150 Psychologie
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The influence of delayed auditory feedback on action evaluation and execution of real-life action-induced sounds apart from language and music is still poorly understood. Here, we examined how a temporal delay impacted the behavioral evaluation and neural representation of hurdling and tap-dancing actions in a functional magnetic resonance imaging (fMRI) experiment, postulating that effects of delay diverge between the two, as we create action-induced sounds intentionally in tap dancing, but incidentally in hurdling. Based on previous findings, we expected that conditions differ regarding the engagement of the supplementary motor area (SMA), posterior superior temporal gyrus (pSTG), and primary auditory cortex (A1). Participants were videotaped during a 9-week training of hurdling and tap dancing; in the fMRI scanner, they were presented with point-light videos of their own training videos, including the original or the slightly delayed sound, and had to evaluate how well they performed on each single trial. For the undelayed conditions, we replicated A1 attenuation and enhanced pSTG and SMA engagement for tap dancing (intentionally generated sounds) vs. hurdling (incidentally generated sounds). Delayed auditory feedback did not negatively influence behavioral rating scores in general. Blood-oxygen-level-dependent (BOLD) response transiently increased and then adapted to repeated presentation of point-light videos with delayed sound in pSTG. This region also showed a significantly stronger correlation with the SMA under delayed feedback. Notably, SMA activation increased more for delayed feedback in the tap-dancing condition, covarying with higher rating scores. Findings suggest that action evaluation is more strongly based on top–down predictions from SMA when sounds of intentional action are distorted.
The role of attentional focusing in motor tasks has been highlighted frequently. The “internal–external” dimension has emerged, but also the spatial distance between body and attended location. In two experiments, an extended attentional focus paradigm was introduced to investigate distality effects of attentional foci on balance performance. First, the distality of the coordinates of the point of focus was varied between a proximal and distal position on an artificial tool attached to the body. Second, the distance of the displayed effect on the wall was varied between a 2.5 and 5 m condition. Subjects were instructed to focus on controlling either a proximal or distal spot on a tool attached to their head, represented by two laser pointers. Subsequently, they needed to visually track their own body-movement effect of one of the laser pointers at a wall while completing various single leg stance tasks. Center of pressure (COP) sway was analyzed using a linear method (classic sway variables) as well as a nonlinear method (multiscale entropy). In addition, laser trajectories were videotaped and served as additional performance outcome measure. Experiment 1 revealed differences in balance performance under proximal compared to distal attentional focus conditions. Moreover, experiment 2 yielded differences in balance-related sway measures and laser data between the 2.5 and 5 m condition of the visually observable movement effect. In conclusion, varying the distality of the point of focus between proximal and distal impacted balance performance. However, this effect was not consistent across all balance tasks. Relevantly, the distality of the movement effect shows a significant effect on balance plus laser performance with advantages in more distal conditions. This research emphasizes the importance of the spatial distality of movement effects for human behavior.
Sedentäres Verhalten steht als Risikofaktor in Verbindung mit kardiovaskulären und metabolischen Erkrankungen sowie der Gesamtsterblichkeit. Die Unterbrechung sedentären Verhaltens durch körperlicher Aktivität wird mit einem verringerten Risiko für kardiovaskuläre und metabolische Erkrankungen in Zusammenhang gebracht. Ziel der Studie ist der Vergleich akuter Effekte aktiver Unterbrechungen während- und körperlicher Aktivität vor mehrstündigem sedentärem Verhalten auf metabolische Veränderungen, innerhalb einer Gruppe junger gesunder Frauen.
18 gesunde Frauen (25.6y±2.6, BMI 21.5 kg/m2±2.0) nahmen an einer balancierten Crossover-Studie mit Kontroll-(CTRL) und 2 verschiedenen Bewegungsarmen teil. Alle Studienarme umfassten eine 4 stündige Sitzphase und eine Frühstücksmahlzeit mit standardisierter Zusammensetzung und selbstgewählter Menge. Während der Bewegungsarme fuhren die Probandinnen 30min am Stück vor (PRE) oder in 5x je 6min als aktive Unterbrechung (BREAK) der Sitzphase auf einem Radergometer (70% VO2max). Es wurden Insulin-, Glucose- und Triacylglycerol-Blutwerte vor (Baseline) und zu 6 Zeitpunkten während der Sitzphase in allen 3 Studienarmen erfasst. Die Kinetik dieser metabolischen Parameter wurde mittels maximaler- und minimaler Differenz zum Baselinewert sowie „incremental Area Under the Curve“ (iAUC) als Hauptzielparameter erfasst. Die Untersuchung auf Unterschiede der Hauptzielparameter zwischen den Untersuchungsarmen wurde mittels Varianzanalysen unter Berücksichtigung der aufgenommenen Nahrungsmenge als Kovariate (ANCOVA) durchgeführt.
Die Analyse der Insulinkinetik zeigte geringere Serum Insulinkonzentrationen im Zeitverlauf (iAUC) im Untersuchungsarm mit aktiven Unterbrechungen (BREAK). Weiterhin war in BREAK die maximale Differenz zum Baselinewert der Insulinkonzentration verglichen zur Bedingung ohne Aktivität (CTRL) niedriger. Die Kinetik der Blutglukose und Serum Triacylglycerolkonzentration unterschied sich nicht zwischen den Untersuchungsarmen. Die aufgenommene Nahrungsmenge zeigte einen deutlichen Einfluss auf die Kinetik der Insulin und Glukosekonzentration.
Die Resultate bestätigen spezifische Effekte von aktiven Unterbrechungen auf die zelluläre Glukoseaufnahme während sedentären Verhaltens. Die Nahrungsmenge beeinflusst das Ausmaß der postprandialen metabolischen Veränderungen während sedentären Verhaltens. Zukünftige Studien sollten den Einfluss der Häufigkeit und zeitliche Anordnung von Pausen in Abhängigkeit der Nahrungsaufnahme überprüfen.
Cognitive flexibility and cognitive stability : neural and behavioral correlates in men and mice
(2014)
The ability to flexibly adjust behavior according to a changing environment is crucial to ensure a species' survival. However, the successful pursuit of goals also requires the stable maintenance of behavior in the face of potential distractors. Thus, cognitive flexibility and cognitive stability are important processes for the cognitive control of behavior. There is a large body of behavioral and neuroimaging research concerning cognitive control in general, but also specifically on cognitive flexibility and cognitive stability, albeit most often assessed in separate task paradigms. Nevertheless, whether cognitive flexibility and cognitive stability depend upon separate or shared neuronal bases is still a matter of debate. Complementing empirical research, computational models have become an important strategy in neuroscientific research, as they have the potential of providing mechanistic explanations of empirical observations, for example by allowing for the direct manipulation of molecular parameters in simulated neural networks. The computational model underlying the so-called Dual-State Theory contains specific hypotheses with respect to cognitive flexibility and cognitive stability. The neural networks simulated by this model exhibit multiple stable firing states, i.e., the neural network can maintain a high firing state also without continuing external input due to a network architecture consisting of recurrently connected neurons. Transitions between such network states, also called attractor states, can be induced by external input, and represent working memory contents or active task rules. Simulations showed that the stability of these attractor states, and thus of task rule representations, depend on the dopamine state of the system and can consequently vary between persons. The Dual-State Theory predicts an antagonistic relationship between cognitive flexibility and cognitive stability, as robust attractor states would facilitate the inhibition of distractors, but impair efficient task switching, while rather unstable attractor states would promote efficient transitions between representations but would also come at the cost of increased distractibility.
Based on the Dual-State Theory, a task paradigm was designed allowing for the simultaneous assessment of cognitive flexibility, in the sense of rule-based task switching, and cognitive stability, in the sense of inhibiting irrelevant distractors. Furthermore, a behavioral measure was developed to assess the individual attractor state stability, named spontaneous switching rate (SSR). In the first study of this work, this paradigm was tested in a sample of healthy human subjects using functional magnetic resonance imaging (fMRI). An overlapping fronto-parietal network was activated for both cognitive flexibility and cognitive stability. Furthermore, behavioral as well as neuroimaging results are in favor of an antagonistic relationship between cognitive flexibility and cognitive stability. A specific prefrontal region, the inferior frontal junction (IFJ), was implied to potentially contain the relevant neural networks mediating the transitions between attractor states, i.e., task rule representations, as its activity was modulated by the SSR such that persons with rather unstable attractor states activated it less during task switching while showing better performance. Most importantly, functional connectivity of the IFJ was antagonistically modulated by the SSR: more flexible persons connected it less to another prefrontal area during task switching, while showing higher functional connectivity during distractor inhibition.
In a second study, a larger human sample was assessed and further hypotheses derived from the Dual-State Theory on variability of neural processing were tested: we hypothesized that persons with high brain signal variability should have less stable network states and thus benefit on tasks requiring cognitive flexibility but suffer from it when the task requires a higher degree of cognitive stability. Furthermore, recent fMRI-research on brain signal variability revealed beneficial effects of higher brain signal variability on cognitive performance in general. Using a novel customized analysis pipeline to measure trial-to-trial fMRI-signal variability, we indeed found differential effects of brain signal variability: higher levels of brain signal variability were found to be beneficial for effectiveness, i.e., performance in terms of error rates, for both cognitive flexibility and stability. However, brain signal variability impaired the efficiency in terms of response times of inhibiting distractors, i.e., cognitive stability.
Due to further predictions of the Dual-State Theory concerning schizophrenia and the dopaminergic system, it was considered valuable to pursue a translational approach and thus allowing for the employment of animal models of psychiatric diseases. Consequently, in a first step the human paradigm was translated for a murine population using an innovative touchscreen approach. Results showed analogous behavioral effects in wildtype mice as before in healthy humans: the antagonistic relation between cognitive flexibility and cognitive stability was replicated and also for mice, a behavioral measure for the individual attractor stability was established and validated, named the individual spontaneous switching score.
To conclude, we established a novel paradigm assessing both cognitive flexibility and stability simultaneously showing an antagonistic relationship between these two cognitive functions on the behavioral level in two different species, which supports predictions from the Dual-State Theory. This was further underlined by evidence on the activation, functional connectivity and signal variability level in the human brain.
Ausgehend von dem gesellschaftlichen Problem des Übergewichts im Kindesalter wird die besondere Bedeutung und Verantwortung des Sportunterrichts für diese Klientel herausgestellt. Dabei wird die These vertreten, dass der Sportunterricht seinem Auftrag nur dann gerecht werden kann, wenn es gelingt, auch übergewichtigen Kindern positive Erfahrungen in Bezug auf Bewegung, Spiel und Sport zu vermitteln. Im Rahmen dieses sportpädagogischen Problemfeldes wurde zunächst ein Fragebogen konzipiert und validiert, der das Wohlbefinden als Indikator für positive Erfahrungen übergewichtiger Schüler mit dem von normalgewichtigen Kindern vergleicht (n = 336). Eine anschließende qualitative Untersuchung in Form von Leitfadeninterviews (mit acht übergewichtigen/adipösen Kindern) ergänzt und konkretisiert die Ergebnisse.
Als wesentliches Resultat konnte die Erkenntnis gewonnen werden, dass das Wohlbefinden – gemessen durch ein faktorenanalytisch generiertes Modell mit den drei Faktoren „Sportunterricht/Sportlehrer“ (Faktor I), „sportliches Selbstwertgefühl“ (Faktor II) und „Mitschüler/Schulzufriedenheit“ (Faktor III) – keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gewichtsklassen zeigt (Faktor I p = .57; Faktor II p = .04; Faktor III p = .23). Übergewichtige Schüler fühlen sich demnach nicht weniger wohl als ihre normalgewichtigen Klassenkameraden, in der Skala sportliches Selbstwertgefühl erzielten sie sogar höhere Werte (Normalgewichtige m = 2,06 ± 0,96; Übergewichtige m = 2,27 ± 0,89). Trotz dieses positiven Befundes verspüren Übergewichtige durchaus so manche Unzufriedenheit. Die Frage nach der Wichtigkeit der bzw. der Zufriedenheit mit den Komponenten Sportunterricht, eigene sportliche Leistung, Zusammenarbeit mit den Mitschülern, Figur und Sportlehrer machte deutlich, dass den Übergewichtigen Figur und sportliche Leistung sehr wichtig sind, sie jedoch nur bedingt damit zufrieden sind. Die Unterschiede in den entsprechenden Skalen erwiesen sich als hoch signifikant (Figur p = .00 d = .28; sportliche Leistung p = .01 d = .29). Die Überprüfung der Frage F1.2 hinsichtlich der geschlechtsspezifischen Unterschiede in den Aussagen zum Wohlbefinden lieferte lediglich ein signifikantes Ergebnis (p = .01) mit mittlerem Effekt (d = .48). Übergewichtige Mädchen gaben im Faktor „Mitschüler/Schulzufriedenheit“ höhere Werte an (m = 3,27 ± 0,66) als übergewichtige Jungen (m = 2,93 ± 0,75). Daraus lässt sich schließen, dass sich die weiblichen Übergewichtigen besser von ihren Mitschülern verstanden und unterstützt fühlen und sie eine allgemein größere Schulzufriedenheit verspüren als die männliche Vergleichsgruppe.
Die Auswertung in Bezug auf die Herkunft der Schüler lieferte keine signifikanten Ergebnisse. Dieser Befund deutet auf eine gelungene Integration der ausländischen Schüler hin, die aber möglicherweise aufgrund des hohen Ausländeranteils im Stadtgebiet Offenbach nicht repräsentativ ist.
Die Auswertung der Interviews zeigte, dass der positive Selbstwert auf ein hohes Maß an sozialer Anerkennung zurückzuführen ist. Entgegen zahlreichen theoretischen Vorannahmen berichtete kein Kind von anhaltenden Diskriminierungen oder Schamgefühlen aufgrund seines Gewichts. Die Bedeutung der eigenen sportlichen Leistung zeichnete sich mehrfach als Schlüsselkriterium im Umgang mit der pädagogischen Herausforderung, dem Erschaffen eines Problembewusstseins, ohne den Selbstwert und die Freude am Sporttreiben zu trüben, ab. Übergewichtige Kinder messen der Leistung einen hohen Stellenwert bei und erkennen in der Hoffnung einer möglichen Verbesserung, dass eine Reduktion des Gewichtes vorteilhaft ist.
Acute physical activity has been repeatedly shown to improve various cognitive functions. However, there have been no investigations comparing the effects of exercise during verbal encoding versus exercise prior to encoding on long-term memory performance. In this current psychoneuroendocrinological study we aim to test whether light to moderate ergometric bicycling during vocabulary encoding enhances subsequent recall compared to encoding during physical rest and encoding after being physically active. Furthermore, we examined the kinetics of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in serum which has been previously shown to correlate with learning performance. We also controlled for the BDNF val66met polymorphism. We found better vocabulary test performance for subjects that were physically active during the encoding phase compared to sedentary subjects. Post-hoc tests revealed that this effect was particularly present in initially low performers. BDNF in serum and BDNF genotype failed to account for the current result. Our data indicates that light to moderate simultaneous physical activity during encoding, but not prior to encoding, is beneficial for subsequent recall of new items.
Der Sport verlässt seine traditionellen Räume. Fest um- und begrenzte Territorien der Turnhalle, des Fußballplatzes oder des Leichtathletikstadions werden in vielen Trendsportarten ersetzt durch die Grenzenlosigkeit sowohl des Naturraums als auch des städtischen Raums. Jüngstes und vielleicht spektakulärstes Beispiel für die Urbanisierung des Sports ist eine aus Frankreich stammende Bewegungskunst mit dem Namen »Le Parkour«.