Beschreibung

• In diesem Forschungsvorhaben soll untersucht werden, wie unterschiedliche Hirnregionen während Enkodierung und Abruf von Gedächtnisinhalten miteinander kommunizieren. Die zeitliche Synchronisierung neuronaler Aktivität nimmt eine Schlüsselrolle für die Kommunikation zwischen Neuronenpopulationen ein und ist damit auch ein zentraler Mechanismus für die Integration von räumlich verteilt repräsentierten kognitiven Funktionen. In der ersten Phase des Projektes wurde die Hypothese getestet, dass synchronisierte neuronale Aktivität im Gammabandbereich (Oszillationen über 30 Hz) die Aktivierung von Gedächtnisspuren widerspiegelt. Diese Annahme konnte bestätigt werden. Unsere Ergebnisse weisen zudem darauf hin, dass Gammaband¬synchronisierungen im Kontext von Gedächtnisaufgaben mit niederfrequenten Oszillationen kovariieren, die vermutlich exekutive Prozesse widerspiegeln. Folglich wollen wir in der zweiten Phase des Projektes genauer untersuchen, wie der Zugriff auf Gedächtnisspuren von höheren kognitiven Funktionen moduliert wird. Dabei steht die Analyse von Oszillationen im Theta- und Alphabandbereich im Vordergrund, die als Korrelate von exekutiven Kontroll- und Arbeitsgedächtnisprozessen diskutiert werden. Die geplante Untersuchung des Zusammenspiels von Gamma-, Theta- und Alphabandoszillationen ermöglicht eine umfassende Analyse von mnemonischen Subprozessen in Langzeit- und Arbeitsgedächtnis. Sie kann damit u.a. einen Beitrag zu der Kontroverse liefern, inwieweit beide Gedächtnissysteme als getrennte kortikale Module oder aber als gemeinsames System realisiert sind. Um die dynamischen Interaktionen der zugrunde liegenden Subprozesse abbilden zu können, müssen Kopplungen zwischen Frequenzbändern direkt quantifiziert werden. Zentral für das Vorhaben sind daher die Anwendung und Weiterentwicklung von Methoden zur Analyse von Kopplungen zwischen Frequenzbändern (cross-frequency coupling).

Projektlaufzeit

• 01.11.2016 - 31.05.2018

Verbund/Partnerorganisation

• Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf - Zentrum für experimentelle Medizin - Institut für Neurophysiologie und Pathophysiologie

Ergebniszusammenfassung

• Die vorliegenden Projekte gingen von den grundlegenden Annahmen aus, dass die Synchronisation der Aktivität verteilter kortikaler Areale einen basalen Mechanismus zur Orchestrierung kognitiver Prozesse darstellt. Sowohl im EEG als auch im MEG spiegelt sich diese Synchronisation in der Form oszillatorischer Aktivität in verschiedenen Frequenzbändern wider. Im Fokus des hier zusammengefassten Forschungsprojektes stand die Untersuchung des Zusammenspiels von Oszillationen im Theta, Alpha-, und Gammaband bei verschiedenen Gedächtnisprozessen. Dazu war die Durchführung von drei EEG und drei MEG Studien geplant. Wir konnten zeigen, dass sich sowohl bei Arbeitsgedächtnisaufgaben als auch beim Zugriff auf das Langzeitgedächtnis die Aktivierung kortikaler Engramme im Gamma-Band widerspiegelt. Die Gamma-Band Aktivität lässt sich dabei in Arealen verorten, die auch bei der perzeptuellen Verarbeitung relatierter Reize aktiv sind. Theta-Band Oszillationen spiegeln exekutive Kontrollprozesse wider und lassen sich in frontalen Arealen verorten. Theta- und Gamma-Band Oszillationen treten dabei nicht unabhängig voneinander auf, sondern die Phase der Theta Oszillationen moduliert die Amplitude im Gamma-Band. Alpha-Band Schwingungen stehen v.a. mit Aufmerksamkeitsprozessen während des Gedächtniszugriffes in Zusammenhang. Unsere neuro-physiologischen Befunde wurden in ein etabliertes kognitions-psychologischen Gedächtnismodell (Embedded-Processes-Modell) integriert, das davon ausgeht, dass sich Arbeitsgedächtnisfunktionen durch aktivierte Langzeitgedächtnisinhalte erklären lassen. Das beschriebene integrative Modell zur oszillatorischen Basis mnemonischer Funktionen wurde bis dato für ein vom Berichterstatter verfasstes Lehrbuch zum Thema Gedächtnis verwendet. Der Komplexität des Themas geschuldet bleiben natürlich viele Fragen bezüglich des Zusammenhangs oszillatorischer Hirnaktivität und Gedächtnisfunktion offen; das entwickelte Modell stellt allerdings eine solide Basis dar, um Fragen für zukünftige Forschungsarbeiten theoriegeleitet zu formulieren.