A systemic analysis of subprocesses of visual spatial attention in the human brain

Natürliche visuelle Szenen konfrontieren uns in jedem Augenblick mit einer Vielzahl von Objekten, von denen nur wenige für unsere Handlungen von Bedeutung sind. Visuelle Aufmerksamkeit bezeichnet die Fähigkeit, relevante Reize auszuwählen und gleichzeitig irrelevante Informationen zu unterdrücken. In funktionell bildgebenden Untersuchungen konnte beim Menschen ein fronto- parietales Netzwerk identifiziert werden, das visuell-räumliche Aufmerksamkeit bei einer Vielzahl von Aufgaben kontrolliert. Es gibt eine anhaltende Debatte über die Spezifität der Subregionen dieses Netzwerkes für verschiedene Teilfunktionen von visuell-räumlicher Aufmerksamkeit. In der vorliegenden Arbeit wurde an insgesamt 42 gesunden Probanden eine systemische Analyse der Kontrolle und Expression von Teilfunktionen visuell-räumlicher Aufmerksamkeit mit psychophysikalischen Verfahren, funktioneller Bildgebung und transkranieller Gleichstrom-Stimulation (tDCS) durchgeführt. Es wurde ein Messverfahren entwickelt, das die Effekte von visuell-räumlicher Aufmerksamkeit im visuellen Kortex erfassbar macht. Dieses Verfahren erlaubt es, spezifische Teilbereiche des Gesichtsfelds in den visuellen Arealen (V1-V4v) effizient zu kartieren, d.h. die Größe und Überlappung der kortikalen Repräsentationen dieser Gesichtsfeldbereiche auf jeder Verarbeitungsebene zu bestimmen (Kraft et al., 2005). Ferner konnte gezeigt werden, dass die kortikalen Repräsentationen der Gesichtshalbfelder innerhalb des fronto- parietalen Netzwerkes für unterschiedliche Teilfunktionen visuell-räumlicher Aufmerksamkeit ein spezifisches Verteilungsmuster haben. Bei stationären Aufmerksamkeitsprozessen sind im fronto-parietalen Netzwerk rechtshemisphäriell beide Halbfelder des Gesichtsfeldes repräsentiert, linkshemisphäriell nur das kontralaterale Halbfeld. Das Muster während dynamischer Aufmerksamkeitsprozesse verhält sich dazu umgekehrt (Sommer et al., 2008). Schließlich konnte auf Verhaltensebene ein psychophysikalischer Parameter etabliert werden, der die Effekte erhöhter Erregbarkeit im visuellen Kortex auf die Interaktion zwischen visueller Verarbeitung und visuell- räumlicher Aufmerksamkeit quantifiziert. Stimulationsbedingte erhöhte Erregbarkeit im visuellen Kortex führte für zentral dargebotene Reize zu einer Verbesserung der Diskriminationsleistung (Olma et al., 2011). Für zukünftige Studien eröffnet die Kombination der hier beschriebenen Verfahren eine interessante Perspektive. Die Effekte einer tDCS-vermittelten Modulation der Aktivität des frontoparietalen Netzwerkes könnten mithilfe der fMRT an zuvor kartierten retinotopen Orten im visuellen Kortex direkt gemessen werden. Sollte die Modulation der Aktivität des frontoparietalen Netzwerkes effektiv sein, würde dies einen therapeutischen Ansatz für Neglect-Patienten bieten.Visual spatial attention engages a ‘frontoparietal network’ comprising the frontal eye fields (FEF) and multiple sub-regions of the intraparietal sulcus (IPS). There is an ongoing debate about the specificity of the subregions of this network for subprocesses of visual spatial attention concerning their interaction with information processesing within the visual cortex. In this disseration, a systemic analyisis of the control and expression of subprocceses of visual spatial attention was conducted in 42 healthy subjects using psychophysical procedures, functional imaging and transcranial direct current stimulation (tDCS)