In the recent years, translational studies comparing imaging data of animals and humans have gained increasing scientific interests with crucial findings stemming from both, human and animal work. In order to harmonize statistical analyses of data from different species and to optimize the transfer of knowledge between them, shared data acquisition protocols and combined statistical approaches have to be identified. Following this idea, methods of data analysis, which have until now mainly been used to model neural responses of electrophysiological recordings from rodent data, were applied on human hemodynamic responses (i.e. Blood-Oxygen-Level- Dependent BOLD signal) as measured via functional magnetic resonance imaging (fMRI). At the example of two attention and impulsivity networks, timing dynamics and amplitude of the fMRI signal were determined (study 1). Study 2 described the same parameters frequency-specifically, and in study 3, the complexity of neural processing was quantified in terms of fractality. Determined parameters were compared with regard to the subjects’ task performance / impulsivity to validate findings with regard to reports of the current scientific debate. In a general discussion, overlapping as well as additional information of methodological approaches were discussed with regard to its potential for biomarkers in the context of neuropsychiatric disorders. / In den letzten Jahren haben translationale Studien, in denen Befunde von Tieren und Menschen direkt verglichen werden, zunehmend an wissenschaftlichem Interesse gewonnen. Um statistische Analysen von Daten verschiedener Spezies zu harmonisieren und somit den Wissenstransfer zu optimieren, müssen gemeinsame Datenerfassungsprotokolle sowie kombinierte statistische Ansätze identifiziert werden. Diesem Gedanken folgend werden in dieser Arbeit Methoden der Datenanalyse, die bisher hauptsächlich zur Modellierung neuronaler Antworten aus elektrophysiologischer Aufzeichnungen bei Nagetierdaten verwendet wurden, auf hämodynamische Antworten (d.h. Blood-Oxygen-Level-Dependent BOLD-Signal), welche mittels funktionaler Magnetresonanztomo-graphie (fMRT) gemessen werden, im Menschen angewendet. Am Beispiel zweier Aufmerksamkeits- und Impulsivitätsnetzwerke wurden der zeitliche Verlauf und Amplitude des fMRI-Signals bestimmt (Studie 1). In Studie 2 wurden die gleichen Parameter frequenzspezifisch ausgewertet, und in Studie 3 wurde die Komplexität neuronaler Verarbeitung anhand von Fraktalität quantifiziert. Die ermittelten Parameter wurden hinsichtlich der Task Performance / Impulsivität der Probanden verglichen, um die Ergebnisse im Kontext von Befunden aus der aktuellen wissenschaftlichen Debatte zu validieren. In einer allgemeinen Diskussion wurden sowohl überlappende als auch zusätzliche Informationen zu methodischen Ansätzen hinsichtlich ihres Potenzials für Biomarker im Zusammenhang mit neuropsychiatrischen Erkrankungen diskutiert.

In the recent years, translational studies comparing imaging data of animals and humans have gained increasing scientific interests with crucial findings stemming from both, human and animal work. In order to harmonize statistical analyses of data from different species and to optimize the transfer of knowledge between them, shared data acquisition protocols and combined statistical approaches have to be identified. Following this idea, methods of data analysis, which have until now mainly been used to model neural responses of electrophysiological recordings from rodent data, were applied on human hemodynamic responses (i.e. Blood-Oxygen-Level-Dependent BOLD signal) as measured via functional magnetic resonance imaging (fMRI). At the example of two attention and impulsivity networks, timing dynamics and amplitude of the fMRI signal were determined (study 1). Study 2 described the same parameters frequency-specifically, and in study 3, the complexity of neural processing was quantified in terms of fractality. Determined parameters were compared with regard to the subjects’ task performance / impulsivity to validate findings with regard to reports of the current scientific debate. In a general discussion, overlapping as well as additional information of methodological approaches were discussed with regard to its potential for biomarkers in the context of neuropsychiatric disorders. / In den letzten Jahren haben translationale Studien, in denen Befunde von Tieren und Menschen direkt verglichen werden, zunehmend an wissenschaftlichem Interesse gewonnen. Um statistische Analysen von Daten verschiedener Spezies zu harmonisieren und somit den Wissenstransfer zu optimieren, müssen gemeinsame Datenerfassungsprotokolle sowie kombinierte statistische Ansätze identifiziert werden. Diesem Gedanken folgend werden in dieser Arbeit Methoden der Datenanalyse, die bisher hauptsächlich zur Modellierung neuronaler Antworten aus elektrophysiologischer Aufzeichnungen bei Nagetierdaten verwendet wurden, auf hämodynamische Antworten (d.h. Blood-Oxygen-Level-Dependent BOLD-Signal), welche mittels funktionaler Magnetresonanztomo-graphie (fMRT) gemessen werden, im Menschen angewendet. Am Beispiel zweier Aufmerksamkeits- und Impulsivitätsnetzwerke wurden der zeitliche Verlauf und Amplitude des fMRI-Signals bestimmt (Studie 1). In Studie 2 wurden die gleichen Parameter frequenzspezifisch ausgewertet, und in Studie 3 wurde die Komplexität neuronaler Verarbeitung anhand von Fraktalität quantifiziert. Die ermittelten Parameter wurden hinsichtlich der Task Performance / Impulsivität der Probanden verglichen, um die Ergebnisse im Kontext von Befunden aus der aktuellen wissenschaftlichen Debatte zu validieren. In einer allgemeinen Diskussion wurden sowohl überlappende als auch zusätzliche Informationen zu methodischen Ansätzen hinsichtlich ihres Potenzials für Biomarker im Zusammenhang mit neuropsychiatrischen Erkrankungen diskutiert.

Hintergrund: Das Spielen von Computerspielen ist ein viel diskutiertes Thema. Auf der Suche nach Auswirkungen des Spielens lassen sich einige Studien finden, die Veränderungen im Erleben und Verhalten zeigen [6-8]. Bei der Frage nach der Ursache hierfür, müssen Aspekte wie Persönlichkeit, Hirnphysiologie, neuronale Grundlagen und Genetik untersucht und diskutiert werden. Der bekannte Persönlichkeitsforscher J. Alan Gray beschreibt in seiner Reinforcement Sensitivity Theory (RST) drei verschiedene Hirnsysteme, die das Annäherungs- und Vermeidungsverhalten regulieren. Eines dieser Systeme, das Behavioral Inhibition System (BIS) wird ganz besonders häufig beim Spielen von sogenannten Ego-Shooter Spielen aktiviert. Ziel: Ziel der Untersuchung war es, herauszufinden, ob das Spielen dieser Computerspiele einen Trainingseffekt auf neurophysiologische Grundlagen der Persönlichkeit, genauer des BIS nach Gray, hat. Wenn es einen erlernten Effekt gibt, müsste ein signifikanter Unterschied zwischen den BIS scores der Spieler und Nicht-Spieler erkennbar sein. Sollte es keinen signifikanten Unterschied geben, kann es dennoch sein, dass sich das neuronale Substrat (also die physiologische Grundlage) des BIS durch das Training verändert, auch wenn dies dann nicht zu einem anderem Verhalten führt. Methoden: Es wurden die Ergebnisse von jeweils 17 Ego-Shooter-Spielern und Nicht-Spielern aus dem Fragebogen SPSRQ bezüglich Unterschieden in den Mittelwerten der BIS scores mithilfe eines t-Tests miteinander verglichen. Außerdem wurde von allen Probanden fMRT - Datenmaterial gewonnen und zunächst eine zweifaktorielle ANOVA durchgeführt: die Faktoren waren Spieler (Ja/Nein) und BIS score und gemessen wurde die neuronale Aktivität in Amygdala und Hippocampus im resting state. Um den bekannten Störfaktor Genetik miteinzubeziehen, erfolgte anschließend eine dreifaktorielle ANOVA mit der Kovariate TPH2. Für die Bestimmung dieser Kovariate wurde jedem Probanden ein Röhrchen Blut entnommen und eine Genotypisierung durchgeführt. Ergebnisse: Der Vergleich der BIS scores mittels t-Test liefert keinen signifikanten Unterschied zwischen Spielern und Nicht-Spielern. In der zweifaktoriellen Varianzanalyse zeigen sich signifikante Unterschiede und eine unterschiedliche Richtung der Korrelation. Während die Korrelation von neuronaler Aktivität und BIS score bei den Spielern positiv ist, ist sie bei den Nicht-Spielern negativ. Der Unterschied verliert in der dreifaktoriellen ANOVA mit der Kovariate TPH2 seine Signifikanz. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse der Arbeit führen zu der entscheidenden Frage, wie unterschiedliche neuronale Aktivitäten entstehen. Zwei sehr kontroverse Ansätze stehen sich dabei gegenüber: 1. Der Genotyp hat einen Einfluss auf die neuronale Plastizität während der Entwicklung. Die vorliegende Arbeit, wie auch frühere Studien -wie die von Hahn et al. [58] - geben Hinweise darauf, dass der Genotyp diesen Einfluss besitzt. Die Tendenz, die bei der Genotypisierung zu sehen ist, lässt die Spekulation zu, dass Personen mit einem bestimmten Genotyp eher zu Spielern werden, als Personen mit einer anderen Ausprägung. Um diese Frage zu klären, sind Untersuchungen mit einem größeren Stichprobenumfang notwendig. 2. Die Unterschiede sind das Ergebnis eines sogenannten Trainingseffektes, entstehen also durch Einfluss von außen und hängen ab von den jeweiligen Erlebnissen, die im Laufe eines Lebens gemacht werden. Trotz der Ergebnisse, die den starken Einfluss des Genotyps aufzeigen, bleibt eine Restwahrscheinlichkeit für den Trainingseffekt und der Anreiz für weitere Studien mit dieser Fragestellung. / The Neural Bases of Gray's Theory of Personality: A Comparison of Ego-Shooter-Gamers and -Non-Gamers

Fear conditioning is an efficient model of associative learning, which has greatly improved our knowledge of processes underlying the development and maintenance of pathological fear and anxiety. In a differential fear conditioning paradigm, one initially neutral stimulus (NS) is paired with an aversive event (unconditioned stimulus, US), whereas another stimulus does not have any consequences. After a few pairings the NS is associated with the US and consequently becomes a conditioned stimulus (CS+), which elicits a conditioned response (CR). The formation of explicit knowledge of the CS/US association during conditioning is referred to as contingency awareness. Findings about its role in fear conditioning are ambiguous. The development of a CR without contingency awareness has been shown in delay fear conditioning studies. One speaks of delay conditioning, when the US coterminates with or follows directly on the CS+. In trace conditioning, a temporal gap or “trace interval” lies between CS+ and US. According to existing evidence, trace conditioning is not possible on an implicit level and requires more cognitive resources than delay conditioning. The associations formed during fear conditioning are not exclusively associations between specific cues and aversive events. Contextual cues form the background milieu of the learning process and play an important role in both acquisition and the extinction of conditioned fear and anxiety. A common limitation in human fear conditioning studies is the lack of ecological validity, especially regarding contextual information. The use of Virtual Reality (VR) is a promising approach for creating a more complex environment which is close to a real life situation. I conducted three studies to examine cue and contextual fear conditioning with regard to the role of contingency awareness. For this purpose a VR paradigm was created, which allowed for exact manipulation of cues and contexts as well as timing of events. In all three experiments, participants were guided through one or more virtual rooms serving as contexts, in which two different lights served as CS and an electric stimulus as US. Fear potentiated startle (FPS) responses were measured as an indicator of implicit fear conditioning. To test whether participants had developed explicit awareness of the CS-US contingencies, subjective ratings were collected. The first study was designed as a pilot study to test the VR paradigm as well as the conditioning protocol. Additionally, I was interested in the effect of contingency awareness. Results provided evidence, that eye blink conditioning is possible in the virtual environment and that it does not depend on contingency awareness. Evaluative conditioning, as measured by subjective ratings, was only present in the group of participants who explicitly learned the association between CS and US. To examine acquisition and extinction of both fear associated cues and contexts, a novel cue-context generalization paradigm was applied in the second study. Besides the interplay of cues and contexts I was again interested in the effect of contingency awareness. Two different virtual offices served as fear and safety context, respectively. During acquisition, the CS+ was always followed by the US in the fear context. In the safety context, none of the lights had any consequences. During extinction, a additional (novel) context was introduced, no US was delivered in any of the contexts. Participants showed enhanced startle responses to the CS+ compared to the CS- in the fear context. Thus, discriminative learning took place regarding both cues and contexts during acquisition. This was confirmed by subjective ratings, although only for participants with explicit contingency awareness. Generalization of fear to the novel context after conditioning did not depend on awareness and was observable only on trend level. In a third experiment I looked at neuronal correlates involved in extinction of fear memory by means of functional magnetic resonance imaging (fMRI). Of particular interest were differences between extinction of delay and trace fear conditioning. I applied the paradigm tested in the pilot study and additionally manipulated timing of the stimuli: In the delay conditioning group (DCG) the US was administered with offset of one light (CS+), in the trace conditioning group (TCG) the US was presented 4s after CS+ offset. Most importantly, prefrontal activation differed between the two groups. In line with existing evidence, the ventromedial prefrontal cortex (vmPFC) was activated in the DCG. In the TCG I found activation of the dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC), which might be associated with modulation of working memory processes necessary for bridging the trace interval and holding information in short term memory. Taken together, virtual reality proved to be an elegant tool for examining human fear conditioning in complex environments, and especially for manipulating contextual information. Results indicate that explicit knowledge of contingencies is necessary for attitude formation in fear conditioning, but not for a CR on an implicit level as measured by FPS responses. They provide evidence for a two level account of fear conditioning. Discriminative learning was successful regarding both cues and contexts. Imaging results speak for different extinction processes in delay and trace conditioning, hinting that higher working memory contribution is required for trace than for delay conditioning. / Furchtkonditionierung ist ein effizientes Modell für assoziatives Lernen und hat unser Wissen über Prozesse, die der Entstehung und Aufrechterhaltung von pathologischer Furcht und Angst zugrunde liegen, entscheidend vergrößert. In einem differentiellen Furchtkonditionierungparadigma wird ein zunächst neutraler Reiz (NS) gemeinsam mit einem aversiven Ereignis (unbedingter Reiz, US) dargeboten, während ein zweiter Stimulus nicht mit dem Ereignis gepaart wird. Nach mehrmaliger gemeinsamer Darbietung wird der NS mit dem US assoziiert. Dadurch wird er zu einem bedingten Reiz (CS+) und löst eine konditionierte Furchtreaktion (CR) aus. Die Bildung expliziten Wissens über die CS/US-Assoziation während der Konditionierung bezeichnet man als Kontingenzbewusstsein. Befunde über die Rolle dieses Bewusstseins in der Furchtkonditionieung sind uneinheitlich. In Delay-Furchtkonditionierungsstudien konnte die Entwicklung einer CR unabhängig von Kontingenzbewusstsein gezeigt werden. Man spricht von Delay-Konditionierung, wenn der US direkt auf den CS+ folgt. Bei der Trace-Konditionierung liegt zwischen dem CS und dem US ein kurzer zeitlicher Abstand (Trace-Interval). Für Trace-Konditionierung werden mehr kognitive Ressourcen benötigt als für Delay-Konditionierung. Auf einer impliziten Ebene ist Trace-Konditionierung nicht möglich. Die Assoziationen, die während der Furchtkonditionierung gebildet werden, beschränken sich nicht auf Assoziationen zwischen spezifischen Reizen und aversiven Ereignissen. Kontextuelle Reize bilden den Hintergrund des Lernprozesses und spielen sowohl bei der Akquisition als auch bei der Extinktion von Furcht und Angst eine wichtige Rolle. Eine häufige Einschränkung in Furchtkonditionierungsstudien beim Menschen ist der Mangel an ökologischer Validität, besonders hinsichtlich der Kontextinformationen. Der Einsatz von virtuellen Realtitäten (VR) stellt einen vielversprechenden Ansatz dar um komplexe Umgebungen nachzubilden, die nahe an Alltagssituationen sind. Um Hinweisreiz- und Kontextkonditionierung unter Berücksichtigung des Kontingenzbewusstseins zu untersuchen habe ich drei Experimente durchgeführt. Dafür wurde ein Paradigma in virtueller Realität entwickelt, das es ermöglicht, Reize, Kontexte sowie zusätzlich das Timing der Ereignisse exakt zu manipulieren. In allen drei Studien wurden Versuchspersonen durch einen oder mehrere virtuelle Räume geführt, in denen zwei verschiedene Lichter als bedingte Reize und ein elektrischer Reiz als unbedingter Reiz dienten. Furchtpotenzierte Startlereaktionen wurden gemessen als Indikator für implizite Furchtkonditionierung. Um zu überprüfen, ob die Versuchspersonen auch explizites Kontingenzbewusstsein erwoben hatten, wurden subjektive Ratings erfasst. Die erste Studie wurde als Pilotstudie konstruiert, um sowohl das VR Paradigma als auch das Konditionierungsprotokoll zu testen. Zusätzlich hat mich der Effekt des Kontingenzbewusstseins interessiert. Die Ergebnisse zeigten, dass Lidschlag-konditionierung im VR Paradigma möglich ist und dass sie nicht vom Kontingenz-bewusstsein abhängt. Allerdings war evaluative Konditionierung, gemessen durch subjektive Ratings, nur erkennbar bei Personen, die die Assoziation von CS und US explizit gelernt hatten. Um Akquisition und Extinktion sowohl furchtassoziierter Reize als auch furchtassoziierter Kontexte zu untersuchen, wurde in der zweiten Studie ein neues Reiz-Kontext-Generalisierungsparadigma eingesetzt. Neben dem Zusammenspiel von Reizen und Kontexten war ich auch hier an der Rolle des Kontingenzbewusstseins interessiert. Zwei verschiedene virtuelle Büros dienten als Furcht- bzw. Sicherheitskontext. Während der Akquisition folgte auf den CS+ im Furchtkontext immer ein US. Im Sicherheitskontext hatte keines der Lichter Konsequenzen. In der Extinktionsphase wurde zusätzlich ein neuer Kontext eingeführt. In keinem der Kontexte wurde ein US appliziert. Die Versuchspersonen reagierten nur im Furchtkontext mit erhöhter Startlereaktion auf den CS+ im Vergleich zum CS-. Diskriminatives Lernen hat sowohl hinsichtlich der Reize als auch hinsichtlich der Kontexte stattgefunden. Dies wurde bestätigt durch die subjektiven Ratings, allerdings nur bei Probanden mit Kontingenzbewusstsein. Eine Generalisierung der Angst vom Furchtkontext auf den neuen Kontext war nicht abhängig vom Kontingenzbewusstsein, konnte allerdings in der Gesamtgruppe nur tendenziell beobachtet werden. In der dritten Studie betrachtete ich neuronale Korrelate der Extinktion von Furchtgedächtnis mit Hilfe von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI). Von besonderem Interesse waren dabei die Unterschiede zwischen der Extinktion von Delay- und Trace-Konditionierung. Ich habe das Paradigma aus der Pilotstudie angewendet und zusätzlich das Timing der Reize manipuliert. In der Delay-Konditionierungsgruppe (DCG) wurde der US zeitgleich mit dem Ende des CS+ appliziert, in der Trace-Konditionierungsgruppe (TCG) vier Sekunden nach Ende des CS+. Interessanterweise unterschieden sich die beiden Gruppen in ihrer präfrontalen Aktivierung. In Übereinstimmung mit der Literatur war der ventromediale Präfrontalkortex (vmPFC) in der DCG aktiviert. In der TCG konnte man Aktivierung des dorsolateralen Präfrontalkortex (dlPFC) beobachten. Dies könnte mit erhöhter Beteiligung des Arbeitsgedächtnisses zusammenhängen, die notwendig ist, um das Trace-Interval zu überbrücken und die Informationen im Kurzzeitgedächtnis zu halten. Zusammengefasst hat sich virtuelle Realität als ein elegantes Instrument zur Fuchtkonditionierung beim Menschen herausgestellt, besonders zur Manipulation von Kontextinformation. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass explizites Kontingenzwissen notwendig ist für evaluative Furchtkonditionierung, nicht jedoch für eine implizite CR gemessen an FPS Reaktionen. Außerdem liefern sie Evidenz für den “two level account of fear conditioning”. Die Ergebnisse der Bildgebung sprechen für zwei unterschiedliche Extinktionsprozesse bei Delay- und Trace-Konditionierung und weisen darauf hin, dass für Trace-Konditionierung eine höhere Beteiligung des Arbeitsgedächtnisses notwendig ist als für Delay-Konditionierung.

Es wird eine Reihe systemphysiologischer Untersuchungen zusammengefasst, die sich mit höheren visuellen Funktionen beim Menschen befassen. Mit Hilfe von Augenbewegungsmessungen, Kortexstimulation und funktioneller Kernspintomographie werden die kortikalen Strukturen und physiologischen Mechanismen untersucht, die sich mit der kortikalen Integration von visuellen, mnestischen, attentionalen und motorischen Verarbeitungsprozessen befassen. Im den folgenden Abschnitten werden die wichtigsten Ergebnisse zusammengefasst: 1. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Augenbewegungen während der visuellen Vorstellung explorierenden Augenbewegungen bei der Wahrnehmung entsprechen. Dies entspricht der Voraussage, dass Augenbewegungen bei visueller Vorstellung Ausdruck eines konstruktiven Prozesses der aufmerksamkeitsgesteuerten sensomotorischen Integration von Teilbildern und deren Position im Raum sind. Es wurde vorgeschlagen, dass die visuelle Vorstellung als ein konstruktiver Prozess zu verstehen sei, der unter Beteiligung des Dorsolateralen Präfrontalen Kortex (DLPFC) (Arbeitsgedächtnis) und parietaler (Raumwahrnehmung) und temporaler visueller Areale (Objektwahrnehmung) einzelne Teilbilder zu einem Vorstellungsbild zusammensetzt. 2. In weiteren Studien wurden zeitliche, strukturelle und behaviorale Aspekte des visuellen Arbeitsgedächtnisses untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass das visuelle Arbeitsgedächtnis beim Menschen durch ein Netzwerk kortikaler Areale kontrolliert wird, das unter anderem den Posterior Parietalen Cortex (PPC) und den DLPFC umfasst. Erstmals wurde die selektive Störbarkeit dieser Areale durch transkranielle Kortexstimulation demonstriert und gezeigt, dass die Areale verschiedene kognitive Partialfunktionen wahrnehmen, die zu bestimmten Zeitpunkten des Gesamtprozesses wichtig sind. In weiteren Verhaltensexperimente wurde festgestellt, dass das visuelle Arbeitsgedächtnis selektiv die Wahrnehmungsinhalte repräsentiert, die für aktuelle Entscheidungen relevant sind. 3. Funktionell-kernspintomographische Untersuchungen hatten zum Ziel, die anatomischen Strukturen zu identifizieren, die bei bestimmten Formen der selektiven visuellen Aufmerksamkeit relevant sind. Es wurde die Rolle des Frontalen Augenfeldes (FEF) und des PPC in Paradigmen untersucht, in denen Augenbewegungen durch Fixation unterdrückt waren. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass das FEF bei der visuellen Selektion im Rahmen einer Suchaufgabe mit Merkmalsverknüpfung aktiviert wird und nicht nur für die Kontrolle von Augenbewegungen, sondern auch für Prozesse der Aufmerksamkeitssteuerung verantwortlich ist. Im PPC konnten auf Grund differentieller Aktivierungsniveaus funktionelle Subregionen identifiziert werden und gezeigt werden das der PPC entgegen gängiger kognitionspsychologischen Modellvorstellungen eine aktive Rolle bei der visuellen Suche mit Merkmalsverknüpfung spielt. 4. Im letzten Teil der Arbeit wird der Versuch geschildert, visuelle Kortexareale als Teil eines okzipito-parieto-frontalen Netzwerkverbundes bildgebend darzustellen. Mit artifizieller Reizung des visuellen Kortex durch transkranielle Kortexstimulation und gleichzeitiger fMRT, gelang es neben einer lokalen BOLD-Antwort auch Ferneffekte in visuellen und visuo-motorischen Arealen zu induzieren. Die beteiligten anatomischen Strukturen entsprechen jenen, für die auf Grund von tierexperimentellen Untersuchungen funktionell relevante Verbindungen unterstellt werden. Dies ist ein weitere Schritt, um beim Menschen mit nicht-invasiven Methoden zerebrale Konnektivität untersuchen zu können. Die Erforschung von Struktur- und Funktionsbeziehungen höherer Leistungen des Sehsystems haben eine klinische Relevanz für die topische Diagnostik und Rehabilitation umschriebener Hirnläsionen. Dabei reicht es nicht einzelne Hirnfunktionen bestimmten Arealen zuzuordnen, sondern Hirnfunktionen als konzertierte Aktion verbundener Areale zu begreifen. / The general aim of this collection of published papers was to identify the neuroanatomical basis and functional mechanisms realizing the integration of sensory, attentional, mnestic and motor components during different visuo-motor response tasks (visual imagery, visual-working memory, attentive tracking, visual search) and to interpret the results in the context of cerebral connectivity. The main findings are: 1. Scanpaths, defined as repetitive sequences of fixations and saccades were found during visual imagery and viewing. Positions of fixations were distributed according to the spatial arrangement of subfeatures in the diagrams. For a particular imagined diagrammatic picture, eye movements were closely correlated with the eye movements recorded while viewing the same picture. Thus eye movements during imagery are not random but reflect the content of the visualized scene. 2. Investigating the role of the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and the posterior parietal cortex (PPC) in memory-guided saccades in humans, it was found that repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) (20 Hz, 0.5 s) interferes temporarily with cortical activity in DLPFC and PPC during different intervals of the delay period. It was concluded that within this network the DLPFC is mainly concerned with the mnemonic representation and the PPC with the sensory representation of spatially defined perceptual information. 3. Comparison of functional magnetic resonance imaging data (fMRI) between attentive tracking and attention shifting revealed essentially identical activation patterns involving parietal, temporal and frontal cortical regions. This suggests that parietal cortex is involved not only in discrete shifts of attention between objects at different spatial locations, but also in continuous "attentional pursuit" of moving objects. Taken together, these data suggest that attentive tracking is mediated by a network of areas which includes (a) parietal and frontal regions responsible for attention shifts and eye movements and (b) the MT complex, thought to be responsible for motion perception. 4. Using fMRI in human subjects to investigate the functional neuroanatomy of attentional mechanisms employed during conjunction search it was found that the frontal eye field, the ventral precentral sulcus and several posterior parietal regions were consistently activated. Results suggested an involvement of the human frontal eye field in covert visual selection of potential targets during search and also provided evidence for a subdivision of posterior parietal cortex in multiple areas participating in covert visual selection, with a major contribution of the posterior intraparietal sulcus. 5. Using fMRI to investigate local and distant cerebral activation induced by transcranial electrical stimulation in order to non-invasively map functional connectivity in the human visual system distant coactivation in subcortical (lateral geniculate nucleus), cortical visual (striate and extrastriate) and visuomotor areas (frontal and supplementary eye fields) were found. This pattern of activation resembled a network of presumably interconnected visual and visuomotor areas. We conclude that combining transcranial electrical stimulation of neural tissue with simultaneous fMRI offers the possibility to study non-invasively cerebral connectivity in the human brain. In general the results support the concept of a highly integrated cortico-cortical network of multiple frontal and parietal areas controlling partially overlapping subtask involved in directed attention, visuo-spatial working memory, eye movements and visual feature detection.