Gehirnoszillatorische Korrelate visueller Arbeitsgedächtniskapazität

Lokale Aktivierung als auch Deaktivierung irrelevanter visueller Areale determinieren die individuelle Gedächtniskapazität. Phasen-Synchronisation zwischen EEG-Gamma und –Theta wird mit Gedächtnisprozessen assoziiert. EEG-Aktivität im Alpha Frequenzbereich scheint lokale Deaktivierung widerzuspiegeln. Untersucht wurde, ob Phasen-Synchronisation zwischen Gamma und Theta und lokale Alpha Aktivität neuronale Korrelate der Gedächtniskapazität sind.

Es wurde eine visuelle Gedächtnisaufgabe durchgeführt, bei der unterschiedlich viele visuelle Reize behalten werden mussten. Es sollten immer nur Stimuli, die in dem vorher festgelegten visuellen Halbfeld dargeboten worden waren, behalten und die anderen ignoriert werden.

Multikanal-EEG wurde aufgezeichnet. Für das Behaltensintervall wurde auf parietalen Elektroden Gamma-Theta Phasen-Synchronisation und Alpha Power berechnet. Load-abhängige Zunahmen von Phasen-Synchronisation und Alpha Power wurden analysiert und mit Gedächtniskapazität korreliert.

Um zu überprüfen, ob ipsilaterale Zunahme der Alpha-Aktivität kausal mit visueller Gedächtniskapazität zusammenhängen, wurde ein TMS–Experiment durchgeführt. Im Behaltensintervall wurde über parietalen Regionen mit 10Hz entweder ipsi- oder contralateral stimuliert.

Wie aus Abb.1a ersichtlich, steigt die Differenz zwischen contra- und ipsilateraler Theta-Gamma Phasen-Synchronisation von Load 2 zu Load 3 an und wird mit zunehmendem Gedächtnis-Load wieder schwächer. Der Anstieg der Phasen-Synchronisation von Load 2 zu Load 4 korreliert dabei mit der Gedächtniskapazität (Abb.1b). Ähnlich wie die contralateral stärkere Phasen-Synchronisation weist auch die ipsi- verglichen mit contralateral erhöhte Alpha Power eine Zunahme mit Load auf (Abb.1c). Der Anstieg der lateralisierten Alpha Power korreliert ebenfalls mit Gedächtniskapazität (Abb.1d).

Die Ergebnisse des TMS-Experiments zeigen, dass es bei ipsilateraler Verum-TMS zu einer Verbesserung der Gedächtniskapazität kommt, bei contralateraler Stimulation hingegen zu einer Verringerung (Abb.1e).

Es zeigte sich, dass (i) parietale Gamma-Theta Phasen-Synchronisation und (ii) Alpha Power neuronale Korrelate der visuellen Gedächtniskapazität sind. Dabei reflektiert Gamma-Theta-Synchronisation einen aktiven Prozess des Behaltens von Inhalten und Alpha Power das Unterdrücken irrelevanter Information. Es konnte außerdem eine kausale Natur des Zusammenhangs zwischen EEG-Alpha Aktivität und Gedächtniskapazität gezeigt werden.

Fig. 1a

Fig. 1b

Fig. 1c

Fig. 1d

Fig. 1e