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Tonio Heidegger

• Recent studies have suggested an important role of cortical gamma oscillatory activity (30-100 Hz) as a correlate of encoding, maintaining and retrieving auditory, visual or tactile information in and from memory. It was shown that these cortical stimulus representations were modulated by attention processes. Gamma-band activity (GBA) occurred as an induced response peaking at approximately 200-300 ms after stimulus presentation. Induced cortical responses appear as non-phase-locked activity and are assumed to reflect active cortical processing rather than passive perception. Induced GBA peaking 200-300 ms after stimulus presentation has been assumed to reflect differences between experimental conditions containing various stimuli. By contrast, the relationship between specific oscillatory signals and the representation of individual stimuli has remained unclear. The present study aimed at the identification of such stimulus-specific gamma-band components. We used magnetoencephalography (MEG) to assess gamma activity during an auditory spatial delayed matching-to-sample task. 28 healthy adults were assigned to one of two groups R and L who were presented with only right- or left-lateralized sounds, respectively. Two sample stimuli S1 with lateralization angles of either 15° or 45° deviation from the midsagittal plane were used in each group. Participants had to memorize the lateralization angle of S1 and compare it to a second lateralized sound S2 presented after an 800-ms delay phase. S2 either had the same or a different lateralization angle as S1. After the presentation of S2, subjects had to indicate whether S1 and S2 matched or not. Statistical probability mapping was applied to the signals at sensor level to identify spectral amplitude differences between 15° and 45° stimuli. We found distinct gamma-band components reflecting each sample stimulus with center frequencies ranging between 59 and 72 Hz in different sensors over parieto-occipital cortex contralateral to the side of stimulation. These oscillations showed maximal spectral amplitudes during the middle 200-300 ms of the delay phase and decreased again towards its end. Additionally, we investigated correlations between the activation strength of the gamma-band components and memory task performance. The magnitude of differentiation between oscillatory components representing 'preferred' and 'nonpreferred' stimuli during the final 100 ms of the delay phase correlated positively with task performance. These findings suggest that the observed gamma-band components reflect the activity of neuronal networks tuned to specific auditory spatial stimulus features. The activation of these networks seems to contribute to the maintenance of task-relevant information in short-term memory.
• Ergebnisse aus aktuellen Studien legen nahe, dass kortikale oszillatorische Aktivität im Gamma-Bereich (30-100 Hz) eine wichtige Rolle für verschiedene kognitive Prozesse spielt. Dazu zählen das Kodieren, die Aufrechterhaltung und der Abruf auditorischer, visueller oder taktiler Informationen in das bzw. aus dem Gedächtnis. Es konnte gezeigt werden, dass diese kortikale Aktivität durch Aufmerksamkeitsprozesse beeinflusst wird. Gamma-Aktivität trat bei vorangegangenen Untersuchungen als induzierte Antwort ca. 200-300 ms nach Stimuluspräsentation auf. Es wird angenommen, dass diese nicht phasengebundenen kortikalen Reizantworten aktive kortikale Verarbeitungs-prozesse widerspiegeln. In früheren Studien wurde induzierte Gamma-Aktivität während der Aufrechterhaltung von Stimulusinformationen über Regionen gefunden, die an der Verarbeitung aufgabenrelevanter Reizmerkmale beteiligt sind. Diese Antworten im Gamma-Bereich spiegelten Unterschiede zwischen verschieden experimentellen Bedingungen wider, jedoch ist wenig über die Repräsentation spezifischer Stimuluseigenschaften durch Gamma-Aktivität bekannt. Mit der vorliegenden Studie haben wir versucht, solche stimulus spezifischen Gamma-Komponenten zu untersuchen. Dafür verwendeten wir Magnetenzephalographie (MEG) und eine auditorische räumliche “delayed matching-to-sample“ Aufgabe. 28 gesunde Erwachsene wurden dabei zwei verschiedenen Gruppen zugeordnet. Gruppe R bekam rechtslateralisierte Stimuli präsentiert, während diese in Gruppe L linkslateralisiert waren. Dabei unterschieden sich die Reize nur in ihrer räumlichen Charakteristik, die Klangmuster blieben unverändert. In beiden Gruppen wurden zwei Beispielstimuli S1 mit Lateralisierungswinkeln von 15° bzw. 45° verwendet. Die Probanden mussten sich den Lateralisierungswinkel von S1 merken und anschließend mit einem zweiten Stimulus S2, der nach einer Verzögerungsphase von 800 ms präsentiert wurde, vergleichen. S2 hatte dabei entweder den gleichen Lateralisierungswinkel wie S1, oder unterschied sich darin von dem ersten Stimulus. Nach der Präsentation von S2 mussten die Probanden signalisieren, ob die Lateralisierungswinkel der beiden Stimuli übereinstimmten oder nicht. Die Signale der einzelnen Sensoren wurden mit einem statistischen Wahrscheinlichkeitsmapping untersucht. Dabei wollten wir Unterschiede in der spektralen Amplitude für Stimuli mit 15° bzw. 45° Lateralisierungswinkel identifizieren. Wir konnten spezifische Gamma-Aktivität für alle Beispielstimuli nachweisen. Die Signale wurden im Bereich von 59-72 Hz gefunden und waren über dem parieto-okzipitalen Kortex jeweils kontralateral zur stimulierten Seite lokalisiert. Die maximalen Spektralamplituden dieser Oszillationen traten während der mittleren 200-300 ms der Verzögerungsphase auf und nahmen zu ihrem Ende hin ab. Zusätzlich haben wir Korrelationen zwischen der Aktivierungsstärke der Gamma-Komponenten und dem Abschneiden bei der Gedächtnisaufgabe untersucht. Dabei zeigte sich, dass der Unterschied der oszillatorischen Antworten auf bevorzugte und nicht-bevorzugte Stimuli während der letzten 100 ms der Verzögerungsphase positiv mit der Leistung in der Gedächtnisaufgabe korrelierte. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass die beobachteten Gamma Komponenten die Aktivität neuronaler Netzwerke, die auf die Verarbeitung räumlicher auditorischer Information spezialisiert sind, widerspiegeln. Die Aktivierung dieser Netzwerke scheint zur Aufrechterhaltung aufgabenbezogener Information im Kurzzeitgedächtnis beizutragen.