Functional networks of within- and cross-modal divided attention

Vohn, René; Spijkers, Wilhelmus

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-22139

Functional networks of within- and cross-modal divided attention = Funktionelle Netzwerke uni- und bimodaler Aufmerksamkeitsteilung

Vohn, René (Author)

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von René Vohn

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

Umfang93 Bl. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Zusammenfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak07

Hauptberichter/Gutachter
Spijkers, Wilhelmus (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-02-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-22139
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/49969/files/Vohn_Rene.pdf

Einrichtungen

Lehr- und Forschungsgebiet Psychologie mit dem Schwerpunkt Berufliche Rehabilitation (721520)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Aufmerksamkeit (Genormte SW) ; NMR-Tomographie (Genormte SW) ; Neuropsychologie (Genormte SW) ; Altersunterschied (Genormte SW) ; Alterspsychologie (Genormte SW) ; Psychologie (frei) ; Aufmerksamkeitsteilung (frei) ; fMRT (frei) ; Alterseffekte (frei) ; unimodal (frei) ; bimodal (frei) ; divided attention (frei) ; fMRI (frei) ; aging (frei) ; neuropsychology (frei) ; cross-modal (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 150

Kurzfassung
In aktuellen neuropsychologischen Konzepten wird Aufmerksamkeit in verschiedene Funktionsbereiche eingeteilt (Fernandez-Duque & Posner, 2001; Posner & Boies, 1971; Posner & Rafal, 1987; Sturm, 2005; van Zomeren & Brouwer, 1994). Eine dieser Teilfunktionen, “geteilte Aufmerksamkeit”, beschreibt die Fähigkeit, zwei oder mehr Aufgabenstellungen zur gleichen Zeit zu bearbeiten. Nach Wickens´ (1984) multipler Resourcen Theorie ist es schwieriger, zwei gleichzeitig präsentierte Aufgaben zu lösen, welche in der gleichen sensorischen Modalität (unimodal) dargeboten werden, im Vergleich zu Aufgaben, welche in verschiedenen sensorischen Modalitäten (bimodal) dargeboten werden. Darüberhinaus konnten in verschiedenen experimentellen Studien altersbedingte Unterschiede bei der Durchführung von geteilten Aufmerksamkeitsaufgaben festgestellt werden (Brouwer et al., 1991; Levitt et al., 2006; Ponds et al., 1988; McDowd & Craik, 1988; Somberg & Salthouse, 1982; Coburn et al., 2006). Je älter die Probanden waren, umso stärker waren die festgestellten Beeinträchtigungen. Moderne funktionelle Bildgebungsverfahren, wie die funktionelle Magnet-resonanztomographie (fMRT), ermöglichen es Hirnstrukturen zu bestimmen, welche für die Verarbeitung von bekannten psychologischen Prozessen und Effekten verantwortlich sind. Die vorliegende Dissertation beschreibt zwei verschiedene fMRT-Experimente, welche sich mit der Ausführung von geteilten Aufmerksamkeitsaufgaben beschäftigen. Beim ersten Experiment lag das Interesse in der Unterscheidung von kortikalen Repräsentationen während der Durchführung von unimodalen und bimodalen geteilten Aufmerksamkeitsaufgaben. 16 gesunde männliche Rechtshänder im Alter zwischen 21 und 30 Jahren bearbeiteten sowohl zwei unimodale (auditiv/auditiv, visuell/visuell) und eine bimodale geteilte Aufmerksamkeitsaufgabe, sowie dazugehörige selektive Aufmerksamkeitsaufgaben, welche als Kontrollbedingungen fungierten. Nach Abzug der entsprechenden Kontrollbedingungen waren für jede der drei geteilten Aufmerksam-keitsaufgaben, unabhängig von der dargebotenen sensorischen Modalität, signifikante Aktivierungen in rechtshemisphärischen Arealen zu beobachten. Zu diesem Netzwerk gehörten der präfrontale Kortex, der inferior parietale Kortex und das Claustrum. Die bimodale Aufgabe verursachte stärker ausgeprägte frontale und parietale Aktivierungen, sowie rechtshemisphärische Aktivierungen des anterioren Cingulums und des Thalamus. Im Vergleich zu den unimodalen Aufgaben waren in der bimodalen Bedingung zusätzliche bilaterale frontale und linksseitige inferior parietale Aktivierungen zu beobachten. Die beschriebenen zusätzlichen Aktivierungen in der auditiv/visuellen Bedingung sind vermutlich Auswirkungen der stärkeren Anforderungen, welche durch die Koordination der beiden gleichzeitig stattfindenden, kognitiven Prozesse in unterschiedlichen sensorischen Modalitäten verursacht wurden. Das zweite fMRT-Experiment befasste sich mit der Bestimmung von altersspezifischen kortikalen Aktivierungsunterschieden während der Durchführung von unimodalen und bimodalen geteilten Aufmerksamkeitsaufgaben. Eine junge (21-30 Jahre) und eine ältere Gruppe (51-74 Jahre) mit jeweils 16 gesunden männlichen Rechtshändern sollte, ähnlich wie im ersten Experiment, eine bimodale und zwei unimodale Aufgaben bearbeiten. Während der Durchführung der bimodalen Aufgabe zeigten sich im Vergleich zur jüngeren Gruppe stärkere bilaterale Aktivierungen im inferioren und medialen frontalen Kortex, im Cingulum und im inferioren parietalen Kortex, sowie eine linkshemisphärische Aktivierung des Claustrums. Die stärkere Aktivierung des inferior parietalen Kortex in der älteren Probandengruppe war ebenfalls in den beiden unimodalen Bedingungen zu beobachten, so dass diese Struktur eine wichtige Rolle in der Bearbeitung von geteilten Aufmerksamkeitsaufgaben bei älteren Erwachsenen zu spielen scheint; und dies ist unabhängig davon, in welcher sensorischen Modalität die Stimuli dargeboten werden. Es wird postuliert, dass die beschriebenen stärkeren Aktivierungen der älteren Gruppe kompensatorischer Natur sind und durch die stärkeren Anforderungen, die zur Regulierung des Aufmerksamkeitssystems benötigt werden, zu erklären sind. Andererseits zeigte die jüngere Gruppe lediglich zusätzliche Aktivierung in der bimodalen Bedingung. Die dort nachgewiesene Thalamus-Aktivierung könnte durch eine stärker automatisierte Verarbeitung von geteilten Aufmerksamkeitsaufgaben zu erklären sein.

In modern neuropsychology attention is subdivided into different domains (Fernandez-Duque & Posner, 2001; Posner & Boies, 1971; Posner & Rafal, 1987; Sturm, 2005; van Zomeren & Brouwer, 1994). One of these domains is divided attention, which describes the ability to process two or more different tasks at the same time. According to Wickens´ (1984) multiple resources theory, processing two tasks simultaneously presented in the same sensory modality (within-modal) is more difficult than processing two tasks presented in two different sensory modalities (cross-modal). Furthermore, many experimental studies demonstrated age-related differences in different divided attention tasks (Brouwer et al., 1991; Levitt et al., 2006; Ponds et al., 1988; McDowd & Craik, 1988; Somberg & Salthouse, 1982; Coburn et al., 2006). Compared with young adults, older adults showed a significantly decreased ability to divide attention. Modern functional imaging techniques such as functional magnetic resonance imaging (fMRI) provide the opportunity to identify brain structures which are linked to known psychological processes and effects. This thesis describes two different fMRI-experiments dealing with the execution of divided attention tasks. In the first experiment, we were interested in distinguishing the cortical representations of within-modal and cross-modal divided attention tasks. Sixteen healthy male subjects aged between 21 and 30 years underwent two within-modal (auditory/auditory, visual/visual) and one cross-modal (auditory/visual) divided attention task, as well as related selective attention control conditions. After subtraction of the corresponding control tasks the three divided attention tasks, irrespective of sensory modality, revealed significant activation in a right hemisphere network involving the prefrontal cortex, the inferior parietal cortex and the claustrum. Under the cross-modal condition, however, the frontal and parietal activation was more extended and more bilateral and there was also stronger right hemisphere activation of the anterior cingulate gyrus and the thalamus. In comparison to the within-modal conditions additional bilateral frontal and left inferior parietal activation was found for the cross-modal one. The supplementary fronto-parietal, anterior cingulate gyrus and thalamus activation in the auditory/visual condition could be argued to reflect an additional demand for coordination of two ongoing cross-modal cognitive processes. In the second fMRI-experiment, we were interested in detecting aging effects possibly causing age-related differences in cortical representations of within-modal and cross-modal divided attention tasks. A young group (aged 21 to 39 years) and an old group (aged 51 to 74 years) each comprising sixteen healthy male subjects underwent one cross-modal (auditory/visual) and two within-modal (auditory/auditory; visual/visual) divided attention tasks like in the first experiment. During the cross-modal task, the old group revealed stronger divided attention specific bilateral activation in inferior and middle frontal areas, in the cingulate gyrus and in the inferior parietal lobule as well as in the left claustrum than the young group. In the old group the right inferior parietal lobule was also stronger activated while performing the two within-modal tasks, indicating that in older people this specific brain structure is highly involved in divided attention irrespective of sensory modality. We assume that the described additional activation in the old group reflects compensatory effects caused by the greater demand for attentional resources in order to regulate the system. On the other hand, the young group only showed additional activation in the thalamus during the cross-modal task. This might represent a more bottom-up organized processing of divided attention tasks.

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