Trait anxiety and the neural efficiency of cognitive processing

Ängstlichkeit und die neuronale Effizienz kognitiver Verarbeitung

Die vorliegende Arbeit untersucht den Zusammenhang von Ängstlichkeit und Kognition. Sie
beschäftigt sich mit der Frage, ob eine ängstliche Persönlichkeit sich negativ auf kognitive
Prozesse auswirkt. Für kognitive Proz
Die vorliegende Arbeit untersucht den Zusammenhang von Ängstlichkeit und Kognition. Sie
beschäftigt sich mit der Frage, ob eine ängstliche Persönlichkeit sich negativ auf kognitive
Prozesse auswirkt. Für kognitive Prozesse, welche die Verarbeitung bedrohungsrelevanter
Reize erfordern, sind Beeinträchtigungen bei ängstlichen Personen empirisch gut belegt (Bar-
Haim et al., 2007). Ängstliche Personen werden durch potentiell bedrohliche Reize stärker
abgelenkt. Infolgedessen zeigen sie im Vergleich zu niedrigängstlichen Personen stärkere Beeinträchtigungen
in kognitiven Leistungen, wenn bedrohungsrelevante Reize präsent sind. Kognitive
Theorien der Ängstlichkeit erklären diesen Effekt mit Veränderungen im Gleichgewicht
zweier Systeme, die beim Menschen für die Steuerung von Aufmerksamkeit verantwortlich
sind (Mathews & Mackintosh, 1998). Es wird angenommen, dass bei ängstlichen Personen
ein System für die reizgesteuerte Ausrichtung der Aufmerksamkeit generell einen stärkeren
Einfluss und ein System für die zielgerichtete Ausrichtung von Aufmerksamkeit generell einen
schwächeren Einfluss hat. Während eine Verzerrung der Aufmerksamkeit zugunsten potentiell
bedrohlicher Reize bei ängstlichen Personen unumstritten ist, konnte bisher nicht abschließend
geklärt werden, ob Ängstlichkeit auch die Verarbeitung affektiv neutraler, nicht bedrohungsrelevanter
Informationen beeinflusst. Die Attentional Control Theory (Eysenck et al., 2007)
nimmt an, dass aufgrund einer generellen Schwächung der zielgerichteten im Vergleich zur
reizgesteuerten Aufmerksamkeitskontrolle hochängstliche im Vergleich zu niedrigängstlichen
Personen bei allen Aufgaben benachteiligt sind, welche die zielgerichtete Kontrolle von Aufmerksamkeit
erfordern – auch wenn eine Aufgabe keine bedrohungsrelevanten Informationen
enthält. Weiter nimmt die Theorie an, dass die Beeinträchtigung der zielgerichteten Aufmerksamkeitskontrolle
nicht notwendigerweise zu Leistungseinbußen führt. Denn gerade hochängstliche
Personen sind besonders motiviert, gute Leistungen zu erbringen, um negative Konsequenzen
zu vermeiden. Deswegen werden sich hochängstliche im Vergleich zu niedrigängst-
lichen Personen mehr anstrengen. Die Attentional Control Theory unterscheidet zwischen
der Effektivität der Leistung und der Effizienz der Verarbeitung. Die Effektivität bezeichnet
die beobachtbare Leistung, in der Regel die Fehlerrate. Die Effizienz setzt die Effektivität
in Relation zur Anstrengung, die aufgewendet wurde, um eine gegebene Leistung zu erzielen.
Eine zentrale Annahme der Theorie besagt, dass Ängstlichkeit die Effizienz kognitiver
Verarbeitung stärker beeinträchtigt als die Effektivität der Leistung. Um ein gegebenes Leistungsniveau
zu erreichen, müssen und werden hochängstliche Personen sich mehr anstrengen
als niedrigängstliche Personen. Die Theorie spezifiziert weiter, dass eine Beeinträchtigung
der Verarbeitungseffizienz bei Hochängstlichen insbesondere für solche Aufgaben zu erwarten
ist, die den Einsatz der exekutiven Funktionen Inhibition und Shifting (vgl. Miyake et al.,
2000) erfordern. Die Funktion Inhibition bezeichnet dabei die Fähigkeit, Distraktorreize und
dominante Reaktionen zu unterdrücken. Shifting bezeichnet die Fähigkeit, Aufmerksamkeit
zwischen und innerhalb von Aufgaben zu verschieben. Eysenck et al. (2007) begründen ihre
Vorhersage damit, dass gerade diese Funktionen auf die zielgerichtete Kontrolle von Aufmerksamkeit
angewiesen sind.
Die vorliegende Arbeit stellt eine empirische Überprüfung der Attentional Control Theory
(Eysenck et al., 2007) mittels der Methode der funktionellen Magnetresonanztomographie
(fMRT) dar. Die Methode erlaubt auf neuronaler Ebene die für eine Untersuchung der Verarbeitungseffizienz
unabdingbare Erfassung der aufgabenbezogenen Anstrengung. Die neuronale
Effizienz einer Leistung kann bestimmt werden, indem eine beobachtete Leistung zum fMRISignal
als Index der neuronalen Anstrengung in Relation gesetzt wird. Frühere Überprüfungen
der Theorie haben aufgabenbezogene Anstrengung aus beobachteter Leistung geschätzt (z. B.
Eysenck, Payne, & Derakshan, 2005). Dieser Ansatz wurde aufgrund der Konfundierung von
Maßen der Effektivität und Anstrengung kritisiert (Derakshan & Eysenck, 2009). Mehrfach
wurde gefordert, dass die Methode der fMRT zur Überprüfung der Theorie herangezogen werden
sollte (z. B. Eysenck & Derakshan, 2010). Bisher liegen jedoch wenige Studien vor,
welche die Vorhersagen der Attention Control Theory mittels fMRT überprüft haben. Fales
et al. (2008) fanden in ihrer Untersuchung Unterstützung für die Hypothese zur verminderten
Verarbeitungseffizienz bei Ängstlichen. Allerdings unterschied die Studie nicht zwischen Inhibition
und Shifting, den beiden exekutiven Funktionen, für die Eysenck et al. (2007) einen
Effekt der Ängstlichkeit vorhersagen. Bishop (2009) untersuchte Effekte der Ängstlichkeit
auf Hirnaktivierung in einer affektiv neutralen kognitiven Aufgabe, bot mit einer Aufgabe, in
der Wahrnehmungsanforderungen manipuliert werden, jedoch keine adäquate Überprüfung für
eine Theorie, deren Vorhersagen sich auf exekutive Anforderungen beziehen. Die vorliegende
Arbeit untersucht die Vorhersagen der Attentional Control Theory in kognitiven Aufgaben
mit affektiv neutralem Reizmaterial, um zu überprüfen, ob Ängstlichkeit mit einer generellen,
nicht gefahrreizspezifischen Beeinträchtigung von Aufmerksamkeitsleistungen verbunden ist.
Es wurden drei Studien durchgeführt, die spezifisch die exekutiven Funktionen Inhibition und
Shifting untersuchten. Studie 1 beschäftigte sich mit Inhibition. Zwei weitere Studien untersuchten
Shifting. Dabei wurde zwischen der Verschiebung von Aufmerksamkeit zwischen
Repräsentationen von Aufgaben (Studie 2: Shifting – Aufgaben) und Objekten (Studie 3:
Shifting – Objekte) im Arbeitsgedächtnis unterschieden. Alle drei Studien untersuchten Effekte
der Ängstlichkeit auf die Effektivität der Leistung sowie die Effizienz der Verarbeitung. Als
Maß der Effektivität der Leistung dienten die beobachteten Fehlerraten. Die Verarbeitungseffizienz
wurde anhand der Stärke der aufgabenabhängigen Veränderungen im fMRI-Signal im
dorsolateralen präfrontalen Cortex (DLPFC) bestimmt, einer Region, die als neuronale Grundlage
der zielgerichteten Aufmerksamkeitskontrolle gilt (vgl. Miller & Cohen, 2001). Darüber
hinaus wurde untersucht, ob Ängstlichkeit einen Effekt auf die Konnektivität verschiedener
aufgabenrelevanter Regionen hat. Für alle drei Aufgaben wurden die folgenden Hypothesen
getestet.
Zur Effektivität der Performanz:
(a) Hypothese zur beobachtbaren Leistung
Die Fehlerrate zeigt keinen oder einen negativen Zusammenhang mit Ängstlichkeit.
Zur Effizienz der Verarbeitung:
(b) Hypothese zur regionalen Aktivierung
Die aufgabenabhängige Aktivität im DLPFC zeigt einen positiven Zusammenhang mit
Ängstlichkeit.
(c) Hypothese zur funktionalen Konnektivität
Die funktionale Konnektivität zwischen dem DLPFC und anderen Regionen in aufgabenrelevanten
Netzwerken variiert mit Ängstlichkeit.
Während die ersten beiden Hypothesen sich direkt aus der Attentional Control Theory ableiten
lassen, geht die Hypothese zur funktionalen Konnektivität über das hinaus, was bisher zur
Überprüfung der Theorie vorgeschlagen wurde. Da jedoch generell angenommen wird, dass die
Natur kognitiver Prozesse nicht nur durch die Aktivität einzelner Regionen, sondern vielmehr
durch die funktionale Integration neuronaler Netzwerke bestimmt wird (Friston, 2002), sollte
eine Untersuchung der neuronalen Effizienz auch die Konnektivität innerhalb von Netzwerken
berücksichtigen.
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The current work investigated the association of trait anxiety and the neural efficiency of
cognitive processing for affectively neutral (not threat-related) information. In a sample of 46
healthy volunteers, three fMR
The current work investigated the association of trait anxiety and the neural efficiency of
cognitive processing for affectively neutral (not threat-related) information. In a sample of 46
healthy volunteers, three fMRI experiments were conducted to test the prediction derived from
attentional control theory (Eysenck et al., 2007) that high as compared to low trait-anxious
individuals expend more neural effort on tasks requiring the top-down control of attention
to reach a given level of performance. In a colour-word Stroop task requiring the inhibition
of irrelevant stimulus information and associated responses as well as in a working-memorymanipulation
task requiring the shifting of attention between items in working memory, trait
anxiety (as measured with the State-Trait Anxiety Inventory; Spielberger et al., 1970) was positively
associated with task-related increases in the activation of two adjacent regions in the
right dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). The finding that along with a stronger activation
of this brain region commonly implicated in top-down control processes, the high-anxious
subjects showed equal (working memory manipulation) or worse (Stroop) performance when
compared to low-anxious subjects, does support the assumption that processing is less efficient
in the high anxious. However, in contrast to the predictions, trait anxiety did not show a significant
association with task-related brain activation in a task-switching paradigm requiring
shifting between task sets. It is discussed how different attentional control demands of the task
may account for differences in the effects of trait anxiety on overt behavioural performance
and underlying neural processes. In addition to DLPFC activation, trait anxiety modulated
the functional connectivity of distributed regions involved in processing of the Stroop and the
working-memory-manipulation task. It is discussed how the observed differences in regional
DLPFC activation and network connectivity relate to each other. A possible interpretation
suggests that activation increases in the DLPFC reflect an attempt to compensate for suboptimal
connectivity by investing more effort in prefrontally supported control processes. Overall,
the current work shows an association of trait anxiety with the neural efficiency of cognitive
processing in affectively neutral tasks involving attentional control. Furthermore, it suggests
that investigations of neural efficiency should take into account difference in functional integration
in addition to regional activation.
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Metadaten
Author:Ulrike Basten
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-229326
Referee:Christian J. Fiebach, Sonja Rohrmann, Marcel Brass
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2011/10/18
Year of first Publication:2011
Publishing Institution:Univ.-Bibliothek Frankfurt am Main
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Univ.
Date of final exam:2011/07/13
Release Date:2011/10/18
Pagenumber:IV, 165
Note:
Diese Dissertation steht außerhalb der Universitätsbibliothek leider (aus urheberrechtlichen Gründen) nicht im Volltext zur Verfügung, die CD-ROM kann (auch über Fernleihe) bei der UB Frankfurt am Main ausgeliehen werden.
HeBIS PPN:308353188
Institutes:Psychologie
Dewey Decimal Classification:150 Psychologie
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License LogoArchivex. zur Lesesaalplatznutzung § 52b UrhG

$Rev: 11761 $