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We examined the neural signatures of stimulus features in visual working memory (WM) by integrating functional magnetic resonance imaging (fMRI) and event-related potential data recorded during mental manipulation of colors, rotation angles, and color–angle conjunctions. The N200, negative slow wave, and P3b were modulated by the information content of WM, and an fMRI-constrained source model revealed a progression in neural activity from posterior visual areas to higher order areas in the ventral and dorsal processing streams. Color processing was associated with activity in inferior frontal gyrus during encoding and retrieval, whereas angle processing involved right parietal regions during the delay interval. WM for color–angle conjunctions did not involve any additional neural processes. The finding that different patterns of brain activity underlie WM for color and spatial information is consistent with ideas that the ventral/dorsal “what/where” segregation of perceptual processing influences WM organization. The absence of characteristic signatures of conjunction-related brain activity, which was generally intermediate between the 2 single conditions, suggests that conjunction judgments are based on the coordinated activity of these 2 streams. Keywords: EEG, fMRI, source analysis, visual, working memory
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die kognitiven und neurophysiologischen Grundlagen des visuellen Arbeitsgedächtnisses (AG) zu untersuchen. Es wurden zwei Studien durchgeführt. In der ersten wurden per Verhaltensdaten die Ressourcen von Manipulationsprozessen im visuellen AG nach Materialart erfasst. Dazu wurden insgesamt sechs Experimente konstruiert. In der zweiten Studie wurden mit zwei Experimenten die neurophysiologischen Grundlagen des visuellen AG per funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) dargestellt. Im Folgenden wird kurz das Modell des Arbeitsgedächtnisses nach Baddeley (1992) erläutert, gefolgt von einer Beschreibung der visuellen Pfade, welche für die Struktur des visuellen AG grundlegend sind. Danach werden die kortikalen Korrelate des visuellen AG skizziert. Anschließend werden aus den dargestellten Befunden die Methoden für die beiden Studien dargestellt und deren Ergebnisse diskutiert. Baddeley (1992) definiert das Arbeitsgedächtnis als ein System für das kurzfristige Halten und Manipulieren von Information, welche für weitere komplexe kognitive Prozesse wie Verstehen, Lernen und Schlussfolgern benötigt wird (Baddeley, 1992). Baddeley und Hitch (1974) entwickelten ein Modell des Arbeitsgedächtnisses, das aus drei getrennten Subsystemen besteht: Einer zentralen Exekutive (ZE), welche als übergeordnetes Aufmerksamkeits-Kontrollsystem arbeitet und die in das aktive Manipulieren von Material involviert ist, wie z.B. die mentale Rotation von Objekten. Dazu wurden zwei Sklavensysteme postuliert, die phonologischen Schleife und der visuell-räumlichen Notizblock (im folgenden visuelles AG genannt). Die phonologische Schleife hält phonologisch basierte Information und der visuell-räumliche Notizblock visuelles Material. Resultate aus psychologischen Experimenten und bildgebenden Studien dokumentieren, dass sowohl die kognitiven wie die neurophysiologischen Grundlagen des visuellen AG auf Basis der Materialart („Was vs. Wo“) und den operierenden kognitiven Prozessen („Halten vs. Manipulieren“) organisiert sind. Das Verhältnis zwischen den beiden Faktoren Material und Prozess ist bisher sowohl für die kognitive als auch für die neurophysiologische Ebene trotz einer Vielzahl an Untersuchungen umstritten. Im folgenden Abschnitt werden knapp die für die Struktur des visuellen AG wichtigen parallelen perzeptuellen Bahnen beschrieben. Eine funktionelle Trennung der visuellen Wahrnehmung erfolgt bereits in der Retina. Magnozelluläre Ganglienzellen sprechen vor allem auf Luminanzunterschiede an, parvozelluläre auf Wellenlängenunterschiede (Livingstone und Hubel, 1987). Kortikal wird die visuelle Information weiter in parallelen Bahnen verarbeitet. Eine ventrale Bahn analysiert vor allem Form und Farbe („Was“), eine dorsale die räumliche Position von Objekten und Bewegungen („Wo“, Ungerleider und Mishkin, 1982). Es konnte demonstriert werden, dass die Aufteilung der visuellen Wahrnehmung in eine ventrale und dorsale Bahn auch für höhere kognitive Prozesse wie das Halten von Information im visuellen AG erhalten ist (Della Sala et al., 1999). Die Autoren fanden bei neuropsychologischen Patienten Doppel-Dissoziationen in der Bearbeitungsleistung von Arbeitsgedächtnistests, welche sensitiv für das Halten von ventraler und dorsaler perzeptuelle Information sein sollten. Zusätzlich validierten die Autoren die Tests mit Interferenzaufgaben an Gesunden. Die Leistungen beider Tests wurden jeweils durch verschiedene Arten von Interferenz (räumliche vs. visuelle) beeinträchtigt. Somit konnte demonstriert werden, dass das Halten im visuellen AG nach Materialart getrennte Ressourcen aufweist. Ungeklärt ist, ob diese Trennung auch für aktive Prozesse wie das Manipulieren bestehen bleibt. Auch in den kognitiven Neurowissenschaften ist die Organisation der neurophysiologischen Grundlagen des Arbeitsgedächtnisses umstritten. Es fanden sich in einer Reihe von Studien deutliche Hinweise, dass der frontale Kortex (FK) eine zentrale Rolle für das visuelle AG einnimmt (Bauer und Fuster, 1976). Eine Vielzahl an Studien erbrachte allerdings widersprüchliche Ergebnisse hinsichtlich der funktionalen Organisation des FK nach Material („Was vs. Wo“, domänspezifische Theorie, Goldman-Rakic, 1987) und Prozessart („Halten vs. Manipulieren“, prozessspezifische Theorie, Petrides, 1994). Studien, die demonstrierten, dass der ventrolaterale FK für das Halten von Objekten und der dorsolaterale für das Halten von räumlichen Relationen spezialisiert ist (Courtney et al., 1998), konnten nicht immer bestätigt werden (DEsposito et al., 1998). Es konnte allerdings gezeigt werden, dass das verwendete Stimulusmaterial in den Experimenten großen Einfluss auf die Ergebnisse hatte und dass vor allem ein Defizit in der Konstruktion von ventralen Stimuli bestand, welche nur wenige räumliche Bestandteile beinhalteten (Sala, Rämä und Courtney, 2003). Somit ist diese unklare Befundlage unter anderem auf den Mangel an geeigneten Paradigmen zur Untersuchung vom Halten und Manipulieren ventraler Information zurückzuführen. Mit Studie 1 sollte per Verhaltensdaten untersucht werden, ob Prozesse der Manipulation auf materialspezifisch getrennten, kognitiven Ressourcen basieren. Die Studie bestand aus sechs Experimenten. Die ersten drei bestanden aus einer Dual-Aufgabe, in der ventrale und dorsale Information einzeln oder synchron manipuliert werden mussten. Die Manipulation ventraler Information wurde über das Mischen von Farben erfasst, die Manipulation dorsalen Materials über das mentale Rotieren von Halbkreisen. Zur Kontrolle von perzeptuellen und seriellen Lösungsstrategien wurden drei Varianten des Experimentes konstruiert, welche sich in der zeitlichen Darbietung der Stimuli unterschieden. In den Dual-Bedingungen der Experimente 1-3 trat keine Interferenz auf. Dieses Resultat unterstützt die Annahme getrennter, materialspezifischer kognitiver Ressourcen für das Manipulieren visuellen Materials. Im vierten Experiment mussten die Probanden eine räumlich-räumliche Dual-Aufgabe bearbeiten. In der Dual-Bedingung von Experiment 4 entstand Interferenz, da beide Aufgaben das gleiche dorsale System im visuellen AG beanspruchen. Zwei zusätzliche Experimente wurden zur Kontrolle der untersuchten Prozesse konstruiert (Experimente 5 und 6). Mit ihnen sollte überprüft werden, in welchen Umfang Prozesse des Manipulierens und des Haltens der visuellen Stimuli (Farbe und Rotation) auf Ressourcen der phonologischen Schleife und der zentralen Exekutive basieren. Es wurde dokumentiert, dass weder das Halten noch das Manipulieren des Materials die phonologische Schleife in Anspruch nimmt. Die Manipulation des visuellen Materials beruhte im Gegensatz zu deren Halten auf zentral-exekutive Ressourcen. Die Resultate zeigen, dass die materialspezifische Aufteilung der visuellen Verarbeitung auch für höhere kognitive Prozesse des Manipulierens erhalten ist und dass sich das Manipulieren im Ausmaß der benötigten zentral-exekutiven Ressourcen vom Halten unterscheidet. Studie 2 beschäftigte sich mit der funktionellen Organisation der neurophysiologischen Grundlagen des visuellen AG. Auf Basis des für Studie 1 entwickelten ventralen und dorsalen Halten- und Manipulationsparadigmas wurden zwei Experimente für das fMRT konstruiert. Im ersten Experiment mussten die Probanden Farben und räumliche Orientierungen halten, im zweiten Experiment mussten sie beide Materialarten manipulieren. Es konnte aufgezeigt werden, dass die Aufteilung des FK materialspezifisch erfolgt. Das Halten und Manipulieren der Farbinformation aktivierte Regionen um den Sulcus frontalis inferior, das Halten und Manipulieren des räumlichen Materials beanspruchte Regionen in der Nähe des Frontalen Augenfeldes (Kreuzung des Sulcus praecentralis / Sulcus frontalis superior). Der Kontrast zwischen Halten und Manipulieren erbrachte keine solche dorso-ventrale Dissoziation des FK. Die Ergebnisse der Verhaltens- und fMRT-Daten beider Studien verdeutlichen die Organisation der kognitiven und neurophysiologischen Ressourcen des FK nach Materialart, aufbauend auf dem ventralen und dorsalen perzeptuellen Pfad. Das Ergebnis der vorliegenden Studie bestätigt frühere Untersuchungen zur Organisation des FK (Courtney et al., 1998) und erweitert die bisherigen Resultate dahingehend, dass der FK auch für Manipulationsprozesse materialspezifisch organisiert ist.
Visual perception is highly variable and can be influenced by the surrounding world. Previous research has revealed that body perception can be biased due to adaptation to thin or fat body shapes. The aim of the present study was to show that adaptation to certain body shapes and the resulting perceptual biases transfer across different identities of adaptation and test stimuli. We designed two similar adaptation experiments in which healthy female participants adapted to pictures of either thin or fat bodies and subsequently compared more or less distorted pictures of their own body to their actual body shape. In the first experiment (n = 16) the same identity was used as adaptation and test stimuli (i.e. pictures of the participant’s own body) while in the second experiment (n = 16) we used pictures of unfamiliar thin or fat bodies as adaptation stimuli. We found comparable adaptation effects in both experiments: After adaptation to a thin body, participants rated a thinner than actual body picture to be the most realistic and vice versa. We therefore assume that adaptation to certain body shapes transfers across different identities. These results raise the questions of whether some type of natural adaptation occurs in everyday life. Natural and predominant exposure to certain bodily features like body shape – especially the thin ideal in Western societies – could bias perception for these features. In this regard, further research might shed light on aspects of body dissatisfaction and the development of body image disturbances in terms of eating disorders.
Evidence from anatomical and functional imaging studies have highlighted major modifications of cortical circuits during adolescence. These include reductions of gray matter (GM), increases in the myelination of cortico-cortical connections and changes in the architecture of large-scale cortical networks. It is currently unclear, however, how the ongoing developmental processes impact upon the folding of the cerebral cortex and how changes in gyrification relate to maturation of GM/WM-volume, thickness and surface area. In the current study, we acquired high-resolution (3 Tesla) magnetic resonance imaging (MRI) data from 79 healthy subjects (34 males and 45 females) between the ages of 12 and 23 years and performed whole brain analysis of cortical folding patterns with the gyrification index (GI). In addition to GI-values, we obtained estimates of cortical thickness, surface area, GM and white matter (WM) volume which permitted correlations with changes in gyrification. Our data show pronounced and widespread reductions in GI-values during adolescence in several cortical regions which include precentral, temporal and frontal areas. Decreases in gyrification overlap only partially with changes in the thickness, volume and surface of GM and were characterized overall by a linear developmental trajectory. Our data suggest that the observed reductions in GI-values represent an additional, important modification of the cerebral cortex during late brain maturation which may be related to cognitive development.
Background: Since there is no standardized and effective treatment for advanced uveal melanoma (UM), the prognosis is dismal once metastases develop. Due to the availability of immune checkpoint blockade (ICB) in the real-world setting, the prognosis of metastatic UM has improved. However, it is unclear how the presence of hepatic and extrahepatic metastasis impacts the response and survival after ICB. Methods: A total of 178 patients with metastatic UM treated with ICB were included in this analysis. Patients were recruited from German skin cancer centers and the German national skin cancer registry (ADOReg). To investigate the impact of hepatic metastasis, two cohorts were compared: patients with liver metastasis only (cohort A, n = 55) versus those with both liver and extra-hepatic metastasis (cohort B, n = 123). Data were analyzed in both cohorts for response to treatment, progression-free survival (PFS), and overall survival (OS). The survival and progression probabilities were calculated with the Kaplan–Meier method. Log-rank tests, χ2 tests, and t-tests were performed to detect significant differences between both cohorts. Results: The median OS of the overall population was 16 months (95% CI 13.4–23.7) and the median PFS, 2.8 months (95% CI 2.5–3.0). The median OS was longer in cohort B than in cohort A (18.2 vs. 6.1 months; p = 0.071). The best objective response rate to dual ICB was 13.8% and to anti-PD-1 monotherapy 8.9% in the entire population. Patients with liver metastases only had a lower response to dual ICB, yet without significance (cohort A 8.7% vs. cohort B 16.7%; p = 0.45). Adverse events (AE) occurred in 41.6%. Severe AE were observed in 26.3% and evenly distributed between both cohorts. Conclusion: The survival of this large cohort of patients with advanced UM was more favorable than reported in previous benchmark studies. Patients with both hepatic and extrahepatic metastasis showed more favorable survival and higher response to dual ICB than those with hepatic metastasis only.