Die Validierung und Etablierung einer zuverlässigen Methode zur Erfassung der Narkosetiefe bleibt bis heute, speziell in der Kinderanästhesie, problematisch. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Erstellung einer deskriptiven Verlaufsanalyse akustisch evozierter Potentiale mittlerer Latenz (MLAEP‘s) im Kindesalter. Unter Allgemeinanästhesie wurde mit Hilfe des AEPex-Monitors die Validität, Reagibilität und Korrelation der MLAEP‘s im Vergleich zu den beiden wichtigen hämodynamischen Parametern Herzfrequenz und mittlerer arterieller Blutdruck untersucht. Ein besonderer Schwerpunkt hierbei lag auf der Untersuchung der Praktikabilität des eingesetzten AEP-Monitorings. Dazu wurden 56 Kinder, davon 29 unter total intravenöser Anästhesie und 27 unter balancierter Anästhesie in die Studie eingeschlossen. Die Steuerung der Narkosetiefe erfolgte nach rein klinischen Kriterien. Nachträglich wurden die zu analysierenden Patienten in 3 verschiedene Altersgruppen (2-<4, 4-<10 und 10-<17 Lebensjahr) unterteilt und auf Auffälligkeiten hin untersucht. Die Anwendung des AEPex-Monitors war unkompliziert und ohne größeren personellen oder zeitlichen Aufwand in den Anästhesiearbeitsplatz zu integrieren. Während unter inhalativer Anästhesie zum Teil eine Zunahme der Amplituden Na/Pa und Pa/Nb bei der visuellen Inspektion des Signals beobachtet wurde, waren die Ergebnisse unter total intravenöser Anästhesie denen Erwachsener vergleichbar. Sowohl die Veränderungen des Blutdruckes als auch des AEPex waren ein- bis eineinhalb Minuten nach Applikation eines Propofolbolus als zuverlässiges Korrelat für eine Veränderung im Sedierungslevel darstellbar. Zusätzlich konnte in dieser Studie gezeigt werden, dass akustisch evozierte Potentiale mittlerer Latenz mit dem mittleren arteriellen Blutdruck, aber nicht mit der Herzfrequenz, unter intraoperativ hämodynamisch stabilen Bedingungen korrelieren (HI: rs(xy•z) = 0,583; p = 0,003). Jüngere Kinder (2-<4 LJ.) zeigten entweder tendenziell oder signifikant höhere Werte. Nach der Integration altersspezifischer Besonderheiten in der Weiterentwicklung prozessierter AEP-Parameter und der Überwindung gerätespezifischer Unzulänglichkeiten scheint auch im Kindesalter eine Hypnosetiefenbestimmung möglich.

Einleitung: Die Untersuchung des regionalen zerebralen Glucosestoffwechsels mittels [18F]-2-Fluor-2-desoxy-D-glucose Positronen-Emissions-Tomographie ([18F]FDG-PET) ist ein etabliertes Verfahren der molekularen Bildgebung in der Diagnostik kognitiver und affektiver Störungen. Zwischen verschiedenen Untersuchungen kann es zu intra- und interindividuellen Unterschieden im Vigilanzniveau kommen. Das Ziel dieser ersten Machbarkeitsstudie war die Untersuchung des Zusammenhangs von aktuellem Vigilanzniveau und regionalem Glucosestoffwechsel während der [18F]FDG-PET. Methoden: 14 ältere Patientinnen und Patienten mit depressiver Episode oder leichter kognitiver Beeinträchtigung (MCI, mild cognitive impairment) wurden mit simultaner Elektroenzephalographie und [18F]FDG-PET unter Ruhebedingungen untersucht. Der Zusammenhang von Vigilanzniveau und regionalem Glucosestoffwechsel wurde mittels voxelweiser einfacher linearer Regression analysiert. Ergebnisse: Der Hauptbefund war eine Zunahme des regionalen zerebralen Glucosestoffwechsels mit abnehmendem Vigilanzniveau während der [18F]FDG-PET-Untersuchung in räumlich ausgedehnten frontalen und temporalen Kortizes. Diskussion: Vigilanzbezogene Veränderungen des Glucosestoffwechsels finden sich in vergleichbaren Hirnregionen und Effektstärken wie Veränderungen des Glucosestoffwechsels bei Patientinnen und Patienten mit depressiver Störung oder MCI gegenüber Gesunden. Der Einfluss des Vigilanzniveaus auf den Glucosestoffwechsel während der [18F]FDG-PET-Untersuchung sollte in kontrollierten Studien gesunder Personen validiert werden.

A natural auditory scene contains many sound sources each of which produces complex sounds. These sounds overlap and reach our ears at the same time, but they also change constantly. To still be able to follow the sound source of interest, the auditory system must decide where each individual tone belongs to and integrate this information over time. For well-controlled investigations on the mechanisms behind this challenging task, sound sources need to be simulated in the lab. This is mostly done with sine tones arranged in certain spectrotemporal patterns. The vast majority of studies simply interleave two sub-sequences of sine tones. Participants report how they perceive these sequences or they perform a task whose performance measure allows hints on how the scene was perceived. While many important insights have been gained with this procedure, the questions that can be addressed with it are limited and the commonly used response methods are partly susceptible to distortions or only indirect measures. The present thesis enlarged the complexity of the tone sequences and the diversity of perceptual measures used for investigations on auditory scene analysis. These changes are intended to open up new questions and give new perspectives on our knowledge about auditory scene analysis. In detail, the thesis established three-tone sequences as a tool for specific investigations on the perceptual foreground and background processing in complex auditory scenes. In addition, it modifies an already established approach for indirect measures of auditory perception in a way that enables detailed and univocal investigations on background processing. Finally, a new response method, namely a no-report method for auditory perception that might also serve as a method to validate subjective report measures, was developed. This new methodological approach uses eye movements as a measurement tool for auditory perception. With the aid of all these methodological improvements, the current thesis shows that auditory foreground formation is actually more complex than previously assumed since listeners hold more than one auditory source in the foreground without being forced to do so. In addition, it shows that the auditory system prefers a limited number of specific source configurations probably to avoid combinatorial explosion. Finally, the thesis indicates that the formation of the perceptual background is also quite complex since the auditory system holds perceptual organization alternatives in parallel that were basically assumed to be mutually exclusive. Thus, both the foreground and the background follow different rules than expected based on two-tone sequences. However, one finding seems to be true for both kinds of sequences: the impact of the tone pattern on the subjective perception is marginal, be it in two- or three-tone sequences. Regarding the no-report method for auditory perception, the thesis shows that eye movements and the reported auditory foreground formations were in good agreement and it seems like this approach indeed has the potential to become a first no-report measure for auditory perception.:Abstract 3 Acknowledgments 5 List of Figures 8 List of Tables 9 Collaborations 11 1 General Introduction 13 1.1 The auditory foreground 13 1.1.1 Attention and auditory scene analysis 13 1.1.2 Investigating auditory scene analysis with two-tone sequences 16 1.1.3 Multistability 18 1.2 The auditory background 21 1.2.1 Investigating auditory background processing 22 1.3 Measures of auditory perception 23 1.3.1 Report procedures 23 1.3.2 Performance-based measures 26 1.3.3 Psychophysiological measures 27 1.4 Summary and goals of the thesis 30 2 The auditory foreground 33 2.1 Study 1: Foreground formation in three-tone sequences 33 2.1.1 Abstract 33 2.1.2 Introduction 33 2.1.3 Methods 37 2.1.4 Results 43 2.1.5 Discussion 48 2.2 Study 2: Pattern effects in three-tone sequences 53 2.2.1 Abstract 53 2.2.2 Methods 53 2.2.3 Results 54 2.2.4 Discussion 58 2.3 Study 3: Pattern effects in two-tone sequences 59 2.3.1 Abstract 59 2.3.2 Introduction 59 2.3.3 General Methods 63 2.3.4 Experiment 1 – Methods and Results 65 2.3.5 Experiment 2 – Methods and Results 67 2.3.6 Experiment 3 – Methods and Results 70 2.3.7 Discussion 72 3 The auditory background 74 3.1 Study 4: Background formation in three-tone sequences 74 3.1.1 Abstract 74 3.1.2 Introduction 74 3.1.3 Methods 77 3.1.4 Results 82 3.1.5 Discussion 86 4 Audio-visual coupling for investigations on auditory perception 90 4.1 Study 5: Using Binocular Rivalry to tag auditory perception 90 4.1.1 Abstract 90 4.1.2 Introduction 90 4.1.3 Methods 92 4.1.4 Results 100 4.1.5 Discussion 108 5 General Discussion 113 5.1 Short review of the findings 113 5.2 The auditory foreground 114 5.2.1 Auditory foreground formation and attention theories 114 5.2.2 The role of tone pattern in foreground formation 116 5.2.3 Methodological considerations and continuation 117 5.3 The auditory background 118 5.3.1 Auditory object formation without attention 120 5.3.2 Multistability without attention 121 5.3.3 Methodological considerations and continuation 122 5.4 Auditory scene analysis by audio-visual coupling 124 5.4.1 Methodological considerations and continuation 124 5.5 Artificial listening situations and conclusions on natural hearing 126 6 Conclusions 128 References 130

Befunde zu Einflüssen genetischer Variation auf Temperamentsunterschiede und die Entwicklung psychiatrischer Störungen haben in den letzten Jahren bedeutende Beiträge zum eingehenderen Verständnis neurobiologischer Grundlagen von Verhaltensunterschieden geleistet. Eine der am eingehendsten untersuchten genetischen Variationen ist ein Polymorphismus des Dopamin-D4-Rezeptor-Gens (DRD4 Exon III). Nichtsdestoweniger ist seine funktionelle und verhaltenswirksame Rolle bisher weitgehend unklar: Zwar wurden bestimmte Varianten des Polymorphismus mit einer höheren Ausprägung in der Temperamentsdimension Novelty Seeking in Verbindung gebracht, Nachfolgeuntersuchungen erbrachten jedoch inkonsistente Resultate. Angesichts der methodischen und demografischen Heterogenität der einzelnen Studien war es das Anliegen zweier erster Studien der Dissertation, die Ursprungsbefunde möglichst exakt zu replizieren. Während in einer Voruntersuchung bei 136 Studierenden signifikant höhere Werte in Novelty Seeking bei Vorliegen des DRD4 Exon III 7-Repeat-Allels bzw. des 4/7-Genotyps festgestellt wurde, ergaben sich in Studie I, in der 276 Personen der selben Population mit der selben Methodik untersucht wurden, keinerlei Effekte des Polymorphismus. Auch anhand von Meta-Analysen ist gegenwärtig davon auszugehen, dass derzeit keine ausreichende empirische Grundlage für einen Haupteffekt von DRD4 Exon III auf Novelty Seeking vorliegt. Allerdings stellt ein einzelner Polymorphismus nur einen von vielen endogenen und exogenen Einflussfaktoren auf Temperamentsunterschiede dar, und inzwischen liegen auch Befunde zu Interaktionseffekten von DRD4 Exon III mit weiteren Polymorphismen vor. Derartigen Interaktionen wurde in Studie II nachgegangen, bei der für die Stichprobe aus Studie I zusätzlich zwei weitere genetische Polymorphismen genotypisiert wurden, die direkt oder indirekt die Dopamin-Funktion beeinflussen (COMT, 5-HTTLPR). In Studie II konnten die Ergebnisse einer vorhergehenden Arbeit repliziert werden, die einen Effekt des DRD4 Exon III 7-Repeat-Allels nur für bestimmte Genotyp-Gruppierungen der anderen beiden Polymorphismen zeigte. Zudem kann anhand der Befunde eine Abhängigkeit des Effektes von DRD4 Exon III von tonischen Dopamin-Niveaus vermutet werden. Ein neuerer Ansatz für die Aufklärung der funktionellen Rolle genetischer Variation geht davon aus, dass die relativ geringen Effekte von Polymorphismen auf endophänotypischer Ebene, also der Ebene etwa psychophysiologischer Maße wie dem EEG, möglicherweise besser erfassbar sind als auf Fragebogen-Ebene. Daher wurde in Studie III der Einfluss des DRD4 Exon III Polymorphismus auf einen Endophänotyp der Responsivität gegenüber Neuheit unter Berücksichtigung tonischer Dopamin-Niveaus untersucht. Als ein plausibler solcher Endophänotyp wurde die Novelty P3 des akustisch evozierten Potenzials im EEG in einer Stichprobe von 72 Personen im Hinblick auf ihre Modulation durch DRD4 Exon III untersucht. Tonische Dopamin-Niveaus wurden über die spontane Lidschlagrate als einem indirekten Indikator der Dopamin-Aktivität erhoben. Es zeigten sich keine Haupteffekte von DRD4 Exon III oder Lidschlagrate auf die akustisch evozierte Novelty P3. Es fand sich hingegen eine signifikante Interaktion der beiden Faktoren: Unter den Personen mit niedriger Lidschlagrate (=niedrigen tonischen Dopamin-Niveaus) zeigten Personen mit dem DRD4 Exon III 4/7-Genotyp eine signifikant höhere Novelty P3 in Antwort auf abweichende Reize als Personen mit dem 4/4-Genotyp. Dieses Ergebnis legt nahe, dass der Effekt von DRD4 Exon III auf die Verarbeitung abweichender Information von tonischen Dopamin-Niveaus abhängig ist. Insgesamt eröffnen die Resultate der Dissertation auch weiter gehende Erklärungsmöglichkeiten für Befunde etwa zu einer Assoziation von DRD4 Exon III mit Aufmerksamkeitsdefizit/Hyperaktivitätsstörung sowie für Zusammenhänge zwischen kognitiven, motivationalen und temperamentsmäßigen Verhaltenstendenzen.

Befunde zu Einflüssen genetischer Variation auf Temperamentsunterschiede und die Entwicklung psychiatrischer Störungen haben in den letzten Jahren bedeutende Beiträge zum eingehenderen Verständnis neurobiologischer Grundlagen von Verhaltensunterschieden geleistet. Eine der am eingehendsten untersuchten genetischen Variationen ist ein Polymorphismus des Dopamin-D4-Rezeptor-Gens (DRD4 Exon III). Nichtsdestoweniger ist seine funktionelle und verhaltenswirksame Rolle bisher weitgehend unklar: Zwar wurden bestimmte Varianten des Polymorphismus mit einer höheren Ausprägung in der Temperamentsdimension Novelty Seeking in Verbindung gebracht, Nachfolgeuntersuchungen erbrachten jedoch inkonsistente Resultate. Angesichts der methodischen und demografischen Heterogenität der einzelnen Studien war es das Anliegen zweier erster Studien der Dissertation, die Ursprungsbefunde möglichst exakt zu replizieren. Während in einer Voruntersuchung bei 136 Studierenden signifikant höhere Werte in Novelty Seeking bei Vorliegen des DRD4 Exon III 7-Repeat-Allels bzw. des 4/7-Genotyps festgestellt wurde, ergaben sich in Studie I, in der 276 Personen der selben Population mit der selben Methodik untersucht wurden, keinerlei Effekte des Polymorphismus. Auch anhand von Meta-Analysen ist gegenwärtig davon auszugehen, dass derzeit keine ausreichende empirische Grundlage für einen Haupteffekt von DRD4 Exon III auf Novelty Seeking vorliegt. Allerdings stellt ein einzelner Polymorphismus nur einen von vielen endogenen und exogenen Einflussfaktoren auf Temperamentsunterschiede dar, und inzwischen liegen auch Befunde zu Interaktionseffekten von DRD4 Exon III mit weiteren Polymorphismen vor. Derartigen Interaktionen wurde in Studie II nachgegangen, bei der für die Stichprobe aus Studie I zusätzlich zwei weitere genetische Polymorphismen genotypisiert wurden, die direkt oder indirekt die Dopamin-Funktion beeinflussen (COMT, 5-HTTLPR). In Studie II konnten die Ergebnisse einer vorhergehenden Arbeit repliziert werden, die einen Effekt des DRD4 Exon III 7-Repeat-Allels nur für bestimmte Genotyp-Gruppierungen der anderen beiden Polymorphismen zeigte. Zudem kann anhand der Befunde eine Abhängigkeit des Effektes von DRD4 Exon III von tonischen Dopamin-Niveaus vermutet werden. Ein neuerer Ansatz für die Aufklärung der funktionellen Rolle genetischer Variation geht davon aus, dass die relativ geringen Effekte von Polymorphismen auf endophänotypischer Ebene, also der Ebene etwa psychophysiologischer Maße wie dem EEG, möglicherweise besser erfassbar sind als auf Fragebogen-Ebene. Daher wurde in Studie III der Einfluss des DRD4 Exon III Polymorphismus auf einen Endophänotyp der Responsivität gegenüber Neuheit unter Berücksichtigung tonischer Dopamin-Niveaus untersucht. Als ein plausibler solcher Endophänotyp wurde die Novelty P3 des akustisch evozierten Potenzials im EEG in einer Stichprobe von 72 Personen im Hinblick auf ihre Modulation durch DRD4 Exon III untersucht. Tonische Dopamin-Niveaus wurden über die spontane Lidschlagrate als einem indirekten Indikator der Dopamin-Aktivität erhoben. Es zeigten sich keine Haupteffekte von DRD4 Exon III oder Lidschlagrate auf die akustisch evozierte Novelty P3. Es fand sich hingegen eine signifikante Interaktion der beiden Faktoren: Unter den Personen mit niedriger Lidschlagrate (=niedrigen tonischen Dopamin-Niveaus) zeigten Personen mit dem DRD4 Exon III 4/7-Genotyp eine signifikant höhere Novelty P3 in Antwort auf abweichende Reize als Personen mit dem 4/4-Genotyp. Dieses Ergebnis legt nahe, dass der Effekt von DRD4 Exon III auf die Verarbeitung abweichender Information von tonischen Dopamin-Niveaus abhängig ist. Insgesamt eröffnen die Resultate der Dissertation auch weiter gehende Erklärungsmöglichkeiten für Befunde etwa zu einer Assoziation von DRD4 Exon III mit Aufmerksamkeitsdefizit/Hyperaktivitätsstörung sowie für Zusammenhänge zwischen kognitiven, motivationalen und temperamentsmäßigen Verhaltenstendenzen.