Berührungserinnerungen bleiben erhalten, wenn sie aufmerksam registriert wurden
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21536865
Abstract
Despite recent advances in uncovering the neural signature of tactile working memory processing in animals and humans, the representation of internally modified somatosensory working memory content has not been studied so far. Here, recording EEG in human participants (n = 25) performing a modified delayed match-to-sample task allowed us to disambiguate internally driven memory processing from encoding-related delay activity. After presentation of two distinct vibrotactile frequencies to different index fingers, a visual cue indicated which of the two previous stimuli had to be maintained in working memory throughout a retention interval for subsequent frequency discrimination against a probe stimulus. During cued stimulus maintenance, α activity (8-13 Hz) over early somatosensory cortices was lateralized according to the cued tactile stimulus, even though the location of the stimuli was task irrelevant. The task-relevant memory content, in contrast, was found to be represented in right prefrontal cortex. The key finding was that the visually presented instructions triggered systematic modulations of prefrontal β-band activity (20-25 Hz), which selectively reflected the to-be-maintained frequency of the cued tactile vibration. The results expand previous evidence for parametric representations of vibrotactile frequency in the prefrontal cortex and corroborate a central role of dynamic β-band synchronization during active processing of an analog stimulus quantity in human working memory. In particular, our findings suggest that such processing supports not only sustained maintenance but also purposeful modification and updating of the task-relevant working memory contents.
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Neurowissenschaftlern der Charité – Universitätsmedizin Berlin ist es erstmals gelungen, die bewusste Kontrolle von Berührungsempfindungen im menschlichen Arbeitsgedächtnis zu dokumentieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass der Mensch mehrere Berührungsempfindungen gleichzeitig erinnern und abrufen kann, wenn er seine Konzentration auf diese Berührungen ausgerichtet hatte. „Eine neue Berührung löscht die Erinnerung an eine vorangegangene Berührung im Arbeitsgedächtnis nicht aus, sondern neue und alte Berührungserinnerungen bleiben unabhängig voneinander erhalten, wenn der Mensch die Berührungen aufmerksam registriert hatte“, so die Studienleiter, deren Arbeit nun in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift PNAS* publiziert wurde.
Die Wissenschaftler der Abteilung für Neurologie und dem Bernstein Center for Computational Neuroscience an der Charité gingen der Frage nach, in welcher Form Berührungsempfindungen im menschlichen Arbeitsgedächtnis abrufbar sind. Das Arbeitsgedächtnis ist Teil des menschlichen Erinnerungsvermögens. Es ist beispielsweise zuständig für die vorübergehende Speicherung von Informationen, welche wichtig sind, um die uns gegenwärtig umgebende Umwelt zu verstehen. Im vorliegenden Versuch wurde den Probandinnen und Probanden über taktile (d.h. den Tastsinn ansprechende) Stimulationsgeräte, wie sie für das Lesen von Blindenschrift verwendet werden, Vibrationen mit zwei unterschiedlichen Frequenzen auf den Zeigefinger übertragen. Erst danach wurde ihnen mitgeteilt, welche der beiden Frequenzen sie mit einer folgenden Testfrequenz vergleichen sollten.
Zum einen zeigte sich in frühen Gehirnregionen des „Fühlzentrums“, also dort, wo die Informationen der Tastsinnesorgane zuerst hingeleitet und verarbeitet werden, eine systematische Veränderung der Hirnaktivität, wenn die Probanden sich an eine Berührung erinnerten. Diese veränderte Aktivität, die in den sogenannten Alpha-Wellen der Gehirnschwingungen zu sehen war, war in diesen frühen Hirnregionen jedoch noch unspezifisch in Bezug zur gestellten Aufgabe.
Die Erinnerung an unterschiedliche Berührungen, also die Differenzierung zwischen den beiden Frequenzen mit denen die Probanden stimuliert wurden, findet dann in den höheren Gehirnregionen, im sogenannten Frontallappen, statt. Hier konnten die Forscher Hirnschwingungen (Oszillationen) einer bestimmten Wellenlänge, die sogenannten Beta-Schwingungen, identifizieren, die systematisch durch die Erinnerung an die beiden unterschiedlichen Frequenzen der Vibration moduliert wurden. Von besonderem Interesse war dabei die Tatsache, dass die frontale Beta-Aktivität nicht auf die zuletzt präsentierte Frequenz beschränkt bleiben muss. Die Probandinnen und Probanden konnten auch eine vorhergehende Frequenz abbilden, wenn sie aufgefordert wurden, sich daran zu erinnern. Diese Ergebnisse weisen auf die Existenz einer quantitativen taktilen Gedächtnisrepräsentation im menschlichen Frontallappen hin. Diese Gedächtnisrepräsentation kann bewusst angesteuert werden; sie unterliegt so der aktiven Kontrolle des Einzelnen über seinen gegenwärtigen Gedächtnisinhalt.
