Untersuchung der präfrontalen Aktivität als Indikator für die Automatisierung von motorisch-kognitiven Doppelaufgaben mit spezifischen zeitlichen Charakteristiken

Abstract

Motorisch-kognitive Doppelaufgaben sind ein fester Bestandteil erwachsenen Alltagslebens indem z.B. Gehen mit kognitiven Aufgaben wie dem Führen einer Unterhaltung kombiniert wird. Obwohl das Gehen als automatisiert gilt und damit geringerer höherer Kontrollanforderung (z.B. im präfrontalen Kortex) unterworfen sein sollte, wodurch Kapazitäten für andere Aufgaben frei würden, kann in Untersuchungen zu lokomotorisch-kognitiven Doppelaufgaben eine Reduktion verschiedener Gangparameter aber auch der kognitiven Leistung selbst bei jungen Erwachsenen beobachtet werden. Diese werden als Doppelaufgabenkosten aufgrund von Interferenzeffekten bei der Informationsverarbeitung interpretiert, die dazu führen, dass automatisierte einer bewussten Steuerung weichen muss. Die vorliegende Arbeit fokussiert auf die Untersuchung der grundsätzlichen Möglichkeit, lokomotorisch-kognitive Doppelaufgaben automatisiert auszuführen. Dazu werden gesunde, junge Studierende mit funktioneller Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) am präfrontalen Kortex beim Laufbandgehen mit unterschiedlichen Ganggeschwindigkeiten und kognitiven Zusatzaufgaben inklusive einer Langzeittrainingsstudie untersucht. Für die Analyse wird ein Verfahren entwickelt, das sowohl das Ausmaß der präfrontalen Aktivitätsänderung als auch die Änderung der Korrespondenz zwischen motorischen und kognitiven Leistungsparametern und präfrontaler Aktivität von der Einzel- zur Doppelaufgabenbedingung integriert. Dieses Modell ermöglicht die umfassende Interpretation auf der Basis der Informationsverarbeitungstheorie. Schließlich ergibt sich ein Hinweis auf automatisiertes Gehen mit gangsynchronisierter, kognitiver Zusatzaufgabe, obwohl sich doppelaufgabenbedingte Veränderungen im Gangmuster zeigen.

Motor-cognitive dual-tasking is a prominent part in adult life for example when walking while talking. Assuming walking as highly practiced and thus automatic, requirements in higher motor control should be reduced (e.g. in the prefrontal cortex) freeing capacities for another concurrent cognitive task. However, studies showed reduced walking performance and/or cognitive performance under dual-task conditions even in young adults. Then, these costs are explained with interference in information processing and the return to a more conscious control. The present thesis focus on the possibility to identify conditions for automatic dual-task performance. To this end, young and healthy adults performed treadmill walking tasks with different velocities in combination with cognitive tasks of different temporal structures and also a long-term training study. In addition to performance, prefrontal activity was recorded by using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). For analyzation purpose, a procedure was developed, which includes both the amount of activity and the correspondence between activity and performance contrasting single-task and dual-task conditions. This model allows the interpretation based on the information processing theory. Finally, there is evidence for automatized walking when combined with a cognitive task, which is synchronized to the walking cycle, despite of the observation of dual-task related changes in the walking pattern.