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Titel: Behavioral and Neural Indices of Perceiving Multisensory Action Outcomes
Autor: Arikan Seefeldt, Belkis Ezgi
Weitere Beteiligte: Kircher, Tilo (Prof. Dr.)
Veröffentlicht: 2017
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0748
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-07480
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0748
DDC: 610 Medizin, Gesundheit
Titel(trans.): Verhaltensindizes und neurale Indizes in der Wahrnehmung multisensorischer Handlungskonsequenzen
Publikationsdatum: 2017-12-14
Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0

Dokument

Schlagwörter:

Summary:
Distinct perception for voluntary vs. externally-generated action outcomes has been demonstrated in timing and intensity domains. First, time interval between an action and its outcome is perceived shorter. Second, sensory stimuli triggered by one’s own action is judged as less intense than similar stimuli triggered externally. The differential perception of voluntary action outcomes has been attributed to efference copy-related predictive mechanisms, and has been studied extensively using behavioral and imaging methods. However, although voluntary movements in the real world produce feedback in multiple modalities, previous experiments mostly investigated unimodal action outcomes. Therefore, the perception of multisensory inputs associated with our own actions remains to be explored. The aim of this dissertation was to fill this gap by investigating the behavioral and neural correlates of multisensory action outcomes. In Study 1, synchrony perception for multisensory outcomes triggered by voluntary vs. externally-generated movements was assessed. Study 1.1 showed increased perception of simultaneity for audiovisual stimulus pairs around the time of action. Study 1.2 revealed a similar effect also when the movement was externally-generated, underlining the importance of causal relations between events in shaping time perception. Interestingly, the slopes of the psychometric functions in the voluntary condition were significantly steeper than the slopes in the externally-generated condition, suggesting a role of action-related predictive mechanisms in making synchrony perception more precise. Study 2 investigated the neural correlates of perceiving unimodal vs. bimodal inputs triggered by voluntary button presses compared with passive viewing of identical stimuli. Results showed BOLD suppression for voluntary action outcomes in comparison to passive viewing of the same stimuli. This BOLD suppression effect was independent of the to-be-attended modality and the number of modalities presented. The cerebellum was found to be recruited more during bimodal trials and when a delay was detected. These findings support action-related predictive processing of voluntary action outcomes, demonstrating it also for multisensory action outcomes. The findings also indicate the cerebellum’s role in error-related action outcome processing, and the influence of the additional sensory modality on error-related activity in the cerebellum. Study 3 investigated neural correlates of perceiving unimodal vs. bimodal action outcomes by focusing on efference copy-related predictive processing in a naturalistic experimental set- up. Results extend findings of Study 2 regarding the predictive processing of multisensory action outcomes to a naturalistic context, and support the role of the cerebellum in error- related action outcome processing. Importantly, activity in the cerebellum was modulated by the additional modality, highlighting the role of multisensory processing in shaping motor- sensory interactions. Together, findings of these studies strengthen existing evidence on the distinctive perception for voluntary action outcomes, extending it to multisensory action outcomes, and to a realistic context. Implications of this line of research extend to revealing mechanisms behind agency deficits frequently observed in schizophrenia, as well as to the development of intervention techniques targeting the rehabilitation of patients with spinal cord injury or stroke.

Zusammenfassung:
Studien haben gezeigt, dass es Unterschiede in der Wahrnehmung von Handlungskonsequenzen gibt, abhängig davon ob die Handlung eine eigene, willkürliche Bewegung ist oder extern generiert wurde. Zum Beispiel wird die Zeit zwischen eigenen Handlungen und deren Konsequenzen kürzer wahrgenommen, als sie eigentlich ist. Des Weiteren werden sensorische Stimuli, die aus eigenen Handlungen entstehen, als weniger intensiv wahrgenommen als extern erzeugte Stimuli. Als Grund für die unterschiedliche Wahrnehmung von eigenen und extern generierten Handlungskonsequenzen vermutet man den Efferenzkopiemechanismus. Dieser wurde bereits vielfach mittels behavioralen und bildgebenden Methoden untersucht. Wenn auch willkürliche Bewegungen in der ‘realen Umwelt’ Rückmeldungen an das Gehirn über verschiedene Modalitäten nach sich ziehen, haben bisherige Untersuchungen lediglich unimodale Handlungskonsequenzen untersucht. Daher ist die Wahrnehmung von multisensorischen Inputs der eigenen Handlungskonsequenzen, ein noch unerforschtes Thema. Das Ziel dieser Dissertation ist es, diese Lücke zwischen behavioralen und neuronalen Korrelaten multisensorischer Handlungskonsequenzen zu schließen. In der ersten Studie wurde die synchrone Wahrnehmung von multisensorischen Konsequenzen untersucht, welche durch willkürliche oder extern erzeugte Handlungen ausgelöst wurden. Studie 1.1 zeigte eine gesteigerte Wahrnehmung von Simultanität der audiovisuellen Stimulipaare über die Zeit der Handlung auf. Studie 1.2 konnte einen ähnlichen Effekt bei extern generierten Bewegungen zeigen. Dies unterstreicht die Rolle der zeitlichen Abfolge der Ereignisse für die Zuweisung von Kausalität. Der unterschiedliche Effekt der willkürlichen Handlungen manifestiert sich in der Genauigkeit der Bewertung ihrer Simultanität. Interessanterweise waren die Steigungen der psychometrischen Funktionen bei den Bedingungen mit willkürlicher Bewegung signifikant steiler als in der Bedingung mit extern-generierter Bewegung. Dies lässt eine Rolle von Efferenzkopiemechanismen bei der Wahrnehmung von Simultanität vermuten. Die zweite Studie untersuchte die neuronalen Korrelate der Wahrnehmung von unimodalen und bimodalen Handlungskonsequenzen bei willkürlichem Tastendrücken im Vergleich zur passiven Beobachtung der identischen Handlungskonsequenzen, ohne diese verursacht zu haben. Die Ergebnisse zeigen eine BOLD-Unterdrückung bei willkürlichen Handlungen verglichen mit der Bedingung des passiven Beobachtens der Stimuli, unabhängig von Modalität der Stimuli, auf welche die Aufmerksamkeit gerichtet war. Das Cerebellum scheint eine zentrale Rolle in bimodalen Bedingungen zu spielen, v.a. in der Detektion von Verzögerungen zwischen den Stimuli der Modalitäten. Diese Ergebnisse zeigen eine distinkte neuronale Wahrnehmung willkürlicher Handlungen, bei der Verarbeitung von Multisensorischen Reizen. Die dritte Studie untersuchte die neuronalen Korrelate der Wahrnehmung von uni- vs. bimodalen Handlungskonsequenzen mit Fokus auf Efferenzkopiemechanismen in einer naturalistischen experimentellen Umgebung. Die Ergebnisse stützen die zuvor aufgeführten Befunde im Bezug auf Efferenzkopiemechanismen bei der Wahrnehmung von selbstgenerierten Handlungskonsequenzen, und erweitern diese Befunde für einen multisensorischen Kontext. Weiterhin unterstreichen sie die Beteiligung des Cerebellums an Efferenzkopiemechanismen. Wesentlich ist hier, dass der modulatorische Effekt der zweiten Modalität auf das BOLD-Signal die Rolle von multisensorischen Prozessen bei motorsensorischen Interaktionen unterstreicht. Zusammen genommen bestärken die Studien die unterschiedliche Wahrnehmung von Handlungskonsequenzen willkürlicher Bewegungen und extern generierter Bewegungen und erweitern diese Befunde mit einem multimodalen Setting. Arbeiten aus diesem Gebiet können maßgeblich dazu beitragen, gestörte Zuweisungen von Urheberschaft bei Schizophrenie besser zu verstehen. Des Weiteren kann ein besseres Verständnis dieser Prozesse dazu beitragen, Patienten mit Rückenmarksverletzungen oder Schlaganfall effizienter behandeln zu können.


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