Visuelle Information wird am schärfsten wahrgenommen, wenn sie im Zentrum des Sichtfeldes (der Fovea) erscheint. Um relevante Reize mit fovealer Sehschärfe betrachten zu können, führen wir regelmäßig schnelle, ruckartige Augenbewegungen aus, die als Sakkaden bezeichnet werden. Über Jahrzehnte hinweg wurde der Einfluss der Sakkadenvorbereitung auf visuelle Sensitivität am peripheren Augenbewegungsziel untersucht. Gleichzeitig ist überraschend wenig darüber bekannt, wie sich unsere visuelle Wahrnehmung im gegenwärtigen Blickzentrum verändert, bevor eine Sakkade ausgeführt wird. Die in dieser Dissertation vorgestellten Experimente deuten darauf hin, dass foveales Sehen prädiktiv agiert: Definierende Merkmale des Augenbewegungsziels werden am präsakkadischen Fixationsort verstärkt wahrgenommen und somit im Zentrum des Sichtfeldes vorhergesagt. Diese präsakkadische Wahrnehmungsverstärkung zeigte sich als erhöhte Trefferraten für foveal präsentierte Reize, die die gleiche Orientierung wie das Sakkadenziel aufwiesen, sowie als systematisches Antwortverhalten auf zielkongruente Orientierungsinformation in foveal gezeigtem Rauschen. Foveale Vorhersagen waren auf einen kleinen räumlichen Radius um das Blickzentrum beschränkt, während der Sakkadenvorbereitung stärker ausgeprägt als unter Fixation und skalierten mit dem Signal-Rausch-Verhältnis von Orientierungsinformation am Augenbewegungsziel. Wir beobachteten darüber hinaus eine Interaktion zwischen der peripheren Auflösung des Sakkadenziels und dem Raumfrequenzinhalt foveal vorhergesagter Orientierungsinformation. Diese Interaktion legt nahe, dass das Sakkadenziel in seiner präsakkadischen Auflösung foveal antizipiert wurde. Zusammenfassend deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass foveales Sehen einen aktiven Beitrag zur Herstellung visueller Kontinuität leistet. Ein Sakkadenziel wird bereits vor der Bewegung foveal verarbeitet, was einen nahtlosen perzeptuellen Übergang ermöglicht, sobald die Augen auf dem Ziel landen. / Human vision is sharpest in the central part of the visual field (the fovea) and becomes increasingly blurry towards the periphery. To bring relevant information into foveal vision, we frequently execute rapid large-scale eye movements called saccades. Decades of research have characterized the impact of saccade preparation on visual sensitivity at the target of the imminent eye movement. Surprisingly, little is known about the concurrent development of perception in the pre-saccadic center of gaze. This dissertation proposes that foveal processing operates predictively while an eye movement is prepared to a peripheral visual field location: Defining features of the eye movement target are enhanced in the pre-saccadic center of gaze, anticipating the incoming post-saccadic image. In our investigations, enhancement manifested as increased Hit Rates for foveal probes with target-congruent orientation and systematic responses to target-similar orientation information in foveally presented noise. Foveal enhancement was confined to a small spatial region surrounding the pre-saccadic center of gaze, more pronounced during eye movement preparation than during passive fixation, and increased with the signal-to-noise ratio of orientation information at the target location. Intriguingly, we observed an interaction between the pre-saccadic peripheral resolution of the saccade target and the spatial frequency range of foveally enhanced information, suggesting that foveal predictions draw on instantaneous peripheral input. Finally, using a full-screen motion paradigm, we characterize reflexive gaze responses that may provide a continuous oculomotor readout of target anticipation in humans and non-human primates. Combined, our findings suggest an active contribution of foveal processing to transsaccadic visual continuity. Foveal processing of eye movement targets commences before the movement is executed, enabling a seamless perceptual transition immediately upon saccade landing.

Die hier vorgelegte kumulative Dissertation befasst sich mit der Frage des emotionalen Sprachgebrauchs als Teil der öffentlichen politischen Kommunikation in abendländischen Demokratien. Durch die Anwendung etablierter Erkenntnisse und Ansätze aus den Bereichen der affektiven Neurowissenschaften und der Neurolinguistik zu emotionalem Sprachgebrauch, wird versucht neue Perspektiven und Analysetechniken für die Sozial- und Politikwissenschaften herauszuarbeiten, die sich mit der rhetorischen Gestaltung und Funktion öffentlicher politischer Kommunikation befassen. Im Rahmen dieser Bemühungen habe ich einen sequenziellen Mixed-Methods-Ansatz entwickelt, eine neopragmatische Diskursanalyse (NPDA), die auf der bestehenden Methodologie der Pragmatischen Soziologie der Kritik (PSC) basiert. Diese Methode ermöglicht es, die Argumentationsstrategien und -muster von Akteuren abzuleiten und ihre Verwendung von hochgradig erregender emotionaler Sprache (via HAEWWörterbuch) nachzuzeichnen. In zwei separaten Fallstudien habe ich diesen neu entwickelten Ansatz angewendet, um (1) die US-Präsidentschaftswahlkämpfe 2016 von Trump und Clinton zu analysieren sowie (2) öffentliche Reden britischer Parteiführer:innen der Conservative und der Labour Party von 1900 bis 2019. Ich habe festgestellt, dass emotionale Sprache in der gesamten untersuchten (politischen) Kommunikation vorkommt und dass sie hauptsächlich eine Highlighter-Funktion in den Argumentationen der Akteure einnimmt. Politische Kommunikation, als eine spezifische Ausformung menschlicher Kommunikation, scheint immer ‚emotional‘ zu sein. / This cumulative dissertation addresses the issues of emotive language use as part of public political communication in occidental democracies. By applying established findings and approaches from the fields of affective neuroscience and neurolinguistics on emotive language use, the here presented dissertation intends to offer new perspectives and analytical techniques for the social and political sciences, concerned with understanding the rhetorical design and function of public political communication. As part of these efforts, I developed a sequential mixed methods approach, a neopragmatist discourse analysis (NPDA), which is based on the existing methodology associated with the Pragmatic Sociology of Critique (PSC). This method allows for the deduction of actors’ argumentative strategies and patterns and to detect their use of highly arousing emotive language (via HAEW dictionary). In two separate case studies I applied this newly developed approach, analysing (1) the 2016 U.S. presidential election campaigns of Trump and Clinton as well as (2) public speeches of British party leaders from the Conservative and Labour Party from 1900 – 2019. I found that emotive language appeared throughout all analysed (political) communication and that it mainly served a highlighting function within actors’ argumentations. Political communication, as a specific form of human communication, seems to always be ‘emotional’.

Gehirnforschung ist ein naturwissenschaftlicher Forschungsbereich, der sich aus den Disziplinen Anatomie, Embryologie, Physiologie, Pharmakologie und Psychologie entwickelt hat. Gendertheoretisch informierte historische Studien zur Gehirnforschung fokussieren ideologiekritische und diskursanalytische Betrachtungen androzentrischer bzw. sexistischer Körpervorstellungen von der Antike bis zum 21. Jh., welche u. a. die bürgerliche Geschlechterordnung argumentativ gestützt und naturalisiert hatten.

Das Wortlernen begleitet unser Leben von der Kindheit bis ins Alter. Kleinkinder lernen ihre Muttersprache(n), aber auch Erwachsene lernen neue Wörter, z.B. beim Fremdspracherwerb. Unter gewissen Umständen muss eine neue Sprache wieder erlernen werden, wie z.B. nach einer Gehirnläsion. Wie meistert unser Gehirn diese herausfordernden Wortlernsituationen? Um die Neuroplastizität des Wortlernens zu untersuchen, wurden unterschiedliche neurowissenschaftliche Methoden (Elektroenzephalographie, funktionelle Nahinfrarotspektroskopie, voxel-basierte Läsion-Verhalten/EEG Mapping), teilweise in Kombination, bei Kleinkindern, Kindern und Erwachsenen sowie Patienten mit einer Gehirnläsion im Vergleich zu älteren Kontrollprobanden angewendet. 5 Experimente untersuchten die neuronale Verarbeitung von Pseudowörtern, welche mutter- und fremdsprachlichen phonotaktischen Regeln (d.h. die Kombination von verschiedenen Phonemen) folgten, in unterschiedlichen Lernsettings bei monolingualen Teilnehmern. Gesunde Erwachsene aber auch 6monatige und ältere Teilnehmer und Patienten konnten diese Regeln differenzieren. Beteiligte Gehirnareale umfassten ein links-hemisphärisches fronto-temporales Netzwerk. Die Verarbeitung universeller Spracheigenschaften, andererseits, zeigte sich in parietalen Regionen. Während Erwachsene eine klare Dominanz der linken Hemisphäre aufwiesen, nutzten 6monatige noch beide Gehirnhälften. Unterschiedliche Sprachtrainings (semantische Trainings oder Passives Zuhören) an drei aufeinanderfolgenden Tagen veränderten auch die Gehirnaktivität der Kleinkinder und der Erwachsenen und wiesen auf eine erhöhte Lernflexibilität hin. Im 6. Experiment lernten 5jährige bilinguale Kinder anhand pragmatischer Eigenschaften neue Adjektive und zeigten effizientere neuronale Mechanismen als Monolinguale. Die Ergebnisse unterstreichen die Wichtigkeit multi-methodologischer Ansätze, um genauere Einblicke in die komplexen Mechanismen der Neuroplastizität zu erlangen. / Word learning accompanies our everyday life from infancy to advanced age. Infants have to learn the native language(s) but also during adulthood word learning can take place, for example if we learn a new foreign language. Sometimes people are confronted with a situation in which they have to re-learn a language because of a brain lesion. How does the brain master these challenging word learning settings? To assess neuroplasticity of word learning several neuroscientific methods (electroencephalography, functional near-infrared spectroscopy, voxel-based lesion-behavior/EEG mapping), partially in combination, were used in infants, children, and adults as well as in patients suffering from a brain lesion compared to matched elderly controls. In 5 experiments neuronal processing of pseudowords corresponding to native and non-native phonotactic rules (i.e., the combination of different phonemes) was investigated under different learning conditions in monolingual participants. Healthy adults but also 6-month-old infants and elderly subjects and patients were able to differentiate these rules. Involved brain areas included a left-hemispheric network of fronto-temporal regions. When processing universal linguistic features, however, more parietal regions were involved. While adults revealed a clear left-dominant network, 6-month-olds still recruited bilateral brain areas. Differential language trainings (semantic or passive listening trainings) over three consecutive days also modulated brain activation in both infants and adults suggesting a high flexibility for learning native and non-native linguistic regularities. In a 6th experiment, bilingual 5-year-old children learned novel adjectives by means of pragmatic cues and revealed more efficient neuronal mechanisms compared to monolingual children. Findings underline the importance of multi-methodological approaches to get clearer insights into the complex machinery of neuroplasticity.

Die Bewegungs-kontrollstrategien kontextabhängig und abhängig von unterschiedlichen Kriterien ausgewählt werden. Einerseits ist die Stabilität in den Bewegungszuständen wie der Fortbewegung ausschlaggebend für die ungestörte Ausführung bestimmter Handlungen und erfordert eine effektive Steuerung durch das zentrale Nervensystem. Andererseits wird die Bewegungsstrategieauswahl durch das zentrale Nervensystem dadurch bestimmt, dass die Energiekosten minimiert werden soll. Beide Konzepte (d.h. die Aufrechterhaltung der Stabilität und die Energiekostenminimierung) spielen eine fundamentale Rolle bei der Frage, warum sich Menschen so bewegen, wie sie es tun. Unklar ist dabei allerdings, auf welche Weise das zentrale Nervensystem beide Prinzipien gegeneinander gewichtet. In den letzten 20 Jahren haben uns wissenschaftliche Konzepte wie die Chaostheorie oder die Theorie komplexer Systeme eine neue Herangehensweise an diese Fragen ermöglicht. Diese Arbeit untersucht die dynamische Stabilität menschlicher Fortbewegung mit Hilfe des Konzepts der Ljapunowanalyse. Als erstes wird eine methodologische Untersuchung der Verlässlichkeit des maximalen Ljapunowexponenten beim Gehen und Laufen durchgeführt (Kapitel 2). Danach wird verglichen zwischen dem Laufen unter normalen Umständen und dem darauffolgenden Laufen ohne Schuhe, wobei letzteres eine Abnahme der Stabilität nach dem Übergang zu den neuen Umständen zur Folge hat (Kapitel 3). In der letzten Untersuchung wurde ein unterschiedlich langes Training zur Verbesserung der Laufenergetik durchgeführt, in einer Gruppe nur über einen kurzen und in einer anderen Gruppe über einen etwas längeren Zeitraum (Kapitel 4). Die Ergebnisse zeigen, dass Bewegungskontrollfehler für die Energiekosten beim Laufen eine Rolle spielen können, und legen somit eine flexible Priorisierung der Bewegungskontrolle nahe. / Motor control strategies are chosen in a context dependent manner, based on different criteria. On the one hand stability in dynamic conditions such as locomotion, is crucial to uninterrupted task execution and requires effective regulation by the central nervous system. On the other, minimization of the energetic cost of transport is instrumental in choosing the locomotion strategy by the central nervous system. Both these concepts, (i.e. maintaining stability and optimization of energetic cost of locomotion) have a fundamental role on how and why humans move in the way they do. However, how the human central nervous system prioritizes between the different goals is unknown. In the last 20 years, ideas from scientific paradigms such as chaos theory and complex systems have given us novel tools to approach these questions. The current thesis examines the dynamic stability during human locomotion under such an approach using the concept of Lyapunov analysis. At first a methodological examination of the reliability of the maximum Lyapunov exponent in walking and running has been conducted (chapter 2). Afterwards, an examination between the habitual running condition and after removal of footwear was conducted, exhibiting a decrease in stability following the acute transition to the new condition (chapter 3). In the last study, a training intervention aiming at improvements in running energetics was performed using a short-term and a long-term intervention group (chapter 4). The results evidence that motor control errors can have a role in the energy cost of running and thus, a flexible prioritization of the motor control output.

Gehirnforschung ist ein naturwissenschaftlicher Forschungsbereich, der sich aus den Disziplinen Anatomie, Embryologie, Physiologie, Pharmakologie und Psychologie entwickelt hat. Gendertheoretisch informierte historische Studien zur Gehirnforschung fokussieren ideologiekritische und diskursanalytische Betrachtungen androzentrischer bzw. sexistischer Körpervorstellungen von der Antike bis zum 21. Jh., welche u. a. die bürgerliche Geschlechterordnung argumentativ gestützt und naturalisiert hatten.

Menschliche Hirnsignale von der Kopfhaut bieten einen Einblick in die neuronalen Prozesse, denen Wahrnehmung, Denken und Verhalten zugrunde liegen. Rhythmen, die historisch den Grundstein für die Erforschung großflächiger Hirnsignale legten, sind ein häufiges Zeichen neuronaler Koordination, und damit von weitem Interesse für die kognitiven, systemischen und komputationalen Neurowissenschaften. Typischen Messungen von Rhythmizität fehlt es jedoch an Details, z. B. wann und wie lange Rhythmen auftreten. Darüber hinaus weisen neuronale Zeitreihen zahlreiche dynamische Muster auf, von denen nur einige rhythmisch erscheinen. Obwohl aperiodischen Beiträgen traditionell der Status irrelevanten „Rauschens“ zugeschrieben wird, attestieren neuere Erkenntnisse ihnen ebenfalls eine Signalrolle in Bezug auf latente Hirndynamik. Diese kumulative Dissertation fasst Projekte zusammen, die darauf abzielen, rhythmische und aperiodische Beiträge zum menschlichen Elektroenzephalogramm (EEG) methodisch zu dissoziieren, und ihre Relevanz für die flexible Wahrnehmung zu untersuchen. Projekt 1 ermittelt insbesondere die Notwendigkeit und Durchführbarkeit der Trennung rhythmischer von aperiodischer Aktivität in kontinuierlichen Signalen. Projekt 2 kehrt diese Perspektive um und prüft Multiscale Entropy als Index für die Unregelmäßigkeit von Zeitreihen. Diese Arbeit weist auf methodische Probleme in der klassischen Messung zeitlicher Unregelmäßigkeit hin, und schlägt Lösungen für zukünftige Anwendungen vor. Abschließend untersucht Projekt 3 die neurokognitive Relevanz rhythmischer und aperiodischer Zustände. Anhand eines parallelen multimodalen EEG-fMRT-Designs mit gleichzeitiger Pupillenmessung liefert dieses Projekt erste Hinweise dafür, dass erhöhte kognitive Anforderungen Hirnsignale von einem rhythmischen zu einem unregelmäßigen Regime verschieben und impliziert gleichzeitige Neuromodulation und thalamische Aktivierung in diesem Regimewechsel. / Non-invasive signals recorded from the human scalp provide a window on the neural dynamics that shape perception, cognition and action. Historically motivating the assessment of large-scale network dynamics, rhythms are a ubiquitous sign of neural coordination, and a major signal of interest in the cognitive, systems, and computational neurosciences. However, typical descriptions of rhythmicity lack detail, e.g., failing to indicate when and for how long rhythms occur. Moreover, neural times series exhibit a wealth of dynamic patterns, only some of which appear rhythmic. While aperiodic contributions are traditionally relegated to the status of irrelevant ‘noise’, they may be informative of latent processing regimes in their own right. This cumulative dissertation summarizes and discusses work that (a) aims to methodologically dissociate rhythmic and aperiodic contributions to human electroencephalogram (EEG) signals, and (b) probes their relevance for flexible cognition. Specifically, Project 1 highlights the necessity, feasibility and limitations of dissociating rhythmic from aperiodic activity at the single-trial level. Project 2 inverts this perspective, and examines the utility of multi-scale entropy as an index for the irregularity of brain dynamics, with a focus on the relation to rhythmic and aperiodic descriptions. By highlighting prior biases and proposing solutions, this work indicates future directions for measurements of temporal irregularity. Finally, Project 3 examines the neurocognitive relevance of rhythmic and aperiodic regimes with regard to the neurophysiological context in which they may be engaged. Using a parallel multi-modal EEG-fMRI design with concurrent pupillometry, this project provides initial evidence that elevated demands shift cortical dynamics from a rhythmic to an irregular regime; and implicates concurrent phasic neuromodulation and subcortical thalamic engagement in these regime shifts.

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