Die Kombination von Eyetracking und fMRI in den Neurowissenschaften ist eine relativ neue Methode, die einerseits eine technische Herauforderung darstellt, andererseits neue Möglichkeiten des Zugangs zu neuronalen Prozessen darbietet. In der vorliegenden Arbeit wurden durch Kombination beider Methoden Prozesse der neuronalen und visuellen Verarbeitung von Emotionen untersucht. Zunächst wurde die Rolle von verschiedenen Gehirnregionen innerhalb des emotionalen Netzwerks sowie die Frage nach der Lateralität der emotionalen Verarbeitung untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die neuronale Antwort in den unterschiedlichen Regionen in erster Linie die Anforderungen an die jeweilige funktionelle Einheit spiegelt. Im Rahmen der Untersuchungen von visueller Verarbeitung wurden die einzelnen spezifischen Blickbewegungsmuster für Emotionen Angst, Ekel und Freude erstmals charakterisiert. Es wurden auch Habituationseffekte auf die beschriebenen Blickbewegungsmuster untersucht. Die gemeinsame Analyse beider Datensätze zeigte, dass zwischen visuellen und neuronalen Prozessen eine enge qualitative Interaktion besteht. Es wurde ein Zusammenhang zwischen der Betrachtungsdauer und der tiefe der Verarbeitung nachgewiesen.

Echo-planar Imaging (EPI) erzeugt durch schnell wechselnde Gradienten beträchtliche Schallemissionen. Dies führt nachgewiesenermaßen bei funktionellen Magnet-Resonanz-Tomographie- (fMRT-) Studien zu einer Aktivierung des auditiven Systems, insofern dieses beim jeweiligen Probanden in der Lage ist zu reagieren. Sowohl für auditive wie auch für nicht-auditive Untersuchungen wurden verschiedenste Anstrengungen unternommen, diese Interferenzen zu minimieren. Anstatt den Lärm des Scanners zu reduzieren oder die Transmission des Schalls zu behindern, war es nun das Ziel, eben diesen Schall zur Aktivierung des auditiven Kortex zu benutzen und diese mit fMRT-Untersuchungen nachzuweisen. Dieses geschieht schlicht durch das Auslassen von Read-Outs aus der Gradientenfolge der Pulssequenz. Diese Pulse sind die Hauptemissionsquellen von Schall des EPI, sie verursachen sowohl den Spitzenschallpegel als auch die Grundfrequenz, welche im umgekehrten Verhältnis zum Echo-Spacing steht. Durch eine Modell-gestützte Analyse wird gezeigt, dass das Auslassen von Read-Outs nach einem vordefinierten Schema verlässlich dazu geeignet ist, eine hämodynamische Blood-Oxygenation-Level-Dependent- (BOLD-) Signalveränderung im auditiven Kortex von normal hörenden Probanden (n=60) zu evozieren. Um den Nutzen der Technik beim auditiven fMRI zu zeigen, werden auf der Ebene der Einzelanalysen das traditionelle Family-Wise-Error-Rate- (FWER-) korrigierte Maximum Height Thresholding mit dem Spatial Mixture Modelling (SMM) verglichen. Mit Letzterem können so in 95 % der Fälle eine adäquate, bilaterale, auditive Aktivierung nachwiesen werden, wohingegen das FWER-basierte Voxel-Thresholding nur in 72 % aller Probanden eine solche Aktivierung zeigt. Um die klinische Anwendbarkeit der Technik unter pathologischen Bedingungen zu demonstrieren, wird ein Fallbericht einer Patientin vorgestellt, die an einem schweren, beidseitigen Sensorineural Hearing Loss (SNHL) aufgrund bilateraler Large Vestibular Aqueducts (LVAs) leidet. Dabei wird eben diese Modifikation benutzt, um präoperativ vor Cochlear Implantation (CI) zu zeigen, dass ein zentrales Resthörvermögen vorhanden ist. Da die Untersuchung völlig unabhängig von der Compliance des Patienten und kein zusätzliches Zubehör zum Scanner vonnöten sind, eignet sie sich hervorragend zu auditiven Untersuchungen, um so schnell das Hörvermögen zu prüfen. Dabei funktioniert die Methode unabhängig von äußerlichen Bedingungen: Bei hörgesunden Probanden ebenso wie bei Hörgeschädigten, bei Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen aller Altersstufen sowie unabhängig von einer Sedierung während der Untersuchung. Beide benutzten Scanner zeigten unabhängig vom Gradienten oder der verwendeten Spule ein gleiches Ergebnis. / Echo-planar Imaging (EPI) induces considerable sound emissions by steep gradient pulses. This leads evidentially to an activation of the auditory system, as much it is able to response in that particular subject. For auditory as well as non-auditory investigations, various efforts have been undertaken to minimize those interferences. Instead of reducing the scanner noise or cumbering its transmission, the goal was now to utilize it to activate the auditory cortex and detect it later on by functional magnetic resonance imaging (fMRI). This was achieved by simply omitting read-outs from the gradient train of an EPI pulse sequence. Those pulses are the primary noise determinant in EPI, they induce both the peak sound level and the fundamental frequency peak, which relates inversely to the echo spacing. By hypothesis-driven analyses it is demonstrated that withholding read-out gradients in a defined scheme reliably evokes hemodynamic Blood Oxygenation Level Dependent (BOLD) signal modulations in the auditory cortex of normal hearing subjects (n=60). To show the value of this new method, the first level analyses of the single subjects with the traditional Family-Wise-Error-Rate (FWER-) corrected Maximum Height Thresholding are compared with Spatial Mixture Modelling (SMM). This way in 95 % of all subjects an appropriate, bilateral auditory activation was detected with SMM, whereas the FWER-based Voxel-Thresholding revealed such activation in only 72 %. To show the clinical practicability of the new technique under pathological conditions the case report of a patient with severe, binaural Sensoneurinal Hearing Loss (SNHL) due to bilateral Large Vestibular Aqueducts (LVA) is presented. Thereby this modification is used to confirm residual audition prior to cochlear implantation (CI). As the investigation is totally independent of the patient's compliance and no additional equipment other than the scanner is necessary, it is suited well as a quick testing for central audition. At the same time the approach is absolutely independent from other conditions: It works with normal hearing subjects as well as with hearing impaired patients; with children, adolescents as well as adults of all age brackets and regardless of sedation during the test. Both scanners, that were used, showed independent from the gradient or the coil the same results.

This thesis gives an overview on how to estimate changes in functional brain networks using graph theoretical measures. It explains the assessment and definition of functional brain networks derived from fMRI data. More explicitly, this thesis provides examples and newly developed methods on the measurement and visualization of changes due to pathology, external electrical stimulation or ongoing internal thought processes. These changes can occur on long as well as on short time scales and might be a key to understanding brain pathologies and their development. Furthermore, this thesis describes new methods to investigate and visualize these changes on both time scales and provides a more complete picture of the brain as a dynamic and constantly changing network.

HINTERGRUND: Gefühle zu kontrollieren ist wichtig für ein erfolgreiches Agieren im täglichen Leben. Eine der häufigsten psychischen Störungen sind Angststörungen, bei denen fehlende Kontrolle der Emotionen vorliegt. Drei unterschiedliche Studientypen haben sich mit der Regulation negativer Emotionen auseinandergesetzt. Mittels Furchtextinktion, Placebobehandlung und willentlicher Emotionsregulation ist es möglich negative Emotionen zu reduzieren. ZIEL: Das Ziel war es, die Ergebnisse publizierter hirnbildgebender Studien zu vergleichen um ein mögliches übergreifendes Regulationszentrum über negative Emotionen zu identifizieren. MATERIAL UND METHODEN: Mit Hilfe der activation likelihood estimation (ALE) wurde eine koordinatenbasierte Metaanalyse der Ergebnisse bildgebender Studien gesunder Probanden der Jahre 2000 bis 2010 durchgeführt um Gehirnaktivierungen und- deaktivierungen bei Reduktion negativer Emotionen zu identifzieren. ERGEBNISSE: Es zeigten sich Gehirnaktivierungen im ventromedialen präfrontralem Kortex (VMPFC) in allen drei domänspezifischen ALE-Metaanalysen, begleitet von einer Amygdaladeaktivierung. In den Placebo- und Emotionsregulationsstudien wurden zudem Gehirnaktivierungen im anterioren Gyrus cinguli und der anterioren Inselrinde beobachtet. FAZIT: Der VMPFC scheint als Regulationszentrum über negative Emotionen eine entscheidende Rolle während der Emotionskontrolle einzunehmen und die Amygdala als Teil des limbischen Systems zu deaktivieren. Zudem scheinen zusätzliche Gehirnregionen bei anspruchsvolleren Formen der Emotionsregulation eine Rolle zu spielen.

Die Kombination von Eyetracking und fMRI in den Neurowissenschaften ist eine relativ neue Methode, die einerseits eine technische Herauforderung darstellt, andererseits neue Möglichkeiten des Zugangs zu neuronalen Prozessen darbietet. In der vorliegenden Arbeit wurden durch Kombination beider Methoden Prozesse der neuronalen und visuellen Verarbeitung von Emotionen untersucht. Zunächst wurde die Rolle von verschiedenen Gehirnregionen innerhalb des emotionalen Netzwerks sowie die Frage nach der Lateralität der emotionalen Verarbeitung untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die neuronale Antwort in den unterschiedlichen Regionen in erster Linie die Anforderungen an die jeweilige funktionelle Einheit spiegelt. Im Rahmen der Untersuchungen von visueller Verarbeitung wurden die einzelnen spezifischen Blickbewegungsmuster für Emotionen Angst, Ekel und Freude erstmals charakterisiert. Es wurden auch Habituationseffekte auf die beschriebenen Blickbewegungsmuster untersucht. Die gemeinsame Analyse beider Datensätze zeigte, dass zwischen visuellen und neuronalen Prozessen eine enge qualitative Interaktion besteht. Es wurde ein Zusammenhang zwischen der Betrachtungsdauer und der tiefe der Verarbeitung nachgewiesen.

Die Grundlage der modernen funktionellen Bildgebung des Gehirns mit der BOLD-fMRT ist die neurovaskuläre Kopplung. Sie ist in ihren Mechanismen wenig verstanden und führt zu einem komplexen Zusammenspiel von Blutfluß, Blutvolumen und Oxygenierung. Die Aufklärung der Blutflußantwort mit ihren Auswirkungen auf die Meßsignale ist für eine genaue Interpretation des BOLD-Signals kritisch. Zudem stellt sich seit einigen Jahren die Frage, ob es bei funktioneller Aktivierung aufgrund eines vermehrten neuronalen Sauerstoffverbrauchs zu einer frühen Deoxygenierung kommt. Diese könnte sich als initialer BOLD-Abfall für eine hochauflösende Bildgebung eignen. Ein Vergleich von optischen Methoden und funktioneller Magnetresonanztomographie am gleichen Stimulationsmodell kann diesen Fragen nachgehen. Wir haben die kortikale Blutflußantwort auf somatosensorische Stimulation der Ratte mit den optischen Methoden Optical Imaging und Imaging Spectroscopy sowie mit BOLD-fMRT und blutvolumengewichteter MION-fMRT gemessen. Bei der Stimulation eines einzelnen Whisker-Haares grenzte sich die entsprechende kortikale Kolumne über eine optische Abschwächung ab. Spektroskopisch zeigte sich, daß diesem Signal eine initiale Blutvolumenzunahme zugrundeliegt. Eine Lambert-Beer-Analyse, die die differentiellen Pfadlängen des Lichtes im streuenden Gewebe vernachlässigt, konnte die gemessenen Spektren nicht linear anpassen. Mit einer Annäherung errechnete sie einen artifiziellen Anstieg des Deoxy-Hb in der frühen Antwort. Die quantifizierte Lambert-Beer-Analyse unter Einschluß der differentiellen Pfadlängen konnte die gemessenen Spektren linear anpassen. Im berechneten Konzentrationsverlauf stieg Oxy-Hb zum Stimulationsbeginn an, Deoxy-Hb blieb zunächst auf dem Ruhewert und fiel dann ab. Diese Verzögerung lag im Bereich der kapillären Transitzeit. Die spektroskopisch gemessene frühe Antwort fand sich auch in der Messung der Antwort auf Vorderpfotenstimulation. Zum Vergleich wurden fMRT-Messungen an diesem Stimulationsmodell herangezogen. Die MION-fMRT erfaßte einen initialen Anstieg des plasmatischen Blutvolumens (pCBV), das BOLD-Signal delta-R2* eine verzögerte Hyperoxygenierung. Die Hyperoxygenierung im weiteren Verlauf der Blutflußantwort zeigte in Imaging Spectroscopy und fMRT einen linearen Zusammenhang mit der Dauer der Stimulation. Dabei korrelierte die delta-R2* stark mit der spektroskopisch gemessenen Deoxy-Hb-Konzentration. Auch die Antwort auf das Stimulationsende stellte sich als von der Stimulationsdauer abhängig heraus und wurde als vaskuläres Speicherphänomen interpretiert. BOLD und Deoxy-Hb zeigten beide eine Hypooxygenierung nach dem Stimulationsende. pCBV und das spektroskopisch gemessene korpuskuläre Blutvolumen, cCBV, verhielten sich nach dem Stimulationsende spiegelbildlich. Die pCBV-Zunahme bildete sich nur allmählich zurück, während das cCBV steil unter seinen Ruhewert abfiel. Im Laufe der Messung nahm das cCBV wieder zu und erreichte seinen Ruhewert zeitgleich mit dem pCBV. Eine vermehrte Volumenspeicherung als Folge venöser Streßrelaxation und eine Verschiebung des Hämatokrits aufgrund des Fahraeus-Lindquist-Effekts werden als Grund für diese Veränderungen in Betracht gezogen. Die experimentellen Daten belegen, daß optische und magnetresonanztomographische Methoden korrespondierende Signale von Oxygenierung und Blutvolumen messen. Eine frühe Deoxygenierung wurde nicht gemessen. Allerdings zeigte sich die frühe Komponente der Blutvolumenzunahme an die initiale Kapillarnetzfüllung einer kortikalen Kolumne gebunden. Ihre Detektion mit der fMRT bietet eine Perspektive auf dem Weg zu einer hochauflösenden funktionellen Bildgebung des Gehirns. / Neurovascular coupling forms the basis of modern functional brain imaging with BOLD-fMRI. Its mechanisms are poorly understood as it leads to a complex interaction of blood flow, blood volume and oxygenation. The investigation of the blood flow response with its influences on measured signals is critical for the exact interpretation of the BOLD-Signal. In addition to that, the question on whether or not an increase in oxygen consumption during functional activation leads to an early deoxygenation is not resolved yet. This early deoxygenation could cause an initial BOLD decrease suitable for high resolution imaging. A comparison of optical methods and functional magnetic resonance imaging on the same stimulation model can help to answer these questions. We have measured the cortical blood flow response on somatosensory stimulation of the rat with the optical methods Optical Imaging and Imaging Spectroscopy and with BOLD-fMRI and blood volume weighted MION-fMRI. During stimulation of a single whisker vibrissa the corresponding cortical column delineated itself as an area of increased optical attenuation. A spectroscopical analysis showed an initial blood volume increase responsible for this signal. A Lambert-Beer-Analysis that ignored the differential pathlength of light in scattering tissue could not fit the measured spectra. The result of its closest approximation showed an artificial increase of deoxy-Hb during the early response. The quantified Lambert-Beer-Analysis with inclusion of differential pathlengths succeeded in fitting the measured spectra. The calculated concentration time course showed an increase of oxy-Hb at stimulus onset with deoxy-Hb staying at baseline values and then decreasing. This delay was as long as the capillary mean transit time. The spectroscopically measured early response was also found when measuring the response to forepaw stimulation. For comparison, fMRI measurements on this stimulation model were done. MION-fMRI detected an early increase of plasmatic blood volume (pCBV), the BOLD-Signal delta-R2* a delayed hyperoxygenation. The time course of the hyperoxygenation during the blood flow response showed a linear relationship with the stimulus duration in Imaging Spectroscopy and fMRI. The delta-R2* correlated strongly with spectroscopically measured concentration changes of deoxy-Hb. In addition to that, the response on the stimulus offset was dependent on the stimulus duration. It was interpreted as a vascular storage phenomenon. Both BOLD and deoxy-Hb showed a hypooxygenation after stimulus offset. pCBV and the spectroscopically measured corpuscular blood volume, cCBV, showed mirroring signals after stimulus offset. While pCBV returned to baseline values gradually, cCBV fell below baseline values immediately. During the further measurement cCBV increased and returned to baseline values at the same time as pCBV. To explain this, an increased volume storage due to venous stress relaxation and a hematocrit shift due to the Fahraeus-Lindquist effect are taken into consideration. The experimental data proves that optical and fMRI methods measure corresponding signals of oxygenation and blood volume. An early deoxygenation was not seen. However, the early component of the blood volume increase seems to be restricted to the initial filling of the capillary net supplying a cortical column. Its detection with fMRI offers a perspective on the way to high resolution functional imaging of the brain.

Intentionale Kontrolle ist ein fundamentaler Aspekt menschlichen Verhaltens. Jedoch gibt es bei der neuronalen Basis solcher Kontrollprozesse noch immer viele offene Fragen. Bis heute bleibt beispielsweise umstritten wie das frontoparietale Intentions-Netzwerk organisiert ist. Weiterhin üben motivationale Prozesse einen großen Einfluss auf intentionale Kontrollprozesse aus. In früheren Studien wurden motivationale und intentionale Kontrollprozesse jedoch oft als unabhängige Funktionen verstanden und untersucht. Diese Dissertation untersucht die neuronalen Grundlagen intentionaler Kontrolle, vor allem auf den Einfluss zweier motivationaler Variablen (Aufgabenschwierigkeit, monetäre Belohnungen) und die funktionelle Organisation des Kontrollnetzwerkes fokussierend. Experiment 1 untersuchte Effekte motivationaler Prozesse auf volitionales Verhalten sowie die neuronale Grundlage dieser Effekte. Experiment 2 untersuchte welche Hirnregionen Verhalten mit seinen Konsequenzen assoziiert. Dies ist eine zentrale Funktion, möchte man die positiven Konsequenzen eigenen Verhaltens maximieren. Experiment 3 untersuchte direkt die Repräsentationen frei gewählter und extern determinierter Intentionen und somit auch die funktionale Architektur des intentionalen Kontrollnetzwerkes. Die Ergebnisse aller drei Studien betonen die Wichtigkeit des anterioren zingulären Kortex, dorsomedialen Präfrontalkortex und des parietalen Kortex für die Vermittlung motivationaler Effekte auf intentionale Kontrolle. Weiterhin deuten die Ergebnisse darauf hin, dass das frontoparietale Kontrollnetzwerk sowohl für die Kontrolle frei gewählten als auch extern determinierten Verhaltens wichtig ist. Diese Ergebnisse stellen einen wichtigen Beitrag für aktuelle Debatten über die neuronale Grundlage intentionalen Verhaltens dar, und erweitern aktuelle Theorien über motivationale und intentionale Kontrolle. / Freely choosing one’s own course of action is a fundamental aspect of human behavior. Yet, despite its importance, there remain many open questions about the neural basis underlying intentional control of action. On the one hand, the functional organization of the fronto-parietal brain network associated with intentional control remains a debated topic. On the other hand, motivational processes evidently affect intentional control, as we often choose actions which promise desirable outcomes. Despite this, previous research largely treated intentional and motivational control as two independent functions. This thesis aims at shedding light on the neural basis of intentional control, focusing on the effects of two motivational variables on intentional control processes (effort, monetary rewards), as well as the functional organization of the intentional control network. Experiment 1 investigated the effect of motivational processes on voluntary behavior and its neural basis. Experiment 2 assessed which brain regions associate behaviors with their outcomes, an important piece of information for choosing actions which lead the most desirable outcomes. Experiment 3 directly contrasted the representations of freely chosen and externally cued intentions, in this way investigating the functional organization of the intentional control network. Overall, results from those three experiments highlight the role of the dorsal anterior cingulate, dorso-medial prefrontal, and parietal cortex in mediating motivational effects on intentional control. They further suggest that the fronto-parietal intentional control network likely has a role in both controlling behavior that is freely chosen and externally cued. These results inform debates on the neural basis of intentional control and extend some recent theories of motivational and intentional control functions. They provide a promising starting point for a systematic investigation of the neural basis of intentional control.

Seit etwa zwei Jahrzehnten stellt die kognitive und neuronale Verarbeitung von Nomen und Verben einen bedeutsamen Forschungsschwerpunkt im Bereich der Neurolinguistik und Neuropsychologie dar. Intensive Forschungsbemühungen der letzten Jahre erbrachten eine Reihe von Ergebnissen, die jedoch überwiegend inkonsistent und widersprüchlich sind. Eine häufig vertretene Annahme im Bezug auf die neuronale Basis der Nomen und Verb Verarbeitung ist die so genannte anterior-posterior Dissoziation. Demnach werden Nomen in temporalen und Verben in frontalen Regionen der sprachdominanten, linken Hemisphäre verarbeitet. Die vorliegende Dissertation untersucht mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie, welche kortikalen Regionen in den Abruf von Nomen und Verben beim stillen Bildbennen involviert sind. Ferner wird der Einfluss des Faktors age-of-acquisition (Erwerbsalter) auf die Hirnaktivierung beim Bildbenennen überprüft. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass der Abruf von Nomen und Verben ähnliche kortikale Aktivierungen in bilateral okzipitalen sowie links frontalen, temporalen und inferior parietalen Regionen hervorruft, wobei für Verben stärkere Aktivierungen in links frontalen und bilateral temporalen Arealen beobachtet wurden. Dieses Ergebnis widerspricht der Annahme einer anterior-posterior Dissoziation. Die beobachteten Aktivierungsmuster unterstützen dagegen die Auffassung, dass ein gemeinsames Netzwerk bestehend aus anterioren und posterioren Komponenten für die Verarbeitung von Nomen und Verben beim Bildbenennen verantwortlich ist. Die Studie ergab ferner, dass kortikale Aktivierungen beim Bildbenennen durch das Erwerbsalter moduliert werden. Dabei zeigten sich Aktivierungen für später erworbene Wörter im linken inferioren Frontallappen und im basal temporalen Sprachareal. Die Ergebnisse werden diskutiert und interpretiert vor dem Hintergrund aktueller kognitiver und neuroanatomischer Modelle der Sprachverarbeitung. / The cognitive and neuronal mechanisms underlying the retrieval of nouns and verbs are a complex issue, which has attracted the interest of neurolinguists and cognitive neuroscientists during the last two decades. Unfortunately, the results emerged from previous studies are often contradictory. A frequent claim in neurolinguistic literature is the anterior-posterior dichotomy of the noun and verb retrieval. Within this framework nouns are associated with left temporal brain areas whereas verbs rely on structures in the left frontal lobe. This thesis investigates the brain areas which are involved in silent naming of German noun and verb pictures by means of event related fMRI. In addition the influence of age-of-acquisition on brain activity during picture naming was examined. Noun and verb retrieval revealed a similar pattern of bilateral occipital, left frontal, temporal and inferior parietal cortical activation, albeit verb naming resulted in stronger activation in left frontal and bilateral temporal areas. The results do not confirm the anterior-posterior hypothesis. They support rather a similar cortical network for the processing of nouns and verbs in picture naming. Furthermore the results indicated that age-of-acquisition modulates brain activation during silent picture naming. Cortical activation for late learned words was detected in the left inferior frontal cortex and in the left basal temporal language area. The data were discussed and interpreted on the basis of current cognitive and neuroanatomical models of language processing.

Visual attention can be voluntarily focused on a location or automatically attracted by salient features in a visual scene. Studies using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) suggest two networks of visual attention involved in these complementary mechanisms: a dorsal frontoparietal network and a ventral frontoparietal network of visuospatial attention respectively. However, most studies so far have applied non‐natural schematic stimuli. The present study investigates visual attention in images of natural environmental scenes. Adopting previously used eye‐tracker paradigms, we study the influence of task instruction and luminance contrast modifications in pictures on both eye movements and neural activity using Eye‐Tracking and functional Magnetic Resonance Imaging simultaneously. We expect increased top‐down control of attention in a search task compared to a free viewing condition visible in enhanced neural activation in the intraparietal sulcus (IPS) as part of the dorsal frontoparietal network. Strong modifications of luminance contrast should foster bottom‐up processing activating the temporoparietal junction (TPJ) a crucial area in the ventral frontoparietal network of visual attention. Although the obtained eye‐tracking data shows the expected shift of fixations towards locations of increased luminance contrast, we do not find an influence of luminance contrast modifications on neural processing. Comparison of instructions reveals diverse results across participants possibly due to the long presentation duration of stimuli which allowed participant’s attention to wander independently of task instruction. We find bilateral activation in IPS and parahippocampal place area (PPA) as well as bilateral deactivation in the TPJ region independent of task context. This might indicate similar contributions of these areas to free viewing of and search in visual scenes. However, dissociation of target detection and attention during search by deconvolution analysis of data obtained in this study might reveal a more detailed picture of functional involvement of the IPS and TPJ region in processes of visual attention. Remarkably, results show robust activation of the PPA in both tasks, suggesting that the PPA region might not only be activated by houses and open scenes but by narrow scenes (bushes, leaves) of natural outdoor environment as well.

Insbesondere bildgebende Verfahren wie die funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT), haben innerhalb der letzten Jahre verdeutlicht, dass verschiedene Sprachkomponenten in weit verzweigten kortikalen Netzwerken im menschlichen Gehirn repräsentiert sind. Die in dieser Arbeit durchgeführte Studie kombinierte transkranielle Magnetstimulation (TMS) und fMRT mit dem Ziel phonologische und semantische Sprachnetzwerke detaillierter zu charakterisieren. Bisherige Studien identifizierten u. a. den linken Gyrus supramarginalis (SMG) und posterioren Anteil des Gyrus frontalis inferior (pIFG) als Kernregionen der phonologischen Entscheidungsaufgabe. Semantische Entscheidungsaufgaben wurden dahingegen u. a. mit dem linken Gyrus Angularis (ANG) und dem anterioren Anteil des Gyrus frontalis inferior (aIFG) in Verbindung gebracht. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Laborexperiment an 17 gesunden, rechtshändigen und deutschsprachigen Probanden in zwei Sitzungen durchgeführt. Mithilfe eines hemmenden TMS Protokolls, der „continuous Theta Burst Stimulation“ (cTBS) sollte die kortikale Erregbarkeit über den Stimulationszeitraum hinaus reversibel moduliert werden. Eine neuronavigierte cTBS wurde entweder über dem linken SMG oder dem linken ANG appliziert. Der cTBS folgte, direkt im Anschluss, eine ereigniskorrelierte fMRT Untersuchung, während derer die Probanden auditiv präsentierte semantische und phonologische (Einzel ) Wortentscheidungsaufgaben bearbeiteten. Mit der fMRT sollten Veränderungen kortikaler Aktivierungsmuster durch die konditionierende TMS während der Bearbeitung der Aufgaben abgebildet werden. Die Ergebnisse der Studie tragen zum Verständnis der Wirkungsweise der cTBS über nicht motorischen Kortexarealen bei. Die Stimulation führte zu einer signifikanten Abnahme des „blood oxygenation level dependent“ (BOLD) Kontrasts am Stimulationsort. Weiterhin zeigten die Ergebnisse, dass die cTBS nicht nur am Ort der Stimulation zu einer Änderung der BOLD Kontrasts führt, sondern ein gesamtes Netzwerk spezifisch zu modulieren scheint. Eine cTBS über dem linken SMG führt u. a. zu einer verminderten BOLD Antwort im linken pIFG. Die Stimulation des linken ANG resultierte u. a. in einer erniedrigten BOLD Reaktion des aIFG. Eine Aufgabenspezifität nach Stimulation des SMG bzw. ANG wurde jedoch nicht evident. Dennoch unterstützen die Ergebnisse die Annahme, dass mögliche Verhaltenseffekte nach einer cTBS nicht zwingend auf den Ort der Stimulation zurückgeführt werden können. Weiterhin verdeutlichen die Stimulationseffekte, dass der SMG und der ANG in zwei unterschiedliche Netzwerke eingebunden sind.