Durch dynamische Aktivität im Gehirn kann ein Organismus auf seine Umwelt reagieren. Der Parietallappen spielt zwar in vielen Anforderungsbereichen eine Rolle, soll sich jedoch auf bestimmte Merkmale beschränken. Dieser Widerspruch könnte in Annahmen über Aufgabencharakteristika und deren Verbindung zu parietaler Aktivität begründet sein. Viele kognitive Modellen klammern die Konnektivität des Gehirns aus, zulasten ihrer biologischen Plausibilität. Die vorliegende kumulative Dissertation umfasst drei Manuskripte, die einige dieser Probleme ansprechen. Symbolische (arabische Zahlen) und nichtsymbolische (Punktewolken) Multiplikation und Division wurden zur Validierung des experimentellen Paradigmas sowie zur Untersuchung von Antwortverzerrungen (Operational Momentum) benutzt. Aufgrund der besseren Leistung in symbolischen Aufgaben, wurden aufgabenbezogene Konnektivitätsveränderungen in zerebralen und parietalen Seed-Regionen mit psychophysiologischer Interaktionsanalyse (gPPI) bei symbolischer Multiplikation geprüft. Zudem wurden bildgebende Daten einer nichtsymbolischen Schätzaufgabe sowie in unabhängigen funktionellen Lokalisieraufgaben erhoben. Parietale und sensorische Regionen wurden mittels multivariater Verfahren (multivoxel pattern analysis) analysiert. Die Ergebnisse dieser drei Studien legen nahe, dass parietale Aktivität eine wichtige bereichsübergreifende Bedeutung besitzt, die eventuell mit Aufgabenschwierigkeit und kognitiver Anforderung zusammenhängt. Der Beitrag sensorischer Regionen zu bereichsspezifischen Leistungen scheint bedeutender als bislang angenommen. Der Parietallappen interagiert mit dem Zerebellum und beide reagieren auf Schwierigkeit. Die abnehmende Konnektivität bei zunehmend komplexen Multiplikationen legt nahe, dass eine komplexitätsabhängige Modulation der Konnektivität wichtig für eine bedarfsabhängig adäquate Reaktion ist. Zusammen zeigen diese Ergebnisse wie verschiedene Gehirnregionen auf Umweltanforderungen reagieren. / The brain’s dynamic activity allows an organism to respond to its environment. The parietal lobe plays a role in responding to demands in many domains. However, it is also claimed to be specific to many task features. One reason for this contradiction may be assumptions about task features and their link to parietal activity. The connectivity within the brain has also been overlooked in many cognitive models, making them less biologically plausible. This cumulative dissertation presents three manuscripts that address some of these issues. Symbolic (Arabic digits) and non-symbolic (dot-arrays) multiplication and division were used to behaviorally validate an experimental paradigm as well as test response bias (operational momentum). Subjects accurately responded to symbolic problems, therefore symbolic multiplication problems were used to examine task-related connectivity changes from cerebellar and parietal seed regions using psycho-physiological interactions analysis (gPPI). Finally, brain imaging data from a non-symbolic estimation task and an independent functional localizer was collected. Parietal and sensory regions were analyzed using multi-voxel pattern analysis (MVPA). The results of the three studies suggest that parietal activity may reflect a more domain-general role, possibly related to task complexity and cognitive demand. Additional sensory regions also seem to play a larger role in domain specific task performance than previously assumed. Furthermore, the parietal lobe interacts with the cerebellum and both regions are involved in responding to task complexity. Cerebellar-parietal connectivity decreased during more complex multiplication, suggesting that increased connectivity during simple tasks and/or decreased connectivity during complex tasks, may be important for response to task demands. Together, these findings demonstrate the roles of multiple brain regions in responding to environmental demands.

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