Open Access

Leonie Wüsthoff

• Die Objekterkennung spielt für die menschliche Wahrnehmung eine zentrale Rolle. Hierzu nutzen wir das visuelle System in ähnlichem Maße wie den Tastsinn zur Exploration unserer Umwelt. In Kombination beider Sinne gelingt es uns unser Umfeld adäquat wahrzunehmen. Um postulierte Interaktionen zwischen visuellem und haptischem System aufzudecken und näher zu untersuchen, bedienten wir uns der Methode der funktionellen Magnetresonanztomographie. Vorangehende funktionell bildgebende Studien über visuo-haptische zerebrale Informationsverarbeitung beschrieben den lateralen okzipi-talen taktil-visuellen Kortex (LOtv) und den intraparietalen Sulcus (IPS) als Hauptkandidaten für visuo-haptische Integration (Amedi et al., 2005; Sathian, 2005). Die meisten Studien betrachteten jedoch alleinig Schnittmengen aus Ergebnissen nach unimodaler Aktivierung. Um nun strengere statistische Kriterien für das Auffinden visuo-haptischer Integrationsareale zu testen (Beauchamp, 2005; Laurienti et al., 2005), suchten wir nach Regionen, welche durch direkte bimodale Stimulation stärker aktiviert werden, als nach Darbietung unimodaler Reize. Ziel dieser Arbeit war es, in Anlehnung an vorbestehende Literatur unter Zuhilfenahme strengerer statistischer Kriterien und mittels abstrakten Stimulations-Materials nach Integrationseffekten infolge simultaner visuo-haptischer Stimulation im menschlichen Gehirn zu suchen. Neurophysiologische Grundlage dieses Vorhabens ist dabei die Annahme, dass neuronale Gruppen spezifische Funktionen erfüllen und deren Aktivität über das sogenannte „Blood Oxygen Level Dependend-Signal“ (BOLD-Signal) mittels fMRT sichtbar gemacht werden kann. Sechzehn gesunde Probanden partizipierten an der vorliegenden Studie. Während des Experiments kamen Schwarz-weiß-Fotografien und haptisch zu explorierende Figuren wahlweise von Tieren oder abstrakten Objekten zum Einsatz. Diese wurden dem jeweiligen Probanden teils als Einzelreiz (rein visuell/rein haptisch), teils simultan als visuo-haptische Reize während des fMRT-Messvorgangs dargeboten. Diese visuo-haptische Objektdarbietung führte zu einer signifikanten Aktivierung verschiedener kortikaler Gehirnregionen. Im Rahmen unseres Experiments konnten hauptsächlich drei bilaterale Regionen identifiziert werden, welche einen visuo-haptischen Integrationseffekt für das verwendete Stimulusmaterial zeigten: LOtv, IPS und das anteriore Cerebellum. Interessanterweise zeigte das rechtslaterale Cerebellum den robustesten visuo-haptischen Effekt, der weder vom Stimulusmaterial (Tiere/Fribbles), noch von der Kongruenz der dargebotenen Reize abzuhängen schien. Aufgrund der Beobachtung, dass selbst isolierte motorische Beanspruchung Aktivationssignale im Gehirn auslösen kann, wurde ein zweites Studienprotokoll zum Ausschluss motorischer Aktivität als alleinige Komponente der Signalantwort entwickelt und eine zusätzliche rein motorische Kontrollbedingung eingeführt. Im Folgenden ließen sich die im Hauptexperiment identifizierten Regionen auch unter dieser zusätzlichen Bedingung abbilden. Mit unserem Studiendesign gelang es, die in der Literatur als multisensorisch vorbeschriebenen Regionen erneut nachzuweisen. Zusätzlich deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass es cerebelläre bimodal integrierende Areale gibt, welche auch in Abwesenheit zusätzlicher Aufgabenstellungen eine wichtige Rolle in visuo-haptischen Verarbeitungsprozessen spielen. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob diese Regionen zukünftig endgültig als multisensorisch einzustufen sind.
• Object recognition plays a crucial role in everyday life. We explore our environment using our visual and haptic sensory systems. Taken together these senses help us to percept our surroundings in an appropriate manner. The present study used fMRI to investigate possible interactions between the visual and tactile systems. Functional imaging studies of visuo-tactile processing have revealed lateral occipital tactile visual cortex (LOtv) and intraparietal sulcus (IPS) as the prime candidate regions for object-related visuo-haptic integration (Amedi et al., 2005; Sathian, 2005). However, most of these studies computed conjunctions of unimodal visual and tactile activations. To test more strictly for VT integration (Beauchamp, 2005; Laurienti et al., 2005), we searched for regions that were activated by each of the unimodal conditions, and additionally responded more strongly to bimodal visuo-tactile stimulation than to each of the unimodal conditions. The aim of this study was to search for multisensory convergence after simultaneous visuo-tactile stimulation. We applied stronger statistical criteria and unfamiliar object stimuli, while controlling for potential motor, naming and imagery confounds. The neuro-physiological rationale of this approach is the assumption that specific neural clusters implement specific functions and that their neural activation can be visualized by fMRI. Sixteen healthy subjects participated in our study. During stimulation we used black-and-white photographs and 3D tactile objects presented canonically either in isolation or in different bimodal combinations. The visuo-tactile object presentation elicited a significant activation in different cortical brain regions. We revealed mainly three bilateral brain areas that showed visuo-tactile convergence while using natural and artificial stimuli: LOtv, IPS and the anterior cerebellum. Interestingly we found the most robust visuo-tactile integration effect in right lateral cerebellum. This effect depended neither on the particular stimulus material (animals or fribbles) nor on orientation congruency. As isolated motor demands can provoke a signal enhancement in the brain, we performed a second experiment to control for motor activation as a single component of neural response. We identified the same regions as listed above even when controlling for motor activity. Our adapted study design revealed brain regions that have previously been described as multisensory. Additionally our results indicate that there are areas of multisensory convergence in bilateral anterior cerebellum that play an important role in visuo-haptic processing even in the absence of additional task demands. However it remains unclear whether these regions will definitively be classified as multisensory in future research.