Kognitive Defizite in Aufgaben, welche die präfrontale Hirnfunktion, wie das Arbeitsgedächtnis und die Wortflüssigkeit, involvieren, gelten als Schlüssel-komponent der Schizophrenie. Dies führte zur „Hypofrontalitätsthese der Schizophrenie“, die allgemein anerkannt ist, obwohl sie sich bislang definitiver molekularer Grundlagen entbehrt. Störungen der glutamatergen Neuro-transmission mögen eine Rolle spielen, jedoch wurden andere Komponenten bisher kaum untersucht. Kürzlich wurde die Promotorregion von NOS-I, die Einfluss auf glutamaterge Neurotransmission nimmt, wiederholt mit Schizophrenie assoziiert. Daher untersuchten wir zwei funktionale Promoter-Polymorphismen des NOS1-Gens hinsichtlich ihres Einflusses auf die präfrontale Hirnfunktion schizophrener Patienten. Einer der beiden Promoter-Polymorphismen (rs41279104), dessen selteneres Allel zu reduzierter Expression des NS1-Transkriptes führt, wurde bereits als Risikovariante für schizophrene Psychosen beschrieben. Es wurden 43 an chronischer Schizophrenie leidende Patienten sowie 44 gesunde Kontrollpersonen für rs41279104 und NOS1 Exon 1f-VNTR genotypisiert und mittel funktioneller Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS untersucht, während sie eine Arbeitsgedächtnis- (N-Back-Test) und eine Wortflüssigkeitsaufgabe (VFT) bearbeiteten, die als Indikator für präfrontale Hirnfunktionen etabliert sind. Nach dem Matching hinsichtlich des Genotypes verblieben Verhaltens- und Hirnaktivierungsdaten von 26 Patienten und 28 Kontrollen, die zu rs41279104 und NOS1 ex1f-VNTR in Beziehung gesetzt wurden. Gesunde Kontrollen zeigten eine signifikante Aktivierung großer Areale des lateralen präfrontalen Cortex während beider Aufgaben, wohingegen Aufgaben-assoziierte Veränderungen der cerebralen Oxygenierung bei Patienten signifikant reduziert waren. Schizophrene Patienten bearbeiteten außerdem beide Aufgaben schlechter. Das rs41279104 Risikoallel (Genotyp AA/AG) konnte mit langsamerer Reaktionszeit im 2-Back-Test sowie bei Patienten mit reduzierter rechtshemisphärischer Aktivierung des frontalen Cortex während des VFT in Verbindung gebracht werden. Unsere fNIRS-Daten erweitern vorangegangene Studien, welche eine gestörte präfrontale Hirnfunktion bei Schizophrenie andeuten und lassen darauf schließen, dass eine genetische Variation von NOS1 eine Rolle in dieser kognitiven Dysfunktion spielt, womöglich durch Beeinflussung glutamaterger Neurotransmission. / Cognitive deficits in tasks involving the prefrontal cortex such as working memory or verbal fluency are a key component of schizophrenia. This led to the hypofrontality hypothesis of schizophrenia, which is widely accepted even though molecular underpinnings are elusive. While disturbances of glutamatergic neurotransmission might play a role, other components have rarely been investigated. Recently, the promoter region of nitric oxide (NO) synthase-I (NOS-I, encoded by the gene NOS1), impacting on prefrontal glutamate transmission, has repeatedly been associated with schizophrenia. We have thus tested whether an associated schizophrenia risk variant (rs41279104), leading to reduced expression of the transcript, influences prefrontal brain functioning. 43 patients suffering from chronic schizophrenia and 44 controls were genotyped for NOS1 rs41279104 and investigated by means of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), while completing a working memory task (2-back test) and a verbal fluency test (VFT). After matching for genotype, behavioral and brain activation data of 26 patients and 28 comparable controls were correlated to rs41279104. Healthy controls showed significant activation of large parts of the lateral prefrontal cortex during both tasks, whereas task-related changes in oxygenation were significantly reduced in patients. Schizophrenic patients also performed worse in both tasks. The NOS1 schizophrenia risk genotype rs41279104 AA/AG was associated with slower reaction time in the 2-back task, as well as with reduced right-hemispheric activation of the frontal cortex for the VFT in patients only. Our fNIRS data extend previous studies suggesting disturbed prefrontal functioning in schizophrenia and suggest that genetic variation of NOS1 has a role in cognitive dysfunctioning, probably by mediating glutamatergic tone.

In der vorliegenden Arbeit sollte herausgefunden werden, ob die bilaterale Stimulation mittels transkranieller Gleichstromstimulation das Arbeitsgedächtnis von gesunden Probanden beeinflussen kann. Stimulationsorte waren der rechte und linke dorsolaterale Präfrontalkortex mit der Referenzelektrode auf der jeweils kontralateralen Seite. Aus diesem Grund wurden zwei Versuchsgruppen gebildet, die jeweils anodal oder kathodal links für eine Gesamtdauer von ca. 25 Minuten stimuliert wurden. Eine dritte Versuchsgruppe erhielt eine Sham-Stimulation und fungierte daher als Placebogruppe. Als Paradigma nutzten wir einen n-Back-Test mit je drei Bedingungen (0-Back, 1-Back und 2-Back), der vier Minuten nach Stimulationsbeginn startete. Einerseits wurden die Ergebnisse hinsichtlich des Verhaltens anhand der richtig und falsch gegebenen Antworten sowie andererseits die mittleren Reaktionszeiten im n-Back-Task analysiert. Hier zeigte sich im Bereich Genauigkeit kein signifikanter Unterschied zwischen den Versuchsgruppen und somit keine signifikante Verbesserung des Verhaltens durch tDCS. Es gibt einerseits Hinweise darauf, dass man mit einer höheren Stromstärke als den hier gewählten 1 mA stimulieren muss. Andererseits ist es möglich, dass die bilaterale Stimulation mit tDCS im vorliegenden Setting nur bei Menschen eine Wirkung zeigt, die aufgrund von neurophysiologischen Erkrankungen bereits ein Defizit des Arbeitsgedächtnisses aufweisen. Zusätzlich spielt die Position der Referenzelektrode am jeweils kontralateralen DLPFC eine Rolle und hat in der vorliegenden Studie vermutlich zu Wechselwirkungen und Störeffekten geführt. Hinsichtlich der mittleren Reaktionszeiten zeigten sich ebenfalls Hinweise darauf, dass das bilateral generierte Stromfeld signifikante Effekte minimiert hat. Es zeigt sich in der Bedingung 1-Back eine verbesserte Reaktionszeit in der Gruppe, die kathodal links stimuliert wurde. Diese Ergebnisse sind allerdings nicht für die Bedingung 2-Back zu beobachten, weswegen dies nicht als klassischer Effekt auf das Arbeitsgedächtnis gedeutet werden kann. Möglicherweise hätte hier analog zu Vergleichsstudien ebenfalls eine höhere Intensität oder eine längere Stimulationsdauer zu Effekten in der Bedingung 2-Back führen können. Diese Fragestellung bezüglich der Kombination der Stimulationsparameter sollte Gegenstand weiterer Studien sein. Hinsichtlich der Beeinflussung der positiven und negativen Emotionen zeigte sich, dass die anodale tDCS-Stimulation über dem linken DLPFC mit Referenzelektrode über dem rechten DLPFC zu einer signifikant geringeren Abnahme der positiven Emotionen unmittelbar nach der Messung führt. Dies deckt sich mit Erkenntnissen aus vorherigen Studien und zeigt, dass sich die Emotionsverarbeitung mittels tDCS beeinflussen lässt. Des Weiteren wurde die Dynamik der relativen Oxy-Hb und Deoxy-Hb-Konzentrationen in den verschiedenen Hirnarealen in Echtzeit während des n-Back-Tasks mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie mit 52 Emittern und Detektoren überprüft. Hier zeigte sich, dass vor allem die Gruppe, die anodal über dem linken DLPFC und kathodal über dem rechten DLPFC stimuliert wurde, in der Bedingung 2-Back eine signifikant geringere Mehraktivierung zur Baseline im Bereich der Kathode rechtshemisphäral aufweist. Im genaueren Vergleich zeigt sich eine Störung der Aktivität dieser Gruppe im Vergleich zur Sham-Kondition, die sich beidseits frontotemporal präsentiert mit einer deutlicheren Störung auf der rechten Seite. Ein ähnlicher Effekt mit einer Störung rechts frontotemporal konnte im Übergang von N1 zu N2 in der Gruppe Anodal links beobachtet werden. Dieser Effekt zeigte sich überraschenderweise auch in der Stimulationsgruppe, die umgekehrt kathodal links und anodal rechts stimuliert wurde. Da dieser Bereich rechts frontotemporal des Hirns vor allem bei Aufmerksamkeitsprozessen eine Rolle spielt, stellt sich die Frage, ob das vorliegende tDCS-Setting und das damit verbundene Stromfeld einen negativen Einfluss auf Aufmerksamkeitsprozesse haben könnten. In der vorliegenden Studie konnten hinsichtlich des Verhaltens keine dazu passenden signifikanten Unterschiede beobachtet werden. Dies sollte in weiterführenden Studien mit anderen Stimulationsintensitäten genauer untersucht werden. Die in anderen Studien beobachteten Phänomene, dass die anodale Stimulation eine exzitatorische Wirkung und die kathodale Stimulation eine inhibitorische Wirkung hat, konnten in der vorliegenden Arbeit nicht gezeigt werden. Vermutlich hat das generierte Stromfeld durch parallel eingesetzte anodale und kathodale Stimulation gegenseitige Effekte gestört oder sogar aufgehoben. Das hier genutzte Setting ist somit nur bedingt für Studien zu empfehlen. Zumindest hat sich dadurch aber gezeigt, dass tDCS auch andere Hirnbereiche außerhalb des Stimulationsgebiets beeinflussen und nicht als eingeschränkt lokale Stimulationsmethode angesehen werden kann. Zudem hat sich gezeigt, dass die Dokumentation der hämodynamischen Veränderungen mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie eine durchaus effektive Methode ist, um Veränderungen der Hirnaktivität simultan zur Stimulation mit tDCS aufzuzeigen und mit beobachteten Verhaltensdaten in Kontext zu setzen. / In this study we wanted to show if bilateral tDCS with 1 mA can stimulate the working memory of healthy persons. Electrodes were located on F3 and F4 simultaneously according to the left and right dorsolateral prefrontal cortex. Therefore there were two stimulation groups with the setting anode left/kathode right and kathode left/anode right. The tDCS-stimulation lasted approximately 25 minutes. In addition, a third group with sham stimulation was added as a placebo group. Our paradigma was a modified n-Back-Tast with three conditions (0-back, 1-back, 2-back), which started 4 minutes after the beginning of the stimulation. On the one hand we analysed the correct and false answers. On the other hand we looked at the reaction times of the different stimulation groups. Concerning the number of right answers, there was no significant difference between the groups detectable. We assume that stimulation with a higher current is necessary. In addition, the bilateral setting could possibly only affect people with neuropsycholocical illnesses who already show deficits in working memory. Also, we suspect interdependencies and parasitics between stimulation and reference electrode. According to the results of reaction times we suppose similar effects. Faster reaction times in the n1-back condition in the group kathodal left/anodal right are not reflected in the n2-back condition, so this can not be seen as an effect of ameliorated working memory. Probably a higher current or longer stimulation is necessary to cause effects also in the n2-back condition. According to the positive and negative emotions anodal tDCS over the left DLPFC with the reference electrode over the right DLPFC causes a significant lower decrease of positive emotions. This confirms results of other studies. While stimulation, the dynamics of oxy-hb and deoxy-hb concentrations were measured with near-infrared spectroscopy. The group anodal left/kathodal right showed a significant lower activation in the n2-condition compared to baseline. We detected an interference especially in right frontotemporal areas. The same effect appears during the passage from condition n1-back to condition n2-back. Suprisingly, this effect is also detectable in the other stimulation group (kathodal left/anodal right). We assume that processes of attention and alertness which are set in frontotemporal areals could be affected by tDCS, although we couldn't determine any group differences concerning behavior in our study. This should be further investigated in future studies with different current intensities. The bilateral setting chosen in this study is therefore suitable only to a limited extent. Anyway, this study showed that tDCS can influence other cerebral areas than initially estimated. Also, it showed the importance of measuring haemodynamic changes with near-infrared spectroscopy simultanously in order to understand the effects of tDCS properly.

Die Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) stellt ein Verfahren zur nicht-invasiven und schmerzfreien Stimulation des Gehirns dar. Ziel dabei ist es die kortikale Erregbarkeit zu modulieren, indem das Ruhemembranpotenzial der Nervenzellen verschoben wird. Anodale tDCS führt dabei zu einer Depolarisierung des Membranpotenzials und somit zur Zunahme der neuronalen Aktivität. Kathodale tDCS hat durch die Hyperpolarisierung des Membranpotenzials eine Abnahme der neuronalen Aktivität zur Folge. Durch den exzitatorischen Effekt nach anodaler Stimulation und den inhibitorischen Effekt nach kathodaler Stimulation stellt die tDCS eine vielversprechende Option in der Therapie neurologischer oder neuropsychiatrischer Erkrankungen dar. In vorliegender Studie sollten die Auswirkungen der transkraniellen Gleichstromstimulation über dem linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) auf Arbeitsgedächtnisprozesse untersucht werden. Die Effekte der tDCS wurden an 56 gesunden Versuchspersonen getestet, die randomisiert drei Stimulationsgruppen zugeordnet wurden (anodale, kathodale und Sham-Stimulation). Stimuliert wurde mit 2 mA bei einer Elektrodengröße von 35 cm². Stimulationsort war dabei der linke DLPFC, die Referenzelektrode wurde über dem linken Mastoid platziert. Während der Stimulation führten die Versuchspersonen eine modifizierte N-Back-Aufgabe mit drei Bedingungen (0-Back, 1-Back und 2-Back) aus, um die Funktion des Arbeitsgedächtnisses hinsichtlich des Verhaltens erfassen zu können. Die Auswirkungen der tDCS auf die neuronale Aktivität wurden mittels funktioneller Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS) gemessen. Auf neuronaler Ebene erwarteten wir eine Zunahme der kortikalen Aktivität nach anodaler Stimulation innerhalb des linken DLPFC und gegenteilige Effekte nach kathodaler Stimulation. In vorliegender Untersuchung konnte lediglich eine Tendenz zu dieser Annahme beobachtet werden, eindeutige Signifikanzen blieben jedoch aus. Bei Betrachtung verschiedener Regions of Interest (ROIs) konnten nur signifikante Unterschiede zwischen der anodal und der kathodal stimulierten Gruppe nachgewiesen werden, was dafür spricht, dass die Auswirkungen der tDCS zwar in die intendierte Richtung gehen, die Effekte aber nicht stark genug sind, um auch signifikante Unterschiede zur Kontrollgruppe nachweisen zu können. Somit müssen wir davon ausgehen, dass sich die Neurone des DLPFC nur schwach durch die transkranielle Stimulation beeinflussen lassen. Desweiteren wurden die Verhaltensdaten während der N-Back-Aufgabe untersucht. Angenommen wurde eine Verbesserung der Arbeitsgedächtnisleistung durch anodale Stimulation und eine Verschlechterung durch kathodale Stimulation. Hier zeigte sich allerdings, dass sich unsere drei Stimulationsgruppen weder in der Anzahl der Fehler, noch in der Anzahl der richtigen Antworten, der Anzahl der verpassten Antworten oder in der mittleren Reaktionszeit signifikant voneinander unterscheiden. Dies lässt darauf schließen, dass die Stimulation des linken DLPFC keinen Einfluss auf das Verhalten während der Durchführung der Arbeitsgedächtnisaufgabe hat und somit auch die Arbeitsgedächtnisleistung nicht beeinflusst wird. Obwohl die Ergebnisse unserer Studie durch fehlende Signifikanzen nicht hypothesenkonform sind, konnten wir zusammenfassend dennoch eine Tendenz zur anodal-exzitatorischen und kathodal-inhibitorischen Wirkung der tDCS beobachten. Die weitere Erforschung der Auswirkungen der tDCS auf das Arbeitsgedächtnis scheint also sehr vernünftig, vor allem in Anbetracht der möglichen Etablierung der tDCS als Therapieoption neuropsychiatrischer Erkrankungen. Weiterführende Studien sollten die Wirksamkeit der tDCS weiter untersuchen und eine Optimierung der tDCS-induzierten Effekte überprüfen. Ansatzpunkte hierfür wären beispielsweise die Durchführung umfangreicherer Studien mit einem größeren Probandenkollektiv und veränderten Stimulationsparametern oder Studien, die die Auswirkungen der tDCS auf das Arbeitsgedächtnis auch bei psychiatrischen Patienten untersuchen. / Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive method to modulate cortical excitability. Anodal tDCS results in the depolarization of the neuronal membrane potential and has an increasing effect on neuronal activity whereas cathodal stimulation causes contrary effects by hyperpolarizing the neuronal membrane potential. Because of these effects tDCS is a promising tool in the therapy of mental disorders. In this study the effects of tDCS over the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) on working memory were investigated. We tested 56 healthy volunteers which were randomly related to three different stimulation groups (anodal, cathodal and sham stimulation). The electric field was generated with a current of 2 mA and an electrode size of 35 cm². The stimulation electrode was placed over the left DLPFC whereas the reference electrode was located over the left mastoid. While stimulation the subjects had to perform a modified n-back-task with three conditions (1-back, 2-back and 3-back) to determine the effects of tDCS on working memory performance. The impact of tDCS on neuronal activity was measured using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). Regarding neuronal activity, an increasing effect after anodal stimulation and an inhibiting effect after cathodal stimulation was expected. This study only revealed a tendency to this assumption, but statistical significance could not be proved. These findings demonstrate that tDCS only causes weak effects in cortical neurons of the DLPFC. Furthermore, working memory performance during the n-back-task was not influenced by tDCS since no significant difference between the three stimulation groups could be revealed. As tDCS is a promising option in the therapy of mental disorders, further studies with optimized parameters are necessary to examine the influence of tDCS on working memory. Extended sample sizes as well as changing the stimulation parameters should be considered in future studies. Moreover the impacts of tDCS can be investigated in patients suffering from mental disorders in purpose of proving more extinct results.

Patienten mit Depression zeigen typischerweise eine Beeinträchtigung kognitiver Funktionen, vor allem im Bereich der exekutiven Funktionen. Als neuroanatomisches Korrelat konnte den exekutiven Funktionen der präfrontale Kortex zugeordnet werden. In den bisherigen bildgebenden Untersuchungen bei depressiven Patienten konnte vor allem eine Hypofrontalität festgestellt werden. Durch verschiedene neuropsychologische Tests konnten kognitive Defizite vor allem im visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis gezeigt werden. Als neuroanatomisches Korrelat konnte dem Arbeitsgedächtnis der DLPFC zugeordnet werden. Die bisher durchgeführten kombinierten Untersuchungen bei depressiven Patienten lieferten jedoch keine einheitlichen Ergebnisse. Mittelpunkt unserer Untersuchung war es deshalb mittels NIRS während der Durchführung eines Tests für das visuell-räumliche und das objektbezogene Arbeitsgedächtnis sowohl bei einer Patientengruppe mit unipolarer Depression als auch bei einer gesunden Kontrollgruppe die Aktivierungsmuster des präfrontalen Kortex zu ermitteln. Für den Zusammenhang zwischen der Hirnaktivierung und der Schwere der depressiven Erkrankung konnten keine signifikanten Korrelationen gezeigt werden. Dies spricht gegen den „state“-Charakter und für den „trait“-Charakter der Hypofrontalität bei einer depressiven Erkrankung. Die bezüglich der Verhaltensdaten gerechneten Varianzanalysen zeigten eine deutliche Schwierigkeitsabstufung zwischen den drei Bedingungen (OWM>VWM>KON). Der fehlende Interaktionseffekt Gruppe x Bedingung, also eine höhere Reaktionszeit der Patienten während allen Aufgaben und nicht nur während OWM und VWM deutet auf eine allgemeine Verlangsamung im Sinne einer psychomotorischen Verlangsamung hin und nicht wie erwartet auf ein besonderes Defizit im Bereich kognitiver Funktionen. Interaktionseffekte bei den bildgebenden Daten bei gleichzeitig fehlenden Interaktionsnachweisen bei den Verhaltensdaten deuten an, dass die funktionellen Daten unabhängig von den Verhaltensdaten interpretiert werden können. Ein kognitives Defizit für beide Komponenten des visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisses bei Patienten mit einer depressiven Erkrankung zeigt sich in unserer Untersuchung also weniger über die Verhaltensdaten als vielmehr über die verminderte Hirnaktivierung während OWM und VWM. Im Gruppenvergleich konnte in den ROI-Analysen für OWM und VWM wie erwartet ein spezieller Arbeitsgedächtniseffekt gezeigt werden, also eine höhere Aktivierung der Kontrollgruppe speziell für die Arbeitsgedächtnisaufgaben. Es wurde also insgesamt in unserer Untersuchung eine präfrontale Hypoaktivierung bei Patienten mit einer depressiven Erkrankung festgestellt. / Patients suffering from depression typically show an impairment of cognitive functions, especially concerning the executive functions. The pre-frontal cortex was determined to be the neuroanatomical correlate of the executive functions. In previous imaging examinations of patients suffering from depression, a hypofrontality was demonstrated. By using different neuropsychological tests, cognitive deficits, especially for the visual-spatial working memory, could be demonstrated. The DLPFC could be shown to be the neuroanatomical correlate of the working memory. The previous combined examinations of patients suffering from depression had, however, failed to show consistent results. The focus of our examination therefore was to detect the pattern of brain activation of patients with a unipolar depression and healthy controls during a visual-spatial (VWM) and visual-object (OWM) working memory task by using Near-infrared Spectroscopy. Significant correlations concerning the connnection between brain activation and the severity of the depressive disease could not be demonstrated. This favors the “trait”-character rather than the “state”-character of the hypofrontality of a depressive disease. The analyses of variance of the behavioral data showed a clear grading of the difficulties among the three conditions (OWM>VWM>KON). The missing effect of interaction group x condition, meaning higher reaction times of the patients during all tasks and not just during OWM and VWM, implies a general slowing down in terms of a psychomotoric slowing down and not – different from what we had expected- a special deficit in the area of the cognitive functions. The effects of interaction of the imaging data combined with the missing effects of the behavioral data imply that the functional data can be interpreted independently from the behavioral data. In our examination, the cognitive deficit for both components of the visual-spatial working memory of patients with a unipolar disease can be demonstrated to a lesser degree through the behavioral data than through the attenuated brain activation during OWM and VWM. As we expected, in the comparison of the groups a special effect for working memory could be demonstrated in the ROI-analyses for OWM and VWM, meaning a higher activation of the control group, especially for the working memory tasks. Therefore, in general, our examination demonstrated a prefrontal hypoactivation of patients suffering from a depressive disease.

Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) endophenotypes as a link between phenotype and genotype were the focus of the present work. Candidate endophenotypes were investigated via neuropsychological tasks during the simultaneous recording of a 21-channel electroencephalogram. Since endophenotypes are assumed to more closely reflect genetic variation, the influence of ADHD-associated genes Catechol-O-methyl transferase (COMT), the dopamine transporter (DAT, SLC6A3) and Latrophilin-3 (LPHN3) was analysed. Response inhibition was assessed with a cued Continuous Performance Test, for working memory we used an n-back task, sensory gating was measured via the paired clicks paradigm and response time variability (RTV) was quantified by the standard deviation of reaction times. The sample comprised medicated (N=36) and unmedicated (N=42) ADHD patients and matched control children and adolescents (N=41). The electrophysiological correlate of response inhibition was the centroid location during response execution and inhibition, and the degree of anteriorization (NGA). Sensory gating reflects the attenuation of the P50 response to the second of two auditory stimuli presented in short succession. Working memory was examined during target and non-target trials, reflecting specific information processing stages: early sensory processing (P100 and N100), selection of material (P150), memory retrieval (N300), event categorization (P300) and updating of working memory content (P450). Performance was quantified in terms of omission errors reflecting inattention and false alarms reflecting impulsivity, as well as speed and variability of reactions. Unmedicated ADHD patients had more omission errors and more variable reaction times, pointing to difficulties with attention and state regulation. NGA did not prove an optimal endophenotype candidate, since it was not yet developed in approximately half of the examined children and adolescents. It was independent of diagnosis; however ADHD risk alleles for DAT conferred lower NGA as well as more variable reaction times across groups. DAT genotype interacted with diagnosis on the level of centroid location, however, it did not manifest in performance deficits. In the case of sensory gating, homozygosity for the DAT allele associated with ADHD (10R) conferred impairment. ADHD was only relevant in participants without genetic risk, where patients without medication struggled most with suppression. In the working memory task, DAT modulated the timing of material selection in interaction with cognitive load and diagnosis: under high load unmedicated patients showed delayed responses, while under low load risk carriers on medication had faster responses than controls. Early processing and event-categorization were stronger in unmedicated ADHD with risk genotype, but dampened without risk. An interesting trend emerged for LPHN3, where carrying all risk variants was associated with higher NGA in ADHD patients irrespective of medication. This warrants further study, as the haplotype also exerts a positive influence on sensory gating specifically in patients. At the same time within the genetic risk group, unmedicated patients had the weakest NGA. However, the LPHN3 risk haplotype effected more posterior Go centroids, putatively facilitating response execution, which is supported by a higher number of false alarms. When inhibition was required, the risk variants led to more posterior centroids in unmedicated compared to medicated patients as well as controls, speaking to differences in inhibition-related brain activation. While as expected the risk haplotype led to compromised gating in unmedicated ADHD, this was reversed in healthy controls where the haplotype was acting in a protective manner with enhanced filtering. During working memory operations, the risk haplotype showed stronger N300 responses suggesting investment of more resources. While COMT did not exert an influence on NGA directly, carriers of the risk allele (met) had more posterior centroids both during response execution and inhibition, and displayed more variable responses in addition to being more prone to false alarms. Unmedicated patients produced smaller P300 during successful execution of responses than controls in absence of the risk allele, while with risk they had shorter latencies and presumably tend towards premature reactions. Additionally, it brought out impairments in sensory gating, thus making unmedicated patients less able to filter out irrelevant information, while they were able to compensate with the protective genotype. The influence of COMT on sensory gating seems to be specific for ADHD, as this gene was of no consequence in healthy controls. In the working memory task, met was beneficial for updating as reflected by P450 amplitude. In ADHD irrespective of medication COMT did not change P450 strength, but for controls this effect was observed. / Endophänotypen als Bindeglied zwischen Phänotyp und Genotyp des Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndroms (ADHS) besitzen großes Potential als diagnostische Marker. Im Fokus der vorliegenden Arbeit standen Antworthemmung, Arbeitsgedächtnis, Reaktionszeitvariabilität (RTV) und sensorisches Gating als Kandidaten-Endophänotypen, sowie die Untersuchung des Einflusses genetischer Varianten in den ADHS-assoziierten Genen COMT, DAT und LPHN3. Die Stichprobe im Kindes- und Jugendalter bestehend aus medizierten (N=36) und unmedizierten (N=42) ADHS-Patienten sowie gesunden Kontrollen (N=41) wurde neuropsychologisch untersucht bei simultaner Ableitung eines 21-Kanal-EEGs. Die NoGo-Anteriorisierung (NGA) als elektrophysiologisches Korrelat der Antworthemmung basiert auf der Lage der Feldschwerpunkte (Zentroide) der P300 in Antwortausführungs- (Go) und Inhibitionstrials (NoGo). Sensorisches Gating beschreibt die Unterbindung der Reizweiterleitung bei schneller Reizfolge zur Prävention kortikaler Überstimulation, was sich in einer gedämpften P50-Amplitude zeigt. Um sowohl frühe als auch späte Aspekte des arbeitsgedächtnisbezogenen Informationsverarbeitungsprozesses zu erfassen, wurden ereigniskorrelierte Komponenten korrespondieren mit früher sensorischer Verarbeitung (P100 und N100), Materialselektion (P150), Abruf von Gedächtnisinhalten (N300), Ereigniskategorisierung (P300) und Aktualisierung der Arbeitsgedächtnisinhalten (P450) analysiert. Auslassungsfehler dienten als Indikator für Aufmerksamkeitdefizite, Falschalarme als Indikator für Impulsivität. Unmedizierte ADHD-Patienten zeigten neben variableren Reaktionszeiten mehr Auslassungsfehler, was Hinweise auf Defizite in Aufmerksamkeit und Zustandsregulation gibt. Die NGA erwies sich als beschränkt geeigneter Endophänotyp, da viele Probanden im eingeschlossenen Altersspektrum keine NGA aufwiesen. Die NGA war bei Trägern der DAT-Risikovariante (10R) schwächer ausgeprägt. Nur in Anwesenheit eines protektiven 9R-Allels korrespondierte Stimulanzienmedikation mit einer Anteriorisierung beider Zentroide. Während homozygote 10R-Träger Beeinträchtigungen im sensorischen Gating zeigten, kam ohne genetisches Risiko die Diagnose zum Tragen, da hier die Gruppe mit unmedizierten ADHS die größten Defizite aufwies. Während der Arbeitsgedächtnisaufgabe modulierte DAT die Materialauswahl in Interaktion mit kognitivem Load: unter hohem Load zeigten Patienten ohne Medikation genotypunabhängig verzögerte Reaktionen, während bei niedrigem Load medizierte Patienten mit Risikogenotyp die kürzesten Latenzen aufwiesen. Während bei unmediziertem ADHD der DAT-Risikogenotyp mit höheren P150-Amplituden und somit verstärkter Ressourcenallokation zur Materialselektion korrespondierte, zeigte diese Gruppe bei Vorhandensein eines 9R-Allels gedämpfte P100-Amplituden im Vergleich zu medizierten Patienten und Kontrollen, was auf abnorme frühe sensorischen Verarbeitung hinweist. Zuletzt bedeutete der DAT-Risikogenotyp für unmediziertes ADHS höhere P300-Amplituden, während diese Gruppe mit dem protektiven Genotyp die schwächsten P300-Reaktionen (Ereigniskategorisierung) zeigten. Ein interessanter Trend zeigte sich für den LPHN3-Risikohaplotyp, der bei ADHS medikationsunabhängig mit besserer NGA assoziiert war. Auf Zentroidebene zeigten Risikohaplotypträger mehr posterior gelegene Go-Zentroide, was die Reaktionsausführung begünstigt und sich in einer höheren Anzahl an Falschalarmen niederschlägt. Bei erforderlicher Inhibition ging der Risikohaplotyp bei unmedizierten Patienten mit mehr posterioren Zentroiden als in den Vergleichsgruppen einher, was für Unterschiede in inhibitionsspezifischer Gehirnaktivität spricht. In Bezug auf sensorisches Gating erzeugte der LPHN3-Haplotyp gegenläufige Effekte in Patienten und Kontrollen. Während der Risikohaplotyp in der unmedizierten ADHS-Gruppe erwartungsgemäß mit schwächerem Gating assoziiert war, wirkte er in Kontrollen und medizierten Patienten protektiv in Form überlegener Filterfähigkeiten. Der Risikohaplotyp zeigte bei Arbeitsgedächtnisaufgaben höhere N300-Amplituden als Indiz für Ressourceninvestition beim Abruf von Gedächtnisinhalten. Während sich die NGA als unabhängig vom COMT-Genotyp erwies, lagen die Zentroide bei Probanden mit Met-Allel weiter posterior, sie zeigten darüber hinaus eine variablere Leistung mit mehr Falschalarmen. Generell bedeutete die mit ADHS assoziierte COMT-Variante eine erhöhte RTV sowie schlechtere Gatingleistung in unmediziertem ADHD, während sie durch das protektive Val-Allele in die Lage versetzte, dieses Defizit ohne Medikation zu kompensieren. Dieser Einfluss von COMT auf sensorisches Gating war spezifisch für ADHS. In Aufgaben, welche das Arbeitsgedächtnis beanspruchen, war die Met-Variante von Vorteil für Aktualisierungsvorgänge (P450), was im Gegensatz zu den Gating-Effekten nur in Kontrollen auftrat.

BD is a severe and highly prevalent psychiatric illness characterized by oscillating mood episodes, where patients express either depressed mood, anhedonia, decreased activation along with concentration difficulties and sleep disturbances, or elevated mood with hyperactivity and loss of inhibitions. Between mood episodes, patients return to a relatively normal state of functioning without mood symptoms. Previous research on underlying neuronal mechanisms has led to a model of neuronal dysfunction in BD which states that BD arises from disruption in early development within brain networks that modulate emotional behavior. These abnormalities in the structure and function of key emotional control networks then lead to decreased connectivity among ventral prefrontal networks and limbic brain regions. This in turn creates a loss of emotional homeostasis, putting bipolar patients at risk for developing extreme mood states and switching among mood states. Two core components for BD have been identified, a hyperactive emotion processing system and a hypoactive cognitive functions system. It is controversial whether these deficits are still detectable in euthymia, so it is unclear if hyper- and hypoactivations represent state or trait-like characteristics. The aim of this study was to research both core components of BD with a paradigm eliciting differential activations in both cognitive and emotion processing networks. For this, an emotional word working memory paradigm was constructed to test for differences between manic, depressive, and remitted patients as well as a healthy control group. Differences were assessed in behavior, brain activation (as a correlate for the hypoactive cognitive functions system), measured with near-infrared spectroscopy (fNIRS), and electrophysiological changes in the late positive potential (as a correlate for the hyperactive emotion processing system), an event-related potential (ERP) measured with electroencephalography. 47 patients in the acutely ill phase and 45 healthy controls were measured. Of the 47 patients, 18 returned to the clinic for a second testing while in remission for at least 3 months. Acutely ill patients were classified into 4 groups according to their disorder status: a mildly depressed group, a depressed group, a manic group, and a mixed group along DSM-IV criteria. Analyses were calculated for 3 load conditions (1-back, 2-back and 3-back) and 3 valence conditions (negative, neutral, positive) for behavioral measures reaction time and omission errors, for brain activation and event related potential changes. Results indicate that ill patients differed from controls in their behavioral performance, but the difference in performance was modulated by the mood state they were in. Depressed patients showed the most severe differences in all behavioral measures, while manic and mixed patients differed from controls only upon different valence conditions. Brain activation changes were most pronounced in mildly depressed and manic patients, depressed patients and mixed patients did not differ as much from controls. ERP changes showed a significant difference only between mixed patients and controls, where mixed patients had an overall much higher ERP amplitude. When remitted patients were compared to controls, no differences in behavior, brain activation or ERP amplitude could be found. However, the same was true for differences in patients between acutely ill and remitted state. When looking at the overall data, the following conclusion can be drawn: assuming that the brain activation seen in the prefrontal cortex is part of the dorsal cognitive system, then this is the predominantly disturbed system in depressed patients who show only small changes in the ERP. In contrast, the predominantly disturbed system in manic and mixed patients is the ventral emotion processing system, which can be seen in a hyper-activation of ERP related neural correlates in mixed and hypo-activated neural correlates of the LPP in manic patients. When patients are remitted, the cognitive system regains temporary stability, and can be compared to that of healthy controls, while the emotion processing system remains dysfunctional and underlies still detectable performance deficits. / Die bipolare Störung ist eine schwere und hochprävalente psychiatrische Erkrankung, welche gekennzeichnet ist durch oszillierende Stimmungsepisoden, in denen Patienten entweder unter Anhedonie leiden, über Aktivitätsverlust und Konzentrationsstörungen klagen und Schlafstörungen haben, oder in deutlich aufgehellter Stimmung sind, hyperaktiv werden und soziale Hemmungen verlieren. Zwischen diesen Stimmungs-extremen durchlaufen die Patienten Phasen mit Stimmungsnormalisierung, oft ohne weitere schwere kognitive Defizite. Bisherige Studien über die zugrundeliegenden neuronalen Mechanismen haben ein Model hervorgebracht, welches von einer Störung der frühen Entwicklung in Hirnregionen, die emotionales Verhalten regulieren, ausgeht. Diese Anomalitäten in Struktur und Funktion von Kernkomponenten der Emotionskontrolle führen dann zu einem Verlust der Konnektivität in ventralen präfrontalen und limbischen Netzwerken. Dieser Verlust wiederum verursacht einen Verlust an emotionaler Homöostase, welches die Patienten dem Risiko aussetzt, extreme Stimmungsschwankungen zu erfahren. Zwei Kernkomponenten der bipolaren Störung wurden aufgrund dieses Modells definiert: ein hyperaktives Emotionsverarbeitungssystem, und ein hypoaktives kognitives Funktionssystem. Es ist bis jetzt nicht klar, in welcher Art und Weise diese emotionalen und kognitiven Dysfunktionen auch im euthymen Zustand weiterbestehen. Das Ziel dieser Studie war es, die beiden Kernkomponenten der Dysfunktion in der bipolaren Störung mit einem Paradigma zu untersuchen, welche beide Komponenten erfasst. Es wurde dazu ein emotionales Arbeitsgedächtnis Paradigma entwickelt, um Unterschiede zwischen akut kranken Patienten, gesunden Kontrollen und denselben Patienten im remittierten Zustand zu erfassen. Die Unterschiede sollten als Unterschiede der Reaktionszeit und Auslassungsfehler im Verhalten erfasst werden, ebenso als Unterschiede der Hirnaktivierung, gemessen mit funktionaler Nah-Infrarot Spektroskopie, und als Unterschiede in einem neurophysiologischen Korrelat, des „Late Positive Potential“ (LPP) betrachtet werden. 47 Patienten wurden rekrutiert, und eingeteilt nach dem Pol ihrer aktuellen Stimmungsepisode in schwer depressive Patienten, Patienten mit einer mittleren Depression, manische Patienten und Patienten im Mischzustand. Von den 47 akut kranken Patienten konnten 18 im remittierten Zustand wiederum gemessen werden. Anschließend wurden Gruppenunterschiede in 3 kognitiven Variablen (1-back, 2-back und 3-back) und 3 emotionalen Variablen (positiv, neutral, negativ) für Verhalten, Hirnaktivierung und Amplitudenänderung in der LPP berechnet. Die Ergebnisse zeigen dass akut kranke Patienten sich in ihrem Verhalten von Kontrollen unterscheiden, jedoch wurden diese Unterschiede von der Art der aktuellen Stimmungsepisode moduliert. Schwer depressive Patienten zeigten die deutlichsten Unterschiede, während manische Patienten und Patienten im Mischzustand nur in den emotionalen Variablen Unterschiede zeigten. Die Hirnaktivierungsunterschiede waren am deutlichsten zwischen Patienten mit einer mittelschweren Depression und manischen Patienten, bei schwer depressiven Patienten und Patienten im Mischzustand waren diese Unterschiede deutlich schwächer ausgeprägt. Die LPP Analysen zeigten deutliche Unterschiede nur zwischen Patienten mit Mischbild und Kontrollen, die Patienten hatten hierbei eine deutlich erhöhte LPP Amplitude. Die Untersuchung der Unterschiede zwischen remittierten Patienten und Kontrollen ergab keine signifikanten Ergebnisse, ebenso die Analysen der Unterschiede zwischen akut kranken und remittierten Patienten. Alle Ergebnisse zusammengenommen, ergibt sich folgendes Bild: Wenn die Hirnaktivierung als Korrelat eines gestörten kognitiven Systems gesehen werden kann, und die LPP als Korrelat eines gestörten Emotionsverarbeitungssystems, dann könnte für Patienten mit einer mittleren oder schweren Depression das kognitive System das Hauptproblem darstellen, während für manische Patienten und Patienten im Mischzustand das Emotionsverarbeitungssystem das dominante Problem darstellt. Wenn die Patienten dann remittieren, erhält das kognitive System eine vorübergehende Stabilität zurück, das Emotionsverarbeitungssystem jedoch bleibt dysfunktional, und ist verantwortlich für die bestehenden emotionalen und kognitiven Defizite.

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Bei Kindern mit Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) konnten Defizite in der Leistung des Arbeitsgedächtnisses nachgewiesen werden. In zahlreichen funktionell bildgebenden Studien zeigte sich außerdem ein mit dem Arbeitsgedächtnis assoziierter Unterschied in der präfrontalen Aktivierung im Vergleich zu Gesunden. Bisher wurde jedoch noch nicht näher analysiert, ob diese Defizite von der Komponente (visuell-räumliches (SWM) oder visuell-bildliches Arbeitsgedächtnis (OWM)) oder dem Prozess des Arbeitsgedächtnisses (untergeordnete Speichersysteme oder zentrale Exekutive) abhängig sind. Diese Arbeit ist die erste, die mit der funktionellen Nah-Infrarot Spektroskopie (fNIRS) das Arbeitsgedächtnis bei Kindern mit ADHS untersucht. Dabei war das Hauptziel zum einen die Replikation von Gruppenunterschieden in Verhalten und präfrontaler Aktivierung und zum anderen die Gewinnung näherer Informationen über die differentielle Ausprägung der präfrontalen Defizite bei ADHS. Die Stichprobe bestand aus 19 Kindern mit ADHS vom kombinierten Typ (DSM-IV) und 19 Kontrollkindern, die vergleichbar waren nach Alter (8-15 Jahre), Geschlecht, Händigkeit und Intelligenz. Das von uns gewählte Paradigma differenzierte zwischen Aufgaben zum OWM und SWM, innerhalb derer wiederum zwei prozessabhängige Phasen (Speicherung und Abgleich) unterschieden wurden, und enthielt zusätzlich eine Kontrollaufgabe (CON). Die präfrontale Aktivierung wurde mittels fNIRS über die Konzentrationsänderungen der Chromophoren oxygeniertes Hämoglobin (O2Hb) und deoxygeniertes Hämoglobin (HHb) bestimmt. Es zeigte sich ein signifikant unterschiedliches Verhalten abhängig von der Bedingung (CON > SWM > OWM). Eine typische präfrontale Aktivierung des Arbeitsgedächtnisses mit der höchsten Aktivierung im dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) beschränkte sich auf die Abgleichphase. Weder in Hinblick auf das Verhalten noch auf die präfrontale Aktivierung konnten signifikante Gruppenunterschiede nachgewiesen werden. Für das Nichtauftreten von Gruppenunterschieden können verschiedene mögliche Gründe angeführt werden. Unter anderem legten explorative Analysen nahe, dass Kinder mit ADHS und gesunde Kinder unterschiedlichen Reifungsprozessen unterliegen. Auch scheint die chronische Einnahme der ADHS-Standardmedikation einen Einfluss auf die Hirnaktivität zu nehmen. Die Diskussion unserer Ergebnisse stellt zusammen mit der Offenlegung von Kritikpunkten an unserer sowie an vorhergehenden Studien einen wichtigen Ansatzpunkt zur Versuchsoptimierung in zukünftigen Arbeiten dar. Darüber hinaus ist weitere Forschung nötig, um detailliertere Kenntnisse über den Einfluss von Alter, Reifungsprozessen, chronischer MPH-Medikation, ADHS-Subtypen und dem Aufgabendesign zu erlangen. / It has been reported that children with attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) have deficits in working-memory on a behavioural level. In addition numerous functional brain imaging studies have revealed a difference in prefrontal activation associated with working memory in comparison to healthy controls. So far it is unknown whether the prefrontal deficits depend on the components (object (OWM) and spatial visual working memory (SWM)) or processes (storage/rehearsal and central executive) of working memory. This study is the first to investigate working memory in children with ADHD by functional near-infrared spectroscopy. The main objectives were to replicate group differences in performance and prefrontal activation as well as to gain further information on the characteristic of prefrontal deficits in ADHD. The sample consisted of 19 children with ADHD combined type and 19 controls matched for age (8-15 years), sex, handedness, and intelligence. The working memory task included OWM and SWM and a control task. It was distinguished between two phases: storage- and matching phase. Prefrontal brain activity was measured by concentration changes of oxygenated and deoxygenated haemoglobin. Working memory performance was found to differ significantly for conditions. A typical prefrontal activation of working memory with highest amount in the dorsolateral region was detected only during the matching phase. No differences between groups were found in terms of performance and prefrontal activations. Different reasons were discussed. Explorative analyses indicate that there might be differences in the process of maturation between children with ADHD and controls. Moreover it appears that long-term medication with methylphenidate has an influence on brain activity. By considering the present data and reviewing the existing imaging literature on working memory in ADHD suggestions were given on how to optimize the design of experiment in the future. Further research is necessary to gain detailed knowledge about the influence of age, process of maturation, long-term medication and ADHD subtypes.

In dieser Arbeit wird in mehreren Experimenten untersucht, wie gut junge und alte Erwachsene Sätze mit unterschiedlich komplexer syntaktischer Struktur verstehen können. Zentrales Thema dabei sind die Schwierigkeiten, die ältere Erwachsene mit der Objekt-vor-Subjekt-Wortstellung haben. Untersucht wird, inwiefern diese beobachteten Altersunterschiede durch eine reduzierte verbale Arbeitsgedächtniskapazität der älteren Erwachsenen erklärt werden können. Dabei stellt sich die Frage, ob die Defizite ein generelles verbales Arbeitsgedächtnis betreffen oder ob es ein eigenes Verarbeitungs-system für syntaktische Informationen gibt, dessen Kapazität mit dem Alter abnimmt. Es wurde versucht, die postulierte reduzierte Arbeitsgedächtniskapazität der älteren Erwachsenen an jungen Erwachsenen zu simulieren, indem deren Arbeitsgedächtniska-pazität durch eine Zusatzaufgabe künstlich eingeschränkt wurde. Weiterhin wurden die Altersunterschiede bei syntaktisch komplexen zentraleingebetteten Relativsätzen mit denen bei syntaktisch einfacheren koordinierten Hauptsätzen verglichen. Um die Studienteilnehmer mit den seltenen objektinitialen Strukturen zu konfrontieren und ihre Erfahrung mit solchen Sätzen zu verändern, wurden schließlich sowohl junge als auch alte Erwachsene mit Sätzen mit Objekt-vor-Subjekt-Wortstellung trainiert. / In this paper several experiments about age differences in comprehension of sentences with different syntactical structure are reported. The main focus is on the difficulties old adults experience when a sentence starts with an object. Can the age differences be explained by differences in working memory capacity? Have old adults less working memory capacity, or does there exist a separate working memory for syntactic information which declines with age? In an age simulation, young adults working memory capacity was reduced by an additional digit load. Age differences in comprehension of syntactical complex sentences were compared with age differences in sentences with less complex syntactical structure. To change their experience with the rare object initial word order participants were trained with object initial sentences.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Frage, inwieweit die neuronale Verarbeitung visueller Stimuli durch Prozesse der Aufmerksamkeit und des Arbeitsgedächtnisses moduliert werden kann. Darüber hinaus wurde untersucht, welche „top down“ Prozesse diese Modulation steuern. Dabei wurden zwei konkurrierende Ansichten als mögliche Erklärungsmodelle zugrunde gelegt und überprüft. Zum einen wäre es möglich, dass selektive Aufmerksamkeit zwei qualitativ unterschiedliche Mechanismen beinhaltet. Demnach würde neben dem Fokussieren auf relevante Informationen auch ein aktiver Prozess der Inhibition der Verarbeitung irrelevanter Stimuli existieren. Zum anderen ist es aber auch denkbar, dass aufgrund begrenzter Verarbeitungsressourcen das Fokussieren auf relevante Reize automatisch mit dem Nichtbeachten irrelevanter Stimuli einhergeht und nur ein Mechanismus existiert. In einem ersten Experiment wurde vorab die Alertness als ein grundlegender Prozess der Aufmerksamkeit mit der Nah-Infrarot Spektroskopie (NIRS) untersucht. Mittels eines zweigestuften Studiendesigns wurden in einem ersten Schritt für die Alertness relevante Regionen über fronto-temporalen Hirnarealen definiert. Als relevant erwiesen sich Areale des mittleren und superioren temporalen Kortex der rechten Hemisphäre und der ventrale Teil des inferioren frontalen Kortex der linken Hemisphäre. In einer zweiten Datenerhebung konnte für diese Regionen eine signifikant höhere Aktivierung während der Alertnessbedingung im Vergleich zu einer visuellen und motorischen Kontrollbedingung gefunden werden. Mit dem zweiten Experiment sollten bestehende, mit dem Elektroenzephalogramm (EEG) erhobene, Befunde zur Modulation der neuronalen Verarbeitung visueller Stimuli repliziert werden. Dies geschah mithilfe eines neu entwickelten Untersuchungsparadigmas, einer modifizierten n-back Aufgabe. Wie erwartet fand sich eine erhöhte Verarbeitung aufgaben-relevanter Reize im Vergleich zu einer perzeptuellen Kontrollbedingung. Die Verarbeitung irrelevanter Reize wurde allerdings nicht unterdrückt. Explorativ fand sich ein entsprechendes Korrelat der Aufmerksamkeitslenkung über frontalen Elektroden. In einem dritten Experiment wurde das modifizierte n-back Paradigma an die Anforderungen einer NIRS Messung angepasst, um frontale Effekte der Aufmerksamkeitslenkung direkter erfassen zu können als mit dem EEG. Wie erwartet fand sich bezüglich des Beachtens wie auch des Ignorierens von Stimuli eine Beteiligung frontaler Strukturen. Auf beachtete Stimuli folgte eine bilaterale Aktivierung des dorsolateralen präfrontalen Kortex (DL-PFK) und eine Aktivierung des linken inferioren frontalen Kortex bis hin zum prä- und postzentralen Kortex. Das Ignorieren visueller Stimuli führte zu einer weitläufigen Aktivierung des rechten präfrontalen Kortex (PFK). Eine Beteiligung des linken inferioren frontalen Gyrus an der Interferenzkontrolle konnte nicht wie erwartet nachgewiesen werden. Der Vergleich der beiden Aktivierungsmuster ergab keine signifikanten Unterschiede. Die zugrunde liegenden Prozesse des Arbeitsgedächtnisses und der Interferenzkontrolle führten also zu einer Aktivierung stark überlappender Hirnregionen. Nachdem die Ergebnisse der Experimente 2 und 3 keinerlei Hinweise auf einen aktiven Prozess der Interferenzinhibition nachweisen konnten, wurde im Experiment 4 die bisher genutzte 1-back Aufgabe durch eine schwierigere 2-back Aufgabe ersetzt. Aufgrund der erhöhten Auslastung des Arbeitsgedächtnisses sollte eine stärkere Anstrengung und damit eine verstärkte frontale Aktivierung bei der Interferenzinhibition auftreten. Diese Hypothese wurde mit einer frontalen NIRS Messung überprüft (Experiment 4a). Wie erwartet führte die erhöhte Auslastung des Arbeitsgedächtnisses zu einer verstärkten Aktivierung des PFK bezüglich beachteter Reize. Hinsichtlich ignorierter Reize fand sich allerdings keine frontale Beteiligung. Parallel erhobene EEG Daten zeigten keinen Unterschied zwischen der Verarbeitung beachteter und ignorierter Gesichter. Die Verarbeitung passiv betrachteter Gesichter war im Gegensatz zu beachteten und ignorierten Gesichtern vermindert. Im zweiten Teil der Studie (Experiment 4b) wurden erstmals die okzipitalen Effekte der Aufmerksamkeitslenkung mit der NIRS erfasst. Im Einklang mit den Ergebnissen der ersten EEG Studie (Experiment 2) fand sich zwar eine verstärkte Verarbeitung beachteter, aber keine verminderte Verarbeitung ignorierter Reize. Zusammengenommen sprechen die fehlende aktive Inhibition von Distraktorreizen im okzipitalen Kortex und die vergleichbaren neuronalen Korrelate von Prozessen des Arbeitsgedächtnisses und der Interferenzinhibition im frontalen Kortex für die Hypothese einer Aufteilung von begrenzten Verarbeitungsressourcen zugunsten beachteter Reize. / The aim of the present work was to investigate, to what extend the neural processing of visual stimuli could be modulated by processes of attention and working memory and which top down processes control this modulation. Two competing explanatory models were proved in the present work. On the one hand it is possible that selective attention comprise two qualitatively different mechanisms, the focussing on relevant information and the active inhibition of irrelevant stimuli. On the other hand it is possible that the limited processing capacities lead to an automatic disregard of irrelevant stimuli when focussing on relevant information. According to this, there would be only one mechanism. In a first experiment alertness was investigated with near-infrared spectroscopy (NIRS) as a basic process of attention. In a two step design relevant areas for alertness over the fronto-temporal cortex were defined first. Alertness related activity was found in the middle and superior temporal cortex of the right hemisphere and in the ventral part of the inferior frontal cortex of the left hemisphere. The analyses of a second measurement for these specific regions revealed a significantly increased activation for alertness in contrast to a visual and a motor control condition. The aim of a second experiment was to replicate existing electroencephalographic (EEG) results of the modulation of the neural processing of visual stimuli with a new developed paradigm, a modified version of the n-back task. As expected there was a higher processing of relevant stimuli in comparison to a perceptual control condition. The processing of irrelevant stimuli was not suppressed. Explorative, there was an analogue result of the modulation of attention over frontal electrodes. In a third experiment the modified n-back paradigm was adjusted to the standards of NIRS measurements to capture frontal effects of attentional modulation more immediate than with EEG. As expected both attended and ignored stimuli were associated with activation of frontal structures. Relevant stimuli were linked with a bilateral activation of the dorsolateral prefrontal cortex (DL-PFC) and activation from the left inferior frontal cortex to the pre- and postcentral cortex. Irrelevant stimuli were linked with a distributed activation of the right PFC. An involvement of the left frontal gyrus could not be verified. The comparison of the two activation patterns revealed no significant difference, the basic processes of working memory and interference control led to an activation of highly overlapping brain regions. The results of the experiments 2 and 3 revealed no evidence of an active process of interference control. Therefore, the 1-back task was replaced by a more difficult 2-back task in experiment 4. Due to the higher working memory load, there should be a stronger effort and therefore a stronger frontal activation during interference inhibition. This hypothesis was proved with a frontal NIRS measurement (experiment 4a). As expected, the higher working memory load led to a stronger activation of the PFC in respect of the relevant stimuli. Concerning irrelevant stimuli, there was no frontal activation. EEG data that were collected simultaneously showed no difference between the processing of attended and ignored faces. In comparison to that the processing of passively viewed faces was decreased. The second part of this study examined occipital effects of attentional modulation with NIRS for the first time. In line with the results of the first EEG study (experiment 2) there was an enhanced processing of relevant, but no decreased processing of ignored stimuli. In sum, the absent active inhibition of distractors in the occipital cortex and the similar neural correlates of processes of working memory and interference inhibition in the frontal cortex argue for the hypothesis of one uniform mechanism of focussing attention without an active and independent mechanism of interference inhibition.