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Linda Verena Heinemann

• Eine wichtige Eigenschaft des menschlichen Gehirns besteht in der Fähigkeit, flexibel auf eintreffende Reize zu reagieren und sich den Anforderungen und Veränderungen der Umwelt anzupassen. Anpassung oder Adaptation lässt sich in vielen Situationen beobachten. Beispielsweise kommt es in der Retina beim Übergang von einer sehr hellen Umgebung in eine dunkle Umgebung zu Anpassungsleistungen. Neuronale Adaptation wird in den Neurowissenschaften genutzt, um Aussagen über die Funktion bestimmter Hirnareale machen zu können. In sogenannten Adaptationsexperimenten werden Stimuli wiederholt dargeboten und die dadurch erzeugten neuronalen Antworten in verschiedenen Hirnarealen miteinander verglichen. Nimmt das Signal in einem Areal ab, dann wird daraus geschlossen, dass die Zellen in diesem Bereich an der Verarbeitung des Stimulus beteiligt waren. Wiederholte Reizdarbietung führte in zahlreichen Untersuchungen zu einer Abnahme der neuronalen Antwort. Daneben wurde jedoch auch der gegenteilige Effekt, eine Verstärkung der neuronalen Antwort, bei Wiederholung eines Reizes nachgewiesen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Verarbeitung frequenzmodulierter Töne im auditorischen Kortex des Menschen mit Hilfe eines Wiederholungsparadigmas untersucht. Frequenzmodulationen sind eine beim Menschen noch wenig untersuchte Reizklasse, die in natürlichen Geräuschen und besonders in der menschlichen Sprache eine wichtige Rolle spielen. Ausgangspunkt dieser Arbeit war die Frage, ob sich im auditorischen Kortex des Menschen eine Sensitivität für die Richtung einer Frequenzmodulation nachweisen lässt. Dieser Frage wurde mit drei Magnetenzephalographie-Studien nachgegangen. In Studie 1 wurde ein Zwei-Ton-Paradigma angewendet. Dabei wurde in jedem Durchgang ein frequenzmodulierter Ton jeweils zwei Mal präsentiert. Lediglich die Richtung, in der der Ton abgespielt wurde, also von den niedrigen zu den hohen oder von den hohen zu den niedrigen Frequenzen, wurde variiert. Die beiden frequenzmodulierten Töne in Studie 1 hatten eine Dauer von 500 ms und wurden in einem Abstand von 1 Sekunde präsentiert. Mit dieser Versuchsanordnung sollte untersucht werden, ob es bei Wiederholung der Frequenzrichtung zu einer Abnahme des neuronalen Signals kommt. Diese Abnahme wurde vor allem in der N1m-Komponente aber auch in späteren Komponenten wie der N2m erwartet. Der Vergleich der N1m-Amplitude für den zweiten Ton zeigte jedoch nur geringe Unterschiede zwischen den Bedingungen. Die Wiederholung derselben Frequenzrichtung bewirkte nur eine schwache Abnahme des Signals. Deutliche Adaptationseffekte konnten nicht gefunden werden. Daneben zeigten sich Hemisphärenunterschiede bei der Verarbeitung der frequenzmodulierten Töne. Über den Sensoren der rechten Hemisphäre war die Antwort signifikant stärker ausgeprägt als über der linken Hemisphäre. Als mögliche Erklärung für die schwach ausgeprägten Adaptationseffekte in Studie 1 wurde der zeitliche Aufbau des Paradigmas herangezogen. In der zweiten Studie wurde daher sowohl die Dauer der präsentierten Stimuli als auch der zeitliche Abstand zwischen den beiden Tönen reduziert. Dieses Paradigma führte zu signifikanten Unterschieden in der Reaktion auf den zweiten Reiz. Entgegen der Erwartung einer Adaptation bei Reizwiederholung bewirkte die Wiederholung derselben Frequenzrichtung eine signifikant höhere neuronale Antwort im Vergleich zu der Präsentation einer abweichenden Frequenzrichtung. Diese Unterschiede traten auf der rechten Hemisphäre über einen Zeitraum von 150 bis 350 ms nach Beginn des zweiten Stimulus auf, während sich auf der linken Hemisphäre 200 bis 300 ms nach Beginn des zweiten Tons signifikante Unterschiede zwischen gleichen und unterschiedlichen Frequenzrichtungen zeigten. In der N1m-Amplitude zeigten sich dagegen keine Wiederholungseffekte. Ähnlich wie in Studie 1 traten auch in Studie 2 Hemisphärenunterschiede auf. Für die Sensoren der rechten Hemisphäre waren die Verstärkungseffekte stärker und über einen längeren Zeitraum zu beobachten. Das unerwartete Ergebnis von Studie 2 stellte die Motivation für den Aufbau der dritten Studie dar. Mithilfe dieser Studie sollte überprüft werden, welche Rolle das Inter-Stimulus-Intervall auf die Verarbeitung eines nachfolgenden Stimulus hat. Zu diesem Zweck wurde in Studie 3 die Länge des ISIs zwischen 100 und 600 ms variiert. Damit sollte zum einen überprüft werden, innerhalb welchen zeitlichen Bereichs es zu einer Verstärkung des Signals kommt und wann beziehungsweise ob es ab einem bestimmten zeitlichen Abstand zwischen den Stimuli zu Adaptationsprozessen kommt. Bei dem kürzesten ISI von 100 ms führte die Wiederholung derselben Frequenzrichtung zu einer signifikant stärkeren N1m-Amplitude als bei der Präsentation einer abweichenden Frequenzrichtung. Bei ISIs > 100 ms zeigte sich keine höhere N1m-Amplitude mehr bei Wiederholung derselben Frequenzrichtung. Deutliche späte Effekte wie sie in Studie 2 über einen Zeitbereich von 150 bis 300 ms nachgewiesen wurden, traten in Studie 3 nicht auf. Bei einem ISI von 300 bis 500 ms waren leichte Verstärkungseffekte in einem Zeitbereich von 200 bis 400 ms zu beobachten. Bei einem ISI von 600 ms zeigten sich keine Unterschiede zwischen den Bedingungen. Durch Studie 3 konnte der in Studie 2 gefundene Effekt in einen größeren Zusammenhang gestellt werden. Zu einer Verstärkung der N1m-Komponente kommt es lediglich bei einem ISI von 100 ms. Liegen die Stimuli 200 ms auseinander, findet eine Verstärkung der späteren Komponenten statt, die bei ISIs > 200 ms immer weiter abnimmt. Offen bleibt, welche Abläufe zu der Verstärkung des Signals bei Wiederholung der Frequenzrichtung geführt haben. Um die dem Verstärkungseffekt zugrunde liegenden Prozesse zu verstehen, sind weitere Studien nötig.