Neuronale Korrelate motorischer und sensorischer Enkodierungsstrategien in N-Back-Aufgaben : eine fMRT-Studie

Abstract

In vielen Studien konnte gezeigt werden, dass schizophren erkrankte Personen Arbeitsgedächtnisbeeinträchtigungen zeigen. Allerdings ist die genaue Art dieser Defizite weiterhin Gegenstand aktueller Forschung. Die Studien lieferten widersprüchliche Ergebnisse, d.h. ein Teil zeigte eine Hypo-, ein anderer Teil eine Hyperaktivierung des dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC). Ziel der vorliegenden Arbeit war, einen Beitrag zur Klärung dieser unterschiedlichen Ergebnisse zu leisten. Dafür wurde eine funktionelle MRT-Studie mit 28 gesunden Probanden durchgeführt. Es wurden zwei verschiedene N-Back-Aufgaben verwendet: die CDRT - eine Continous-Delayed-Response-Task und die CMT eine Continous-Matching-Task. Die beiden Aufgaben unterscheiden sich anhand der Verwendung der Enkodierungsstrategie, mit der die für die Aufgabe relevante Information gespeichert wird. In der CMT muss eine retrospektive sensorische Strategie verwendet werden, wohingegen die CDRT auch mit einer prospektiven motorischen Strategie gelöst werden kann. In der vorliegenden Studie mit gesunden Probanden konnte gezeigt werden, dass die Verwendung einer motorischen Strategie in der CDRT wie vermutet mit Hirnaktivierungen in Arealen der motorischen Präparation und die Verwendung einer sensorischen Strategie in der CMT mit Hirnaktivierungen im Wesentlichen in Arealen des verbalen Arbeitsgedächtnisses, u.a. des DLPFC, einhergeht. Dies spricht für die Speicherung der Information in Form einer Repräsentation der motorischen Reaktion in der motorischen Strategie und der Speicherung des Stimulus selber als Wort in der sensorischen Strategie.In Vorbefunden konnte gezeigt werden, dass sich schizophren erkrankte Personen und gesunde Probanden bei der Bearbeitung der N-Back-Aufgaben CDRT und CMT deutlich im Lösungsverhalten unterscheiden. Diese Unterschiede lassen sich durch die unterschiedliche Verwendung der Enkodierungsstrategien erklären. Das Verhalten der schizophren erkrankten Personen kann durch eine experimentelle Manipulation simuliert werden. Durch Verwendung dieser Manipulation zeigte sich in der vorliegenden Studie sowohl im Lösungsverhalten als auch in den Hirnaktivierungen die Verwendung einer sensorischen Strategie in beiden N-Back-Aufgaben. Diese Befunde sprechen dafür, dass die Beeinträchtigungen schizophren erkrankter Personen nicht allein in einer Dysfunktion spezifischer Verarbeitungsprozesse, als auch in dem Einsatz einer anderen Enkodierungsstrategie anzusiedeln sind. Der Einsatz unterschiedlicherVerarbeitungsstrategien führt zu unterschiedlichen Hirnaktivierungsmustern in den verschiedenen Aufgaben und könnte damit einen Teil der unterschiedlichen Forschungsergebnisse bei schizophren erkrankten Personen erklären, u.a. die Hypo- bzw. Hyperaktivierungen des DLPFC. Many studies have shown that schizophrenic patients show impairments in working memory. However, the precise nature of such impairments is still subject of ongoing research. Such studies partially showed inconsistent findings, such as a hypo- and a hyperactivation of the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). The present study strives to provide more insights and clarifications into such apparently contradictory results. To this end we studied 28 healthy persons in a functional MRI-study. We employed two different N-Back-Tasks: CDRT - a Continuous-Delayed-Response-Task, and CMT a Continuous-Matching-Task. These tasks differ in the encoding strategies employed to represent information pertinent to the executed tasks. For solving CMT, a retrospective sensory strategy is required, whereas CDRT can also be solved with prospective motor strategies. The findings reveal in healthy persons, as hypothesized, that a motor strategy in CDRT induces an activation of brain areas responsible for motor preparation, whereas employing a sensory strategy for CMT essentially induces activation patterns in brain areas responsible for the verbal working memory, amongst others the DLPFC. This suggests that information necessary for successful task solving is represented as motoric patterns when employing motor strategies, whereas a verbal representation is used of such information when employing sensory strategies.In previous investigations it could be shown that schizophrenic patients and healthy persons differ significantly in the overt behavior during solving N-Back-Tasks such as CDRT and CMT. The findings of the present study suggest that these differences can be explained by the selection of different encoding strategies. To this end manipulating the experimental setting in healthy persons simulated the behavior of the schizophrenic patients observed in the past. In the present experiment overt behavior and brain activation pattern after experimental manipulation in both N-Back-Tasks agree with the use of a sensory strategy for both N-Back-Tasks.Thus schizophrenic patients seem to employ depending on task characteristics to some extent a different strategy than healthy controls. This would cause diverging brain activation patterns in the different tasks and could partially explain the apparently inconsistent observations for schizophrenic patients reported in previous research, amongst others hypo- and hyperactivation of the DLPFC.