognitive neuroscience word learning language acquisition bilingualism electroencephalography functional near-infrared spectroscopy 150 Psychologie CZ 1320 CP 6500 ER 920 ER 965 ER 850 ddc:150
17	Hypnotic Suggestions: Their Nature and Applicability in Studying Executive Functions Zahedi, Anoushiravan 30 July 2021 (has links) Exekutive Funktionen (EF) sind eine Gruppe von Top-Down-Prozessen, die in neuartigen Situationen eingesetzt werden, um neue Trigger-Response-Assoziationen herzustellen oder vorhandene Handlungsoptionen an neue Situationen anzupassen. Obwohl EF erschöpfend untersucht wurden, bleiben wichtige Fragen offen. Beispiele dafür sind (a) Sind Exekutivfunktionen vollständig trennbar oder beruhen sie auf einem gemeinsamen neurokognitiven System? (b) Was messen verschiedene Versionen der Stroop-Aufgabe, einer der meist-verwendeten Aufgaben zur Prüfung der Inhibitionsfunktion? (c) Muss Inhibition immer Ressourcen-fordernd sein, oder gibt es eine Form der Inhibition, die mühelos implementiert werden kann? Zur Beantwortung dieser Fragen, habe ich neurokognitive Korrelate von EF und ihrer Verbesserung mithilfe posthypnotischer Suggestionen (PHS) und Ereigniskorrelierter Hirnpotentiale (EKP) untersucht. Zusammenfassend ergaben sich folgende Antworten: (a) Psychometrische und EKP-Daten aus den Studien zur Gedächtnisaktualisierung und Inhibition sowie deren Verbesserung anhand PHS zeigten sowohl funktionsspezifische als auch gemeinsame neurokognitive Prozesse der Inhibition und Aktualisierung. (b) Obwohl sowohl die vokale als auch die manuelle Version der Stroop-Aufgabe Inhibitionsfunktionen erfordern, ist die vokale Version Ressourcen-fordernder, da sie mindestens einen zusätzlichen Lokus der Interferenz im Antwort-Produktionsprozess aufweist, der nicht mit PHS beeinflussbar ist und der in der manuellen Version fehlt. (c) Unter Verwendung PHS zur Erhöhung der Präferenzen für kalorienarme Lebensmittel untersuchte ich die Auflösung von Konflikten. Die EKP-Ergebnisse zeigten, dass auch Konflikt-Auflösung, ähnlich wie Inhibition, Ressourcen konsumiert. Insgesamt zeigt dieses Projekt, dass die Verwendung Aufgaben-bezogener PHS in Kombination mit Neuroimaging-Techniken einen fruchtbaren Ansatz für die Untersuchung ungeklärter Fragen über Exekutivfunktionen darstellt. / Executive functions (EF) are a group of top-down processes used in novel situations to develop or adapt existing responses to the task at hand. Even though EFs are studied exhaustively, several important questions remain unanswered: (a) Are EFs entirely separated, or do they rely on a common system? (b) What do different versions of the Stroop task measure? (c) Does inhibition always need to be effortful? To address these questions, I investigated neurocognitive correlates of EFs and their enhancements by means of posthypnotic suggestions (PHS) and event-related potentials (ERP). However, before one can use PHSs, it must be elucidated whether and how they affect EFs. Although PHSs are used repeatedly for improving inhibition, it is unclear whether their effects are mediated by bottom-up or top-down processes. By using an updating task, I showed that effects of PHSs can be attributed to top-down processes. Accordingly, a new theory of hypnosis was proposed and empirically tested by modeling hypnotizability scores with structural equation modeling. In short, the simulation-adaption theory suggests that several top-down processes are employed for responding to suggestions. After elucidating the driving mechanism of PHSs is mentally practicing a novel strategy, PHSs were used for addressing the questions regarding EFs. Summarizing (a) the psychometric and ERP results from several studies indicated that different EFs rely on both function-specific and shared neurocognitive processes. (b) Even though different versions of the Stroop task are tapping into inhibition, the vocal compared to the manual version has at least an extra response-production-related locus of interference. (c) Using PHSs for increasing preferences for low-calorie food items, it is shown that resolve is effortful to implement, as indicated by increased P300 amplitudes. Together, this project shows how PHSs, along with neuroimaging techniques, can provide a novel approach for investigating EFs. Hypnose Exekutive Funktionen Einheitlichkkeit und Spezifität Suggestion Mentales Üben Stroop-Aufgabe Konfliktlösung Inhibition Arbeitsgedächtnis Aktualisierung Hypnosis Executive Functions suggestions mental practice manual Stroop task vocal Stroop task Resolve Suppression working memory updating 150 Psychologie CZ 1320 CP 9000 CP 4000 ddc:150
18	Measurement and relevance of rhythmic and aperiodic human brain dynamics Kosciessa, Julian Q. 11 November 2020 (has links) Menschliche Hirnsignale von der Kopfhaut bieten einen Einblick in die neuronalen Prozesse, denen Wahrnehmung, Denken und Verhalten zugrunde liegen. Rhythmen, die historisch den Grundstein für die Erforschung großflächiger Hirnsignale legten, sind ein häufiges Zeichen neuronaler Koordination, und damit von weitem Interesse für die kognitiven, systemischen und komputationalen Neurowissenschaften. Typischen Messungen von Rhythmizität fehlt es jedoch an Details, z. B. wann und wie lange Rhythmen auftreten. Darüber hinaus weisen neuronale Zeitreihen zahlreiche dynamische Muster auf, von denen nur einige rhythmisch erscheinen. Obwohl aperiodischen Beiträgen traditionell der Status irrelevanten „Rauschens“ zugeschrieben wird, attestieren neuere Erkenntnisse ihnen ebenfalls eine Signalrolle in Bezug auf latente Hirndynamik. Diese kumulative Dissertation fasst Projekte zusammen, die darauf abzielen, rhythmische und aperiodische Beiträge zum menschlichen Elektroenzephalogramm (EEG) methodisch zu dissoziieren, und ihre Relevanz für die flexible Wahrnehmung zu untersuchen. Projekt 1 ermittelt insbesondere die Notwendigkeit und Durchführbarkeit der Trennung rhythmischer von aperiodischer Aktivität in kontinuierlichen Signalen. Projekt 2 kehrt diese Perspektive um und prüft Multiscale Entropy als Index für die Unregelmäßigkeit von Zeitreihen. Diese Arbeit weist auf methodische Probleme in der klassischen Messung zeitlicher Unregelmäßigkeit hin, und schlägt Lösungen für zukünftige Anwendungen vor. Abschließend untersucht Projekt 3 die neurokognitive Relevanz rhythmischer und aperiodischer Zustände. Anhand eines parallelen multimodalen EEG-fMRT-Designs mit gleichzeitiger Pupillenmessung liefert dieses Projekt erste Hinweise dafür, dass erhöhte kognitive Anforderungen Hirnsignale von einem rhythmischen zu einem unregelmäßigen Regime verschieben und impliziert gleichzeitige Neuromodulation und thalamische Aktivierung in diesem Regimewechsel. / Non-invasive signals recorded from the human scalp provide a window on the neural dynamics that shape perception, cognition and action. Historically motivating the assessment of large-scale network dynamics, rhythms are a ubiquitous sign of neural coordination, and a major signal of interest in the cognitive, systems, and computational neurosciences. However, typical descriptions of rhythmicity lack detail, e.g., failing to indicate when and for how long rhythms occur. Moreover, neural times series exhibit a wealth of dynamic patterns, only some of which appear rhythmic. While aperiodic contributions are traditionally relegated to the status of irrelevant ‘noise’, they may be informative of latent processing regimes in their own right. This cumulative dissertation summarizes and discusses work that (a) aims to methodologically dissociate rhythmic and aperiodic contributions to human electroencephalogram (EEG) signals, and (b) probes their relevance for flexible cognition. Specifically, Project 1 highlights the necessity, feasibility and limitations of dissociating rhythmic from aperiodic activity at the single-trial level. Project 2 inverts this perspective, and examines the utility of multi-scale entropy as an index for the irregularity of brain dynamics, with a focus on the relation to rhythmic and aperiodic descriptions. By highlighting prior biases and proposing solutions, this work indicates future directions for measurements of temporal irregularity. Finally, Project 3 examines the neurocognitive relevance of rhythmic and aperiodic regimes with regard to the neurophysiological context in which they may be engaged. Using a parallel multi-modal EEG-fMRI design with concurrent pupillometry, this project provides initial evidence that elevated demands shift cortical dynamics from a rhythmic to an irregular regime; and implicates concurrent phasic neuromodulation and subcortical thalamic engagement in these regime shifts. Kognitive Neurowissenschaften Psychologie Neuronale Rhythmen Oszillationen Menschliche Hirndynamik Aperiodische Aktivität Entropie EEG fMRT cognitive neuroscience psychology neural rhythms oscillations human brain dynamics aperiodic activity entropy EEG fMRI 150 Psychologie 570 Biologie CM 4200 CZ 1000 CZ 1320 CP 4000 ddc:150 ddc:570
19	On Rules and Methods: Neural Representations of Complex Rule Sets and Related Methodological Contributions Görgen, Kai 20 November 2019 (has links) Wo und wie werden komplexe Regelsätze im Gehirn repräsentiert? Drei empirische Studien dieser Doktorarbeit untersuchen dies experimentell. Eine weitere methodische Studie liefert Beiträge zur Weiterentwicklung der genutzten empirischen Methode. Die empirischen Studien nutzen multivariate Musteranalyse (MVPA) funktioneller Magnetresonanzdaten (fMRT) gesunder Probanden. Die Fragestellungen der methodischen Studie wurden durch die empirischen Arbeiten inspiriert. Wirkung und Anwendungsbreite der entwickelten Methode gehen jedoch über die Anwendung in den empirischen Studien dieser Arbeit hinaus. Die empirischen Studien bearbeiten Fragen wie: Wo werden Hinweisreize und Regeln repräsentiert, und sind deren Repräsentationen voneinander unabhängig? Wo werden Regeln repräsentiert, die aus mehreren Einzelregeln bestehen, und sind Repräsentationen der zusammengesetzten Regeln Kombinationen der Repräsentationen der Einzelregeln? Wo sind Regeln verschiedener Hierarchieebenen repräsentiert, und gibt es einen hierarchieabhängigen Gradienten im ventrolateralen präfrontalen Kortex (VLPFK)? Wo wird die Reihenfolge der Regelausführung repräsentiert? Alle empirischen Studien verwenden informationsbasiertes funktionales Mapping ("Searchlight"-Ansatz), zur hirnweiten und räumlich Lokalisierung von Repräsentationen verschiedener Elemente komplexer Regelsätze. Kernergebnisse der Arbeit beinhalten: Kompositionalität neuronaler Regelrepräsentationen im VLPFK; keine Evidenz für Regelreihenfolgenrepräsentation im VLPFK, welches gegen VLPFK als generelle Task-Set-Kontrollregion spricht; kein Hinweis auf einen hierarchieabhängigen Gradienten im VLPFK. Die komplementierende methodische Studie präsentiert "The Same Analysis Approach (SAA)", ein Ansatz zur Erkennung und Behebung experimentspezifischer Fehler, besonders solcher, die aus Design–Analyse–Interaktionen entstehen. SAA ist für relevant MVPA, aber auch für anderen Bereichen innerhalb und außerhalb der Neurowissenschaften. / Where and how does the brain represent complex rule sets? This thesis presents a series of three empirical studies that decompose representations of complex rule sets to directly address this question. An additional methodological study investigates the employed analysis method and the experimental design. The empirical studies employ multivariate pattern analysis (MVPA) of functional magnetic resonance imaging (fMRI) data from healthy human participants. The methodological study has been inspired by the empirical work. Its impact and application range, however, extend well beyond the empirical studies of this thesis. Questions of the empirical studies (Studies 1-3) include: Where are cues and rules represented, and are these represented independently? Where are compound rules (rules consisting of multiple rules) represented, and are these composed from their single rule representations? Where are rules from different hierarchical levels represented, and is there a hierarchy-dependent functional gradient along ventro-lateral prefrontal cortex (VLPFC)? Where is the order of rule-execution represented, and is it represented as a separate higher-level rule? All empirical studies employ information-based functional mapping ("searchlight" approach) to localise representations of rule set features brain-wide and spatially unbiased. Key findings include: compositional coding of compound rules in VLPFC; no order information in VLPFC, suggesting VLPFC is not a general controller for task set; evidence against the hypothesis of a hierarchy-dependent functional gradient along VLPFC. The methodological study (Study 4) introduces "The Same Analysis Approach (SAA)". SAA allows to detect, avoid, and eliminate confounds and other errors in experimental design and analysis, especially mistakes caused by malicious experiment-specific design-analysis interactions. SAA is relevant for MVPA, but can also be applied in other fields, both within and outside of neuroscience. fMRT funktionale Magnetresonanztomographie SAA multivariate Musteranalyse Kontrollfunktionen Dekodierung Frontallappen Neuronaler Kode Task Set Komplexe Regelsätze Kognitive Kontrolle Regelrepräsentation VLPFK ventro-lateraler Präfrontalkortex Kognitive Neuropsychologie Experimentaldesign Störfaktoren Kreuzvalidierung unterzufällige Accuracies schlechter-als-Zufall Klassifikation Unittests below-chance accuracies fMRI functional magnetic resonance imaging SAA MVPA multivariate pattern analysis control functions decoding frontal lobe neural code task set complex rule sets cognitive control rule representations VLPFC ventrolateral prefrontal cortex cognitive neuropsychology experimental design design of experiment confounds cross validation worse-than-chance classification unit testing 153 Kognitive Prozesse, Intelligenz 150 Psychologie 570 Biowissenschaften; Biologie WW 4200 CP 4000 CZ 1000 CZ 1320 ddc:153 ddc:150 ddc:570

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