Magneto- und elektroenzephalographische Korrelate der Verarbeitung von visuellen verbalen und nichtverbalen Reizen

Summary

A reliable method for the clinically useful assessment of brain structures involved in language processing would be highly desirable. Ideally, the outcome of the diagnostic procedure would show negligible dependence on the current cognitive state of a patient. To approach this goal, we studied brain activational patterns during language processing on a rather basic level, i.e. we examined secondary processing of lexical information when words were visually presented to the subject. This condition was compared to three other experimental conditions requiring the secondary processing of non-lexical and non-verbal information in visual stimuli. The primary task for subjects was target detection. Electric and magnetic brain activity differentiated the experimental conditions starting at about 150 ms after stimulus onset. Amplitudes of components of event-related potentials and fields, as well as the similarity of magnetic field distributions between experimental conditions (as evaluated by cross-correlation) differed significantly between mainly verbal and the non-verbal conditions. This reflects presumably that secondary processing of verbal and non-verbal information in visual stimuli involves different neuroanatomical structures. Attempts to reinforce this result with source analysis techniques failed to reveal systematic effects. Possible reasons might be the inadequacy of the applied distributed source analysis model as well as interindividual variability of neuroanatomical structures involved in the processing of information.

Zusammenfassung

Die Darstellung von Hirnstrukturen, die in Sprachverarbeitung involviert sind, würde, insbesondere für klinische Bedürfnisse, von einer Meßmethode profitieren, die es erlaubt Sprachverarbeitung relativ unabhängig vom kognitiven Status der Patienten zu bewerten. Zu diesem Zweck wurden Hirnaktivierungsmuster während elementarer sprachverarbeitender Prozesse untersucht, und zwar während der sekundären Verarbeitung von lexikalischen Informationen bei visueller Darbietung von Wörtern. Diese Versuchsbedingung wurde mit drei anderen Bedingungen verglichen, in denen die sekundäre Verarbeitung nichtlexikalischer und nichtverbaler Informationen in visuellen Reizen gefordert war. Die Primäraufgabe für die Versuchspersonen war eine Zielreizdetektion. Die gemessenen elektrischen und magnetischen Hirnantworten differenzierten die untersuchten Bedingungen ab etwa 150 ms nach Reizbeginn. Die Amplituden von Komponenten der ereigniskorrelierten Potentiale (EKP) und Magnetfelder (EKF), als auch die Ähnlichkeiten von Magnetfeldverteilungen zwischen Versuchsbedingungen (mittels Kreuzkorrelationen bewertet) unterschieden sich signifikant zwischen den eher verbalen und den nicht-verbalen Bedingungen. Diese Ergebnisse legten nahe, daß an der sekundären Verarbeitung verbaler und nichtverbaler Informationen in visuellen Reizen neuroanatomisch unterschiedliche Hirn Strukturen beteiligt sind. Es wurde versucht dieses Ergebnis durch Quellenanalysen weiter zu untermauern und zu verfeinern, es konnten allerdings keine systematischen Lokalisationsunterschiede beobachtet werden. Neben der Möglichkeit, daß das verwendete „Verteilte Quelle-Modell” der Komplexität der gemessenen Daten nicht gerecht wurde, ist eine zu starke interindividuelle neuroanatomische Variabilität der Hirnstrukturen zu diskutieren, welche an den untersuchten Informationsverarbeitungsprozessen beteiligt waren.

Key words:

Magnetoencephalography - MEG - Visual evoked magnetic fields - Electroencephalography - EEG - Visual evoked potentials - Language processing