Zwei Wege zur Paritätsentscheidung: eine fMRT-Studie zur Notations-/Modalitätsspezifität in der Zahlenverarbeitung

Becher, Hans Hartmut; Willmes-von Hinckeldey, Klaus

doi:HT015193560

Zwei Wege zur Paritätsentscheidung: eine fMRT-Studie zur Notations-/Modalitätsspezifität in der Zahlenverarbeitung = Two routes for parity decision : a fMRI study of notation- and modality-specificity in number processing

Becher, Hans Hartmut (Author)

2007

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Hans Hartmut Becher

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2007

Umfang172 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Willmes-von Hinckeldey, Klaus (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2007-05-02

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-18802
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61683/files/Becher_Hartmut.pdf

Einrichtungen

Lehr- und Forschungsgebiet Neuropsychologie (535000-3)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Parität (Genormte SW) ; NMR-Tomographie (Genormte SW) ; Psychologie (frei) ; Zahlenverarbeitung (frei) ; fMRT (frei) ; Größenvergleich (frei) ; number processing (frei) ; fMRI (frei) ; parity (frei) ; magnitude comparison (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 150

Kurzfassung
Einleitung: Nach den Vorstellungen von Dehaene und Cohen (1995) und deren Ergänzung durch Dehaene et al. (2003) werden Zahlen in Abhängigkeit der Notation, Modalität und Aufgabenstellung in einem Netzwerk aus drei verschiedenen Codes verarbeitet, die mit drei anatomischen Representationen verknüpft sind. Hierbei wird dem horizontalen intraparietalen Sulcus bilateral die Funktion eines zahlenspezifischen, analogen Größencodes zugewiesen. Verbale Formate sowie Multiplikation und arithmetisches Faktenwissen sollen in perisylvischen Arealen linkshemisphärisch representiert werden. Schließlich soll die Paritätsaufgabe und die visuelle Zahlenform an den occipito-temporalen Übergang geknüpft sein, wobei die arabischen Zahlen rechtsseitig und die geschriebenen Zahlwörter linksseitig verarbeitet werden. Die Annahme der Bindung der Paritätsaufgabe an die visuelle Zahlenform beruht jedoch nur auf der Interpretation eines Reaktionszeitexperimentes von Dehaene (1992). Untersuchungen des MARC-Effektes zeigen jedoch auch eine verbal-linguistische Komponente der Paritätsentscheidung (Willmes & Iversen, 1995). Dies lässt einen notations- und modalitätsabhängigen zweiten Verarbeitungsweg der Paritätsentscheidung vermuten. Die Paritätsaufgabe sowie der direkte Notations- und Modalitätsvergleich in der Zahlenverarbeitung wurden in funktionell bildgebenden Experimenten bisher wenig untersucht. Unsere fMRT-Studie zur Notation-/Modalitäts-, Aufgaben- und Antwortspezifität in der Zahlenverarbeitung versuchte hier neue Argumente für die o. g. Hypothesen zu finden.Methoden: In einer fMRT-Studie untersuchten wir an 16 gesunden Probanden eine Größenvergleichs- und eine Paritätsaufgabe. Als Stimuli verwendeten wir arabische Zahlen sowie visuelle und auditive Zahlwörter. Die Entscheidung erfolgte in einem ersten Durchgang mental, in einem zweiten Durchgang mit Antworttasten zur motorischen Entscheidungsbekräftigung.Ergebnisse: Notations-/Modalitätsspezifität: Visuelle Stimuli führten bilateral im Bereich des unteren occipito-temporalen Übergangs zu Aktivierungen. Während sich diese bei der Größenvergleichsaufgabe in beiden Hemisphären gleichstark darstellten, zeigten sich bei der Paritätsaufgabe Lateralisierungstendenzen: Bei den arabischen Zahlen fanden sich rechts-, bei den geschriebenen Zahlwörtern linksseitig stärkere Aktivierungen. Die auditiven Zahlwörter aktivierten sowohl in der Größenvergleichsaufgabe wie in der Paritätsaufgabe perisylvische Areale im Bereich des superioren Temporallappens. In der Paritätsaufgabe fanden sich darüber hinaus auch Aktivierungen des posterioren Anteils des mittleren Temporallappens (BA 21). Aktivierungen des horizontalen Anteils des intraparietalen Sulcus ließen sich im Vergleich der Notationen und Modalitäten nicht darstellen. Aufgabenspezifität: Generell zeigte sich bei der Paritätsaufgabe eine deutlich stärkere Kortexaktivierung als bei der Größenvergleichsaufgabe. Die oben beschriebenen Lateralisierungstendenzen des occipito-temporalen Übergangs bei den Visuellen Stimuli stellten sich im direkten Vergleich der Aufgabenstellungen nicht dar. Die auditiven Zahlwörter hingegen aktivierten auch in dem Vergleich der Aufgabenstellungen in der Paritätsaufgabe posteriore Anteile des linkshemisphärischen mittleren Temporallappens. Antwortspezifität: Im Vergleich der Durchgänge (mit und ohne Antworttasten) fanden wir Aktivierungen des primär somatomotorischen und somatosensiblen Kortex. Zusätzliche Aktivierungen zeigten sich nicht.Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse unterstützen die Hypothese eines zahlenspezifischen Areals im Bereich des horizontalen intraparietalen Sulcus wie es von Eger et al. (2003) und Dehaene (2003) beschrieben wurde. Ferner sprechen die Lateralisierungstendenzen der visuellen Zahlenform in der Paritätsaufgabe für die von Dehaene (1992) postulierte Bindung der Paritätsaufgabe an den occipito-temporalen Übergang. Die perisylvischen Aktivierungen bei gesprochenen Zahlwörtern können als Representation des auditiv-verbalen Codes interpretiert werden. Diese Ergebnisse unterstützen grundsätzlich das Triple-Code Modell von Dehaene und Cohen (1995) und deren Ergänzungen durch Dehaene 2003. Weiter konnte für auditive Zahlwörter in der Paritätsaufgabe eine Aktivierung des posterioren mittleren Temporallappens links darstellen. Diese Aktivierung könnte mit der im Odd- und MARC-Effekt beschriebenen verbal-linguistischen Komponente der Paritätseigenschaft verknüpft sein. Denkbar ist somit, dass dieses Areal die Paritätseigenschaft alternativ zur visuellen Zahlform representiert und nach individueller Präferenz bei verbalen Formaten aktiviert. Weitere Untersuchungen zur Bestätigung dieser Hypothese bleiben abzuwarten.

Introduction: According to Dehaene and Cohen (1995) as well as Dehaene et al. (2003), numbers are processed depending on notation, modality and task. Three codes are claimed to build a network of functional and anatomical number representations. First, an abstract semantic magnitude representation is assumed to be connected bilaterally to the horizontal intraparietal sulcus. Second, verbal formats as well as multiplication and arithmetical fact retrieval are supposed to be represented in left hemispheric perisylvic areals. Last, parity decision and the visual number form are presumed to be connected to inferior occipito-temporal junction, on the left side for arabic numerals, on the right side for written number words. But the idea of the connection between the parity decision and the visual number form is only based on one reaction time experiment by Dehaene (1992). Investigations on the MARC-Effect also show verbal-linguistic influences on the parity decision (Willmes & Iversen, 1995). Therfore a second route for processing which is notation- and modality dependent could be assumed. The parity decision as well as the direct comparision of notations and modalities in number processing has rarely been examined in fMRI studies. Our experiment is supposed to find new arguments for two routes to take the parity decision.Methodes: In a fMRI study we investigated sixteen healthy volunteers in a magnitude comparison and a parity decision task in three input formats (arabic numerals, written and spoken number words). The decision was taken mentally in the first run and by response keys in the second run.Results: Notation- and modality-specificity: Visual stimuli produced bilateral activations of the inferior occipito-temporal junction. The activations were similar in the magnitude comparison task but lateralized in the parity decision task: Activations for arabic numerals were stronger in the right hemisphere, where as activations for written number words were stronger in the left hemisphere. Auditory stimuli produced activations in the perisylvic areals as well as the superior temporal lobe in both tasks. But only in the parity decision task could additional activations be found in the posterior part of the middle temporal lobe (BA 21). Activations in the horizontal part of the intraparietal sulcus could neither be found by comparing different notations nor by comparing modalities. Task-specifity: In general, during the parity decision task, stronger activations were measured than during the magnitude comparison task. The lateralization tendencies towards a certain hemisphere mentioned above could not be seen in the direct comparison of the tasks. The spoken number words, on the other hand, again showed activations of the posterior part of the left hemisperic middle temporal lobe. Response-specificity: No additional activations to the presumed somatomotoric and somatosensoric cortex activations have been found. Conclusion: Our results generally support the hypothesis of a number of specific representation located in the horizontal part of the intraparietal sulcus as assumed by Eger et al. (2003) and Dehaene (2003). Furthermore, the lateralization tendencies for the different stimuli in the parity decision task underline a functional connection between the parity decision and the inferior occipito-temporal junction as postulated by Dehaene (1992). The perisylvic activations for spoken number words can be seen as the representation of the auditive-verbal code. Therefore our results so far support the triple-code model of Dehaene and Cohen (1995). Additionally, an activation of the posterior part of the left hemisperic middle temporal lobe could be found for auditory stimuli during the parity decision task only. This activation could be the anatomical connection to the verbal-linguistic component of parity as decribed before by the Odd- and MARC-effect. Therefore this areal could be a second route for the representation of parity. An interindividual preference between the visual number form and this verbal representation is assumed. Further investigations should take place.

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