From stimulus to response: Analyses of electrophysiological and behavioral indicators of sensorimotor interaction processes in linear movements to kinesthetically and visually defined spatial locations

Based on the results suggesting that the time between stimulus and response may have critical influence on the involved mechanisms, we conducted a series of behavioral and EEG experiments, in which we investigated the role of stimulus-response delays in sensorimotor processes in the kinesthetic and...

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Main Author: Kirsch, Waldemar
Contributors: Rösler, Frank (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2007
Psychologie
Subjects:
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Table of Contents: Den Inhalt der vorliegenden Arbeit bilden die Untersuchungen der Verhaltens- und EEG-Indikatoren sensomotorischer Interaktionsprozesse in der kinästhetischen und der visuellen Modalität. Basierend auf Befunden, die für zeitabhängige Veränderungen sensomotorischer Interaktionsmechanismen sprechen, wurden sieben Experimente durchgeführt, in denen der Einfluss der Zeit zwischen einem Reiz und der darauf folgenden motorischen Reaktion im Mittelpunkt des Interesses stand. Die generelle Versuchsanordnung bestand darin, einen Hebel auf der horizontalen Ebene zu bewegen bis dieser gestoppt wurde. Anschließend musste die Hand in die Startposition zurückgeführt werden. Die Probanden hatten die Aufgabe, die jeweilige Endposition der ersten Bewegung oder die zurückgelegte Distanz mittels einer weiteren Handbewegung zu reproduzieren. In den ersten zwei Experimenten wurde der Einfluss einer verbal-kognitiven und einer motorischen Aufgabe auf das Behalten kinästhetischer Informationen untersucht. Die Wirkung der implementierten Distraktoraufgaben war abhängig von der Dauer des Verzögerungsintervalls. Insgesamt legten die Ergebnisse die Schlussfolgerung nahe, dass eine unmittelbare Reproduktion mit einem Zugriff auf eher dynamische Bewegungsinformationen einherging. Im Gegensatz dazu, schien eine verzögerte Widergabe mit statischen Aspekten, wie der Endstellung der Hand oder räumlichen Position des Reizes assoziiert zu sein. Die Ursprüngliche Versuchsanordnung wurde im dritten Experiment insofern modifiziert, als die erste Rückbewegung vor der initialen Startposition gestoppt wurde. Die Aufgabe der Versuchspersonen bestand darin, von diesem neuen Startpunkt aus entweder die zurückgelegte Distanz oder die Position des Targets zu reproduzieren. Die untypische Form des Beschleunigungsverlaufs, die während der Reproduktionsphase bei der Distanzwiedergabe beobachtet wurde, schien der Beschleunigungstrajektorie der Enkodierungsphase zu ähneln. In Anlehnung darauf, lag die Schlussfolgerung nahe, dass während der Distanzreproduktion v.a. die dynamischen Informationen der ersten Bewegung in die Planung der Reproduktionsbewegung eingingen, während im Falle der Positionsreproduktion man eher einer Quelle, wie der räumlichen Position des Reizes folgte. Im vierten Experiment wurde das Interstimulusintervall so angepasst, dass das imperative Signal für die Reproduktion annähernd 0, 200, 400, 600 und 800 ms nach dem Ende der ersten Rückbewegung erfolgte. Die Probanden hatten die Aufgabe, die Endposition der ersten Bewegung zu reproduzieren. Ein wesentliches Ergebnis in bezug auf die Beschleunigung während der Reproduktionsphase bestand darin, dass die Versuchspersonen eine ähnliche Kontrollstrategie anwandten, wie in der Distanzbedingung der vorherigen Studie. Im fünften Verhaltensexperiment erfolgte die Reproduktionsbewegung annähernd 0, 1, 2, 4, 6 und 8 Sekunden nach dem Ende der ersten Rückbewegung. Die distanzspezifische Skalierung der minimalen Beschleunigung unter den kurzen Intervall-Bedingungen (0 und 1) war vergleichbar mit dem Muster des vorherigen Experiments und der Distanzbedingung der dritten Studie. Eine weitere Verlängerung des Zeitintervalls äußerte sich in einer sukzessiven Abweichung von dieser untypischen Modulation und einer Veränderung in Richtung der Positionsbedingung der vorherigen Studie. Außerdem konnte festgestellt werden, dass ein „Effekt der zentralen Tendenz“ ab etwa 2 Sekunden auftrat. Dies deutete darauf hin, dass der Einfluss des Kontextes auf die Reproduktion erst ab einem Intervall von ca. 2 Sekunden erfolgte. Im Rahmen der ersten EEG Studie sollte der Frage nachgegangen werden, wie eine Verzögerung der Reaktion sich auf die hirnelektrischen Indikatoren von Behalte-, Planung- und Steuerungsmechanismen auswirkt. Die EKP Amplitude wurde in mehreren Verarbeitungsepochen, angefangen mit dem Ende der ersten Rückbewegung, durch die Zeit Manipulation moduliert. Wir konnten Hinweise finden, die für zeitabhängige Veränderungen der Aktivierungsmuster sprachen und sich u.a. in der Beteiligung von qualitativ unterschiedlichen frontoparietalen Netzwerken sowie in den Veränderungen der Dominanz der beiden Hirnhemisphären äußerten. Die zweite EEG Studie sollte der Frage nachgehen, ob ähnliche Zusammenhänge sich auch in der visuellen Modalität feststellen lassen. Die Analyse der EKPs der Planungsphase ergab wesentliche Unterschiede in der evozierten Aktivität in Abhängigkeit von der Länge des Verzögerungsintervalls. Insgesamt deuteten die EEG-Daten auf eine dreifache Dissoziation funktioneller Mechanismen hin, die je nach Zeitpunkt des Abrufs involviert sein können. Zusammen mit den Ergebnissen der Verhaltensexperimente legen sie ein komplexes und dynamisches Bild nahe, bei dem die Sensorik und die Motorik auf unterschiedlichen hierarchischen Verarbeitungsebenen miteinander interagieren können.