Oszillationen sind ein allgegenwärtiges Phänomen neuronaler Aktivität. Der Beta Band Frequenzbereich (13-30 Hz, BBA) wurde ursprünglich vor allem mit motorischen und somatosensorischen Prozessen assoziiert. Erst jüngst schreibt man diesem auch komplexe Funktionen in selektiver Aufmerksamkeit und neuronaler Integration zu. Die vorliegende Arbeit hat mittels Elektroenzephalographie die Rolle von BBA bei einer Reihe höherer kognitiver Aufgaben untersucht. Studie 1 hat sich mit dem Einfluss visueller Reize auf die Verarbeitung von Schmerzreizen beschäftigt. Es zeigt sich, dass BBA in sensomotorischen Arealen das Ausmaß an Integration zwischen visuellen Reizen und Schmerzreizen widerspiegelt. Die Stärke der Integration ist dabei invers proportional zur Stärke der Schmerzreize. Studie 2 hat die Lokalisation und Diskrimination von Sprache bei Personen mit beidseitigem Cochlear Implantat untersucht. Diese haben Schwierigkeiten bei der Lokalisation von Sprache, was auf eine vorhergehende Degeneration von auditorischen Pfaden zurückzuführen sein könnte. Die Studie zeigt eine stärkere Modulation medio-zentraler BBA während Sprachlokalisation, was einen Zusammenhang zwischen BBA und Verarbeitungsaufwand und selektiver räumlicher Aufmerksamkeit nahelegt. In Studie 3 wurde das Verhältnis zwischen intersensorischer Aufmerksamkeit und zeitlicher Orientierung untersucht. Es zeigt sich sich dass die Modulation antizipatorischer BBA unabhängig voneinander sowohl intersensorische Aufmerksamkeit als auch zeitliche Orientierung reflektiert. Die vorliegende Arbeit erweitert somit bisherige Forschungsergebnisse, indem sie die Beteiligung von BBA während multisensorischer Verarbeitung, selektiver Aufmerksamkeit, sowie intersensorischer Aufmerksamkeit und zeitlicher Orientierung zeigt. Zugleich unterstreicht sie die Bedeutung zukünftiger Forschung, die zu einem tieferen Verständnis der Rolle von BBA bei sensomotorischen Prozessen, Aufmerksamkeit und kortikaler Integration führen wird. / Oscillations are a ubiquitous phenomenon in neural activity. The beta-band frequency range (BBA, 13-30 Hz) has traditionally been associated with sensorimotor behaviour. Only recently, research has become aware of its putative role in selective attention and large-scale neural communication. The present thesis investigated the functional significance of BBA in a broad range of cognitive tasks, using electroencephalography (EEG). Study 1 examined the influence of simultaneous visual input on the processing of pain, which is known to engage a widely distributed cortical network. The study showed that sensorimotor BBA reflects the strengths of multisensory processing between visual and pain stimuli. In Study 2, auditory speech localization and discrimination was examined in patients with bilateral cochlear implants. This group of individuals is known to have difficulties in speech localization, which might derive from a prior degeneration of auditory pathways. The study demonstrates an increased medio-central BBA suppression during speech localization in cochlear implant users, suggesting that BBA reflects selective spatial attention to auditory speech stimuli. Study 3 investigated the processes of intersensory attention and temporal orienting in a multisensory cue-target paradigm. The study showed that modulations of anticipatory BBA reflect intersensory attention as well as temporal orienting. Interestingly the results did not reveal interactions between the two mechanisms, suggesting that intersensory attention and temporal orienting can operate independent of each other. Taken together, this thesis extends previous research by demonstrating the crucial role of BBA in multisensory processing, selective attention and intersensory attention as well as temporal orienting. The studies also emphasize the relevance of future research in this field, which will further uncover the significance of BBA in sensorimotor, attentional, and integrative functions.

Zweitveröffentlichung / Obwohl Blickbewegungen einen elementaren Bestandteil des natürlichen Sehens darstellen, werden hirnelektrische Korrelate der visuellen Verarbeitung im Elektroenzephalogramm (EEG) zumeist während passiver Stimulation des ruhenden Auges erfasst. Ein alternativer methodischer Zugang ist die Kopplung des EEG an Beginn oder Ende natürlich auftretender Augenbewegungen mit Hilfe simultanen, hochauflösenden Eye-Trackings (ET). Die resultierenden sakkaden- bzw. fixationskorrelierten Potentiale (SRPs/FRPs) wurden in zwei Forschungskontexten untersucht und angewendet. Der erste Teil der Arbeit (Publikation 1 & 2) befasst sich mit den elektrophysiologischen Korrelaten von Mikrosakkaden, unwillkürlichen Fixationsaugenbewegungen die auch während traditioneller EEG-Messungen auftreten. Es wird gezeigt, dass Mikrosakkaden trotz ihrer geringen Amplitude eine wesentliche, aber mit herkömmlichen Methoden kaum auszuschließende Quelle muskulärer und kortikaler Aktivität im EEG darstellen (mikrosakkadische SRPs), welche in der Mehrzahl experimenteller Durchgängen aktiv ist, und zur Fehlinterpretation reizgekoppelter Potentiale führen kann. Der zweite Teil der Arbeit demonstriert die Machbarkeit und Nützlichkeit von FRP-Analysen zur Untersuchung hirnelektrischer Prozesse beim Lesen. In Publikation 3 werden Einflüsse verschiedener Messartefakte sowie visuell-evozierter, motorischer und kognitiv modulierter Potentiale auf die FRP-Wellenform beschrieben und Methoden zur Signaloptimierung vorgeschlagen. Wir zeigen, dass sich im natürlichen Satzlesen der klassische N400 Wortvorhersagbarkeitseffekt reproduzieren und in Bezug zu Maßen der Fixationsdauer setzen lässt. In Publikation 4 wurde mittels FRPs das Ausmaß der parafovealen Wortverarbeitung bestimmt. Simultanes ET ist eine sinnvolle Ergänzung zur bestehenden EEG-Methodik, sowohl zur Kontrolle von Mikroaugenbewegungen, als auch zur Erforschung natürlichen Blickbewegungsverhaltens und Integration von Befunden der ET- und EEG-Forschung. / Although natural vision involves an active sampling of the environment with several saccadic eye movements per second, electroencephalographic (EEG) correlates of visual cognition are predominantly recorded under artificial conditions of prolonged fixation. An alternative approach to EEG analysis, explored in the present thesis, is to time-lock the signal not to passive stimulations, but to the on- or offsets of naturally occurring eye movements, yielding saccade- and fixation-related potentials (SRPs/FRPs). Using simultaneous high-resolution eye-tracking (ET), this technique was applied in two contexts. The first part of the thesis (publications 1 & 2) investigated brain-electric correlates of microsaccades, small involuntary eye movements, which occur despite attempted fixation during traditional EEG paradigms. In a series of experiments, we show that SRPs from microsaccades present a significant, but normally hidden source of visuocortical potentials that is active in most trials and can confound the interpretation of stimulus-locked data under specific conditions. The second part of the thesis assessed the feasibility and utility of using FRPs in the study of natural reading. Publication 3 provides a review of artifact sources, low-level factors, and high-level influences determining the FRP waveform in free viewing and proposes methods to optimize signal quality. We then replicate the N400 word predictability effect, a cornerstone of neurolinguistic research, in left-to-right sentence reading and relate N400 amplitude to measures of fixation time. In publication 4, the FRP technique was combined with gaze-contingent display manipulations to investigate the depth of parafoveal preprocessing in fluent reading. Our results show that simultaneous recordings improve the understanding of electrophysiological data recorded during fixation, extend the EEG’s methodological scope to naturalistic viewing scenarios, and help to integrate findings from EEG and ET research.