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.

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.

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Ausgangspunkt dieser Dissertation ist, dass mit stabilen Präferenzen unvereinbares Verhalten für die Standardökonomik eine Herausforderung darstellt. Eines der sich stellenden Probleme ist, dass sich wandelnde Präferenzen der normativen Analyse abträglich sind: Wenn nicht vorhersagbar ist, ob und wie Präferenzen abhängig von der Situation und von institutionellen Arrangements variieren, lässt sich keine optimale Wirtschaftspolitik bestimmen. Es wird argumentiert, dass die Ökonomik daher auch in Betracht ziehen muss, wie Präferenzen evolvieren und wie ökonomische Akteure Informationen - z. B. Wahrscheinlichkeiten und Auszahlungen -verarbeiten. In den folgenden Kapiteln werden zwei Studien vorgestellt, die dieses Ziel verfolgen, indem sie den Prozess der Entscheidungsfindung experimentell untersuchen. Die erste Studie, "Kognitive Last erhöht Risikoaversion", zeigt, dass eine spezifische Änderung des Entscheidungsumfelds - nämlich eine Erhöhung der kognitiven Last - einen messbaren Einfluss auf die Risikoeinstellungen der Versuchspersonen hatte. Zudem werden die beobachteten Verhaltensänderungen in Verbindung zu existierenden Mehr-System-Modellen der Entscheidungsfindung gesetzt. Die ebenfalls gemessenen Reaktionszeiten bestätigt die Interpretation, dass die Entscheidungsfindung unter Risiko das Produkt interagierender Systeme im menschlichen Hirn ist. Die zweite Studie, "Soziales Lernen auf Finanzmärkten", verfolgt das Ziel, die normalerweise verborgenen Komponenten Präferenzen und Überzeugungen beobachtbar zu machen. Zu diesem Zweck absolvierten Versuchspersonen ein Experiment, während ihre Hirnaktivierung per funktioneller Magnetresonanztomografie gemessen wurde. Dies erweitert den analysierbaren Datensatz über die getroffenen Entscheidungen hinaus um Maße der Hirnaktivierung. Dadurch trägt diese Studie zur Identifizierung der Faktoren bei, die bestimmen, in welchem Umfang wir aus der Beobachtung der Entscheidungen anderer lernen. / The point of departure of this dissertation is that behavior which is inconsistent with stable preferences poses a challenge for mainstream economics. One of the issues that arise is that changing preferences are detrimental to the objective of normative economics: If one cannot predict whether and how people’s preferences vary across situations or institutions, one cannot determine which economic policy would be optimal. Based on this, it is argued that economics has to take into account how preferences evolve and how information - e.g., probabilities and payoffs - is processed by economic agents. In the following two chapters, two experimental studies are presented that pursue this goal by investigating the process by which people make decisions. The first study, "Cognitive load increases risk aversion," shows that a specific change in the environment - in this case, an increase in cognitive load - had a measurable impact on subjects’ risk attitudes. Importantly, it also relates the observed changes to existing dual-system models of decision making. The response times which were recorded in addition to subjects’ choices contribute to the interpretation of the study’s findings, since they support the view that decision making under risk is the product of interacting systems in the human brain. The second study, "Social learning in asset markets," has the objective of making the latent components preferences and beliefs observable. To this end, subjects participated in a social-learning experiment while their brain activation was recorded via functional magnetic-resonance imaging. This enlarges the analyzable dataset through measures of subjects’ brain activation in addition to subjects’ choices. In doing so, the study contributes to identifying the factors that shape to what extent we learn from observing the choices of other human beings.

Die Ursache für das idiopathische Stottern ist bis zum jetzigen Zeitpunkt unbekannt. Typischerweise beginnt die Redeflussstörung im Vorschulalter. Es wird davon ausgegangen, dass 1% der Bevölkerung an Stottern leidet. Bei der Frage nach pathophysiologischen Hintergründen von Sprech- und Sprachstörungen ist der Zusammenhang zwischen einer pathologischen, funktionellen Lateralisierung und einer morphologischen Asymmetrie im Bereich von neuronalen Netzwerken der Sprachbildung bereits seit längerem Gegenstand der Forschung. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Lateralisierung von Sprache bei 17 stotternden Probanden und 20, im Alter entsprechenden, flüssig sprechenden Probanden untersucht. Hierbei wurde die Sprachlateralisierung mithilfe der fMRT sowohl mit einem Satz- als auch mit einem Wortgenerierungsparadigma ermittelt. Ausgehend von den in der fMRT ermittelten Sprachzentren wurde die angrenzende weiße Substanz unter Verwendung der DTI auf eine Asymmetrie hin untersucht. Im Vergleich zu der Gruppe der Normalprobanden zeigten die schwer stotternden Probanden eine Verschiebung der Indexwerte, deren endgültige Ursache offen bleibt. Gesteigerte funktionelle Aktivierung in Bereichen der rechtshemisphärischen Analoga der Sprachzentren scheint ein möglicher Erklärungsansatz. Vorausgegangene funktionelle Untersuchungen u. a. mittels PET und fMRT bei stotternden Probanden belegten eine Überaktivierung von Teilen des motorischen Kortex sowie eine atypische Lateralisierung bei der Produktion von Sprache mit rechtsseitiger Lateralisierung oder eine bilaterale Aktivität. Darüber hinaus zeigte sich eine morphologische Veränderung, im Sinne einer Abnahme einer linkshemisphärischen Asymmetrie bei den schwer stotternden Probanden, besonders in der an das Wernicke-Areal angrenzenden weißen Substanz. Mithilfe der VBM konnten in mehreren früheren Studien morphologische Unterschiede bei Stotternden gezeigt werden. Gegenüber dem rein morphologischen Untersuchungsansatz vorangegangener Untersuchungen berücksichtigte die Kombination der funktionellen und der diffusionsgewichteten Analyse stärker die intraindividuelle Variabilität der Sprachzentren.

Diese Schrift faßt in zwei Abschnitten eigene Beiträge zur Einführung der lokalisierten Magnetresonanzspektroskopie (MRS) und der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) in die diagnostische Medizin zusammen. Im ersten Teil wird beschrieben, wie die biochemischen Metabolite N-Azetylaspartat, Kreatin und Phosphokreatin, cholin-enthaltende Verbindungen und Laktat durch die Einführung der stimulierten Echo-Akquisitionsmethode (STEAM) als Lokalisationstechnik in die diagnostische Magnetresonanzspektroskopie in definierten Hirnregionen gesunder Versuchspersonen nichtinvasiv zugänglich gemacht und erstmals in Form von In-vivo-Konzentrationen quantifiziert werden konnten. Daraufhin wird gezeigt, wie die Weiterentwicklung der robusten STEAM-Technik zu kurzen Echozeiten das Signal-zu-Rauschverhältnis und damit die Messung kleinerer Untersuchungsvolumina erheblich verbesserte. Zudem wurde dadurch die Erkennung und Quantifizierung weiterer Metabolite wie z. B. des myo- und scyllo-Inosits, des Glutamats und Glutamins, des N-Azetylaspartylglutamats und der Glukose ermöglicht. Diese Methode setzte damit zusammen mit der verwendeten linearen Kombinationsmethode (LCModel) zur Konzentrationsbestimmung den spektralen Qualitätsstandard des gesamten letzten Jahrzehnts. Ferner werden die parallelen Pionierarbeiten zu Hirnerkrankungen fokaler und generalisierter Art beleuchtet. Diese Anwendungen der lokalisierten STEAM-Protonenspektroskopie in Einzelvolumentechnik zur Messung umschriebener Prozesse umfassen zerebrale Tumore und Infarkte, Plaques der multiplen Sklerose sowie andere entzündliche und degenerative Läsionen. Auch die lokalisierte STEAM-Phosphorspektroskopie und nichtzerebrale Anwendungen wie die lokalisierte Protonenspektroskopie von Faserbündeln des Skelettmuskels und der Niere bauen weitgehend auf diesem Fortschritt in der Methode auf. Zusätzlich werden Anwendungen bei generalisierten Erkrankungen gestreift, speziell angeborenen Stoffwechselerkrankungen des Kindesalters wie mitochondrialen und lysosomalen Defekten, Stoffwechselentgleisungen bei Diabetes mellitus und Leberzirrhose, psychiatrischen Erkrankungen wie der Alzheimer-Demenz. Die weitere Verbreitung dieser Erkenntnisse in die klinische Diagnostik wird entscheidend von der Beachtung des hier eingeführten Qualitätsmaßstabs und der darauf aufbauenden absoluten Metabolitquantifizierung abhängen. Der zweite Teil dieser Arbeit faßt ausgehend von funktionellen protonenspektroskopischen Untersuchungen des visuellen Kortex bei photischer Aktivierung Fortschritte zusammen, die bei der Entwicklung und Anwendung der suszeptibilitätsempfindlichen MR-Tomografie zur Messung physiologischer Hirnaktivierung mit dem Modell der visuellen Stimulation erzielt wurden. Während die Belastung des Energiestoffwechsels im angeregten striatären Kortex anhand abgesunkener Gewebespiegel von Glukose und angestiegener Laktatkonzentrationen mithilfe der zeitaufgelösten Spektroskopie beobachtet werden konnte, gelang die Demarkierung der Ausdehnung der Hirngewebeaktivierung mithilfe der T2*-gewichteten FLASH-MRT, die begleitende Verminderungen des paramagnetischen Desoxyhämoglobins im funktionell aktiven Gewebe mit Anstiegen der Bildsignalintensität wiedergibt. Schließlich werden Untersuchungen beschrieben, die die Empfindlichkeit dieses endogenen, sauerstoffspiegelabhängigen Suszeptibilitätskontrastes für die Wirkung verschiedener Medikamente bzw. pharmakologischer Stimulantien zeigen, die direkt oder indirekt über bestimmte vaskuläre Rezeptoren wirken. Diese Untersuchungen befördern wiederum ein neues Gebiet der Bildgebung, die pharmakologische MRT. / This work has two main parts that summarize pioneering contributions to localized magnetic resonance spectroscopy (MRS), functional magnetic resonance tomography (fMRI), and the introduction of these modalities into diagnostic medicine. First, it is described how biochemical metabolites such as the intracellular pools of N-acetylaspartate, creatine and phosphocreatine, choline-containing compounds, and lactate have been made accessible to noninvasive detection and to the quantification of their respective concentrations in vivo in defined cerebral regions of healthy subjects by utilizing the stimulated echo-acquisition mode (STEAM) localization technique. Then it is shown that further development of the robust STEAM technique to short echo times not only increased the signal-to-noise of the measurement, thereby providing access to smaller volumes-of-interest, but also allowed for the detection and quantification of additional metabolites such as myo- and scyllo-inositol, glutamate, glutamine, N-acetylaspartylglutamate, and glucose. Thus, together with the adoption of the linear combination method (LCModel) for concentration calculation, this method has set the standard for spectroscopic state-of-the-art in the field well over the last decade. Moreover, pioneering achievements have been highlighted with regard to applications in brain diseases of focal and generalized nature. Pertinent applications of localized single-volume STEAM proton spectroscopy to circumscribed processes include cerebral tumors, cerebral infarction, multiple sclerosis plaques, and other inflammatory and degenerative lesions. Also localized STEAM phosphorus spectroscopy and non-cerebral applications including localized proton spectroscopy of skeletal muscle and kidney largely depend on the short-echo time STEAM technique. In addition, applications in generalized disorders have been explored, which include inborn errors of metabolism in childhood, such as mitochondrial and lysosomal defects, metabolic disturbances in diabetes mellitus and liver cirrhosis, and psychiatric diseases such as Alzheimer's dementia. The further utilization of these novel methods in clinical diagnostics will heavily depend on quality measures and the mastering of a true quantification procedure as demonstrated. Second, this work summarizes achievements made in developing and applying both proton MR spectroscopy and susceptibility-sensitized MR imaging to measure physiologic brain activation using visual stimulation as a model. Whereas metabolic stress, brought upon the bioenergetic steady state in the responding striate cortex, was detected by decreased parenchymal glucose and increased lactate using time-resolved spectroscopy, mapping the extent of parenchymal activation was found to be possible by increases of image intensity in T2*-weighted FLASH MRI made sensitive to concomitant decreases of paramagnetic deoxyhemoglobin in the functionally active tissue. Finally, studies are described, which show the sensitivity of this endogenous, susceptibility-sensitive contrast, now generally known as BOLD effect, to various drugs or pharmacologic stimuli acting either directly or indirectly on vascular receptors. These latter studies open up again a new field of imaging, dubbed pharmacologic MRI.