Oberseminar 2006/07

27.10.2006 um 13.00 Uhr ct im  Raum U1.81, Gebäude 23.02

Dr. Shirley-Ann Rüschemeyer (Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences, Leipzig)

'A Mouse with a Roof? Effects of Phonological Neighbours on the Processing of Words in Sentences by Non-Native Speakers'

We know from both empirical studies, as well as personal experience, that non-native (L2) speakers of a language have major deficits in efficiently processing phonemes in their L2. Nevertheless, phonological information is very important for L2 speakers in honing in on the language relevant to a given situation (Elston-Güttler et al., 2005). Previous ERP studies have shown that the categorization of phonemes is (1) specific to each individual language, and (2) an acquired skill (Winkler et al., 1999). Furthermore fMRI studies have shown that the function of a given sound in a speaker's native language will influence the brain correlates underlying processing of that sound (Gandour et al. 2001). In these studies the left inferior frontal gyrus (IFG) is shown to be particularly involved in the processing of speech sounds with phonemic qualities.

In a series of fMRI studies on L2 sentence comprehension, we observed condition unspecific differences between native (L1) and L2 speakers in two cerebral areas: the left IFG and the left superior temporal gyrus (STG). In the left IFG we saw greater response in L2 than in L1 speakers, while in the left STG we observed the opposite pattern (L1>L2) (Rüschemeyer et al., 2005). Interestingly, these differences between L1 and L2 speakers appear to be modality specific. In other words, differences in the neural response of L1 and L2 participants in response to spoken language stimuli were not necessarily observed if the same language stimuli were presented in a written form (Rüschemeyer et al., 2006).

The left IFG has been shown previously to be involved in the processing of phonological information (review Bookheimer, 2002), as well as in strategically selecting an item from a larger set of possible alternatives (Thompson-Schill et al., 1997). We therefore speculated that the modality-specific response observed in the left IFG in L2 speakers might reflect uncertainties in lexical selection brought on by lower level perceptual deficits. We tested this hypothesis in a series of behavioural, electrophysiological and neuroimaging experiments. The results of these studies show clearly that L2 speakers are indeed particularly susceptible to phonological interference in perceiving words within sentences (Rüschemeyer et al., submitted; Rüschemeyer et al., in prep). Taken together, we suggest that L2 is not necessarily represented in distinct neural substrates from L1, but that L2 speakers must make use of additional strategic processes to compensate for deficits in lower level abilities.

---

10.11.2006 um 13.00 Uhr ct im  Raum U1.81, Gebäude 23.02

Dr. Miriam Spering (Justus-Liebig-Universität Gießen)

'Visuelle Signale für die Steuerung glatter Augenfolgebewegungen'

Wie wird sensorische Bewegungsinformation über ein Objekt in ein motorisches Signal für eine Bewegung, zum Beispiel eine glatte Augenfolgebewegung, umgesetzt? Unter welchen Umständen kommt es zu Fehlern oder Ungenauigkeiten in der motorischen Handlung?

Antworten auf diese Fragen können einen Beitrag zum Verständnis von Mechanismen der Bewegungsverarbeitung und der zugrunde liegenden neuronalen Prozesse liefern. In dem hier verwendeten experimentellen Setup wurden die Augenbewegungen von gesunden, menschlichen Probanden aufgezeichnet. Personen sollten einem bewegten, visuellen Zielobjekt (Target) mit den Augen folgen, während sich (1) ein zweites mögliches Zielobjekt (Distraktor) im visuellen Feld befand, oder (2) im Umfeld des Targets ein strukturierter dynamischer Hintergrund dargeboten wurde.

In beiden Fällen zeigten sich Beeinträchtigungen in der Initiierung und Aufrechterhaltung der glatten Augenfolgebewegung – horizontale Verlangsamung und vertikale Auslenkung in Gegenrichtung zur Distraktor- oder Hintergrundbewegungsrichtung – obwohl Distraktor oder Hintergrund ignoriert werden sollten. Auf Basis dieser Ergebnisse werden bestehende Modelle zur Integration von Bewegungssignalen diskutiert und auf notwendige Einschränkungen und Modellerweiterungen hin überprüft.

---

17.11.2006 um 13.00 Uhr ct im  Raum U1.81, Gebäude 23.02

Univ.-Prof. Dr. med. Dr. rer.-nat. Klaus Mathiak (Universitätsklinikum Aachen)

'Magnetenzephalographie und fMRI bei der Verarbeitung komplexer auditorischer Signale'

Ich werde eigene Arbeiten zur Darstellung früher kognitiver Verarbeitung im auditorischen Kortex berichten. Diese Vorgänge sind bei Erkrankungen wie der Schizophrenie gestört, so dass Krankheitsparameter und biologische Grundlagen der Schizophrenie auf diesem Weg mittels EEG, MEG, und fMRI erfasst werden können. Insbesondere die Bedeutung von neuronaler Synchronisation wird diskutiert. Die Erfassung komplexer auditorischer Parameter sind bei gesprochener Sprache hochinteressant, da hier Inhalt, Raum und Sprecheridentität parallel und hochspezialisiert verarbeitet werden. Verteilte Netzwerke vom auditorischen Kortex über die klassischen Sprachareale und Aufmerksamkeits- und Arbeitsspeichernetzwerke bis hin zum Kleinhirn leisten ihre spezifischen Beiträge. Die funktionelle Bildgebung kann ein Weg sein, diese Zusammenhänge darzustellen und besser zu verstehen.

---

24.11.2006 um 13.00 Uhr ct im  Raum U1.81, Gebäude 23.02

Neurobiologe Helmut L. Haas (Institut für Neurophysiologie, Universität Düsseldorf)

'Neues vom Wachen und Schlafen'

Es ist ein entwicklungsgeschichtlicher Vorteil im Darwinschen Sinne, zur richtigen Zeit und am richtigen Ort zu schlafen, zu wachen und Nahrung zu suchen. Störungen dieser Homöostase gehen mit schwerwiegenden Risiken für Gesundheit und Überleben einher. Der genetisch exprimierte circadiane Faktor wird mit dem astronomischen Tag abgestimmt und Schlafdruckfaktoren häufen sich während andauernder Wachheit im Gehirn an. Glutamaterge, cholinerge, catecholaminerge, serotonerge, histaminerge, dopaminerge und orexinerge Kerne mit sich extensiv verzweigenden Projektionen orchestrieren Wachen und Schlafen. Bei Versagen der Dirigenten (Orexin-Neurone) folgt ein Zusammenbruch der Schlafarchitektur: die Narkolepsie.

---

01.12.2006 um 13.00 Uhr ct im  Raum U1.81, Gebäude 23.02

Dr. rer. nat. Martina Piefke (Universitätsklinik RWTH Aachen)

'The Functional Neuroanatomy of Laboratory and Autobiographical Episodic Memory'

The classic model of episodic memory refers to both laboratory tasks requiring the conscious recall or recognition of experimental materials and autobiographical recollections. The talk is focused on evidence for some inconsistency of this broad account of episodic memory provided by clinical, neuropsychological and neuroimaging data on experimental and autobiographical episodic memory. The two memory types may share aspects of conscious retrieval and reference to the temporal and spatial context at the time of encoding of information.

The autobiographical memory domain, however, is uniquely characterized by self-referential information processing, emotional evaluation of memories, and autonoetic conscious awareness during remembering. In contrast, laboratory episodic memory relies on the effortful search for impersonal target information and the intentional use of retrieval strategies. Empirical data support the view that laboratory and autobiographical episodic memory differ from each other neuropsychologically and are at least in part supported by differential brain mechanisms. In particular, prefrontal, medial temporal, and retrosplenial areas are differentially involved in the neural processing of each type of episodic memory. Experimental and autobiographical episodic memory appear to be supported by functionally and anatomically overlapping but also segregated neural circuits, thus suggesting a revised model of episodic memory which accounts for an overlap, but also emphasizes the unique features distinguishing the two memory types.

---

15.12.2006 um 13.00 Uhr ct im  Raum U1.81, Gebäude 23.02

Prof.Dr. Dirk Vorberg, Institut fuer Psychologie der Technischen Universitaet Braunschweig

'Wie „intelligent“ ist unbewusste Wahrnehmung?'

Wo liegen die Grenzen von unbewusster Wahrnehmung, wie komplex dürfen Aufgaben sein, deren Ausführung durch unsichtbare visuelle Reize gebahnt („priming“) oder gehemmt werden können? Antwort-Priming durch nicht bewusste Reize ist für vielfältige Aufgaben-, Reiz- und Antwortklassen belegt, mit einer Einschränkung: Fast immer sind die Antwort-Alternativen binären Reiz-Merkmalen zugeordnet. Für visuelle Reize mit zwei dreiwertigen Merkmalsdimensionen untersuche ich unbewusstes Priming bei komplexen logischen Verknüpfungen. Nach einfachen Modellvorstellungen sollten sich inklusive Disjunktion („drücke links wenn A oder B oder AB“) und Konjunktion („drücke links wenn AB, NoGo wenn A oder B“) auch unbewusst primen lassen, während Aufgaben mit exklusiver Disjunktion („drücke links wenn A oder B, NoGo wenn AB“) eine theoretische Herausforderung darstellen, da ihre neuronale Implementierung ein mehrschichtiges Netz erfordert. Tatsächlich zeigen sich deutliche Erleichterungs- oder Hemmungseffekte durch unsichtbare Primes sogar bei exklusiver Disjunktion.

Die Befunde kann man als starke Stützung von V. Lammes (2001) Feedforward-Sweep-Hypothese ansehen, nach der auch komplexe Informationsverarbeitung ohne Wahrnehmungsbewusstsein möglich ist, solange sie keine rekurrenten Verarbeitungsschritte erfordert.

---

12.01.2007 um 13.00 Uhr ct im  Raum U1.81, Gebäude 23.02

Dr. Markus Werning, Assistant Professor (Heinrich-Heine Universität Düsseldorf)

'Synästhesie in Wahrnehmung und Sprache'

Bei Synästhesie handelt es sich um ein abweichendes Wahrnehmungserleben, bei dem ansonsten normale Personen Erlebnisse in einer anderen Sinnesmodalität erfahren als der, in der sie stimuliert wurden ("Das hohe C ist blau").

Dieses bei weniger als 0,5% der Bevölkerung vorkommende Phänomen ist genetisch bedingt und hat eine neuronale Grundlage, die man mehr und mehr zu verstehen beginnt.

Auch in der Normalbevölkerung gibt es Anzeichen für synästhetische Momente, wie der Gebrauch bestimmter sprachlicher Wendungen, sogenannter synästhetischer Metaphern, andeutet. Alltägliche Ausdrücke wie "laute Farben", aber auch eher künstlerische Konstruktionen wie "Die Luft war warm und grün" (aus Nabokovs Lolita) durchbrechen die Grenzen zwischen den Modalitäten.

In einer Pilotstudie wurde die kognitive Zugänglichkeit von synästhetischen Metaphern in Abhängigkeit von den beteiligten Sinnesmodalitäten sowie bestimmter linguistischer Aspekte getestet. Es gilt die beobachteten linguistischen Effekte in einer Theorie der semantischen Komposition synästhetischer Metaphern zu erklären und sie mit dem Phänomen der wahrnehmungsbezogenen Synästhesie in Verbindung zu setzen.

---

19.01.2007 um 15.00 Uhr ct im  Raum U1.81, Gebäude 23.02

Colin Blakemore, Chief Executive, Medical Research Council and Waynflete Professor of Physiology at: Department of Physiology, Universität Oxford, Oxford, England

'Plasticity of the Cerebral Cortex'

Over the past 30 years the cerebral cortex has come to be viewed as a highly dynamic, “plastic” structure. Although its most fundamental characteristics are determined genetically, the fine organization of at least the major sensory areas is affected by experience, especially during a “sensitive period” shortly after birth. There has been progress in identifying the genetic mechanisms that enable neurons to change their local circuitry in response to stimulation during the sensitive period.

Although plasticity is particularly exaggerated early in life, the cortex retains other forms of plasticity, probably involving entirely different mechanisms, throughout life. The representation of sense organs in sensory areas can change rapidly in response to loss of part of the sensory input (through peripheral de-afferentation, for instance), local damage in the brain, or even cortical activity associated with learning. And there is now evidence that the cortex can reorganize itself on a massive scale, after stroke or after the onset of blindness. Brain imaging techniques have shown that the specific functional capacities of visual parts of the cortex can be “parasitized” by the sense of touch in blind people.

Ultimately, Nature and Nurture are linked. Genetically programmed mechanisms underpin the capacity of the brain to benefit from experience. The emergence of genes that enable nerve cells to reorganize themselves in response to environmental stimulation was a transcendent step in evolution.

---

26.01.2007 um 13.00 Uhr ct im  Raum U1.81, Gebäude 23.02

Dr. Andrea Kübler, Assistant Professor (Universität Tübingen)

'Aufbruch aus der Stille - Gehirn-Computer Schnittstellen in Klinik und Forschung.'

Brain-computer interfaces (BCI) are systems that allow us to translate in real-time the electrical activity of the brain in commands to control devices. They do not rely on muscular activity and can therefore provide communication and control for those who are severely paralyzed (locked-in) due to injury or disease. The neural activity of the brain can be recorded non-invasively with electroencephalography (EEG), magnetoencephalography (MEG), functional magnetic resonance imaging (fMRI) or near infrared spectoscropy (NIRS) or invasively with electrode grids on the cortical surface (ECoG) or intracortically with electrode arrays.

Over the past ten years we trained twentyeight patients diagnosed with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and 5 with other neurological diseases in different stages of physical impairment including the locked-in (residual muscular movement possible) and the complete locked-in state (no voluntary muscular control available). In most cases voluntary regulation of slow cortical potentials (SCP) has been used to drive a spelling system. More recently sensorimotor rhythms and the P300 evoked potential were recorded for BCI control. It has been shown that patients are able to achieve EEG and intracortically controlled cursor movement for communication by means of a BCI. With intracortical recording 3-dimensional control of a robotic arm is possible as already shown in monkeys and recently in humans. BCIs are becoming powerful tools for communication, control, and rehabilitation.The results of our studies demonstrate that voluntary brain regulation for communication is possible in all stages of paralysis except the complete locked-in state. Whether locked-in patients can transfer learned brain control to the complete locked-in state remains an open empirical question.

---

2.2.2007 um 13.00 Uhr ct im  Raum U1.81, Gebäude 23.02

Prof. Dr. Hans Werner Müller
Universitätsklinikum Düsseldorf

'Axonregeneration im ZNS '