The allocation of attentional resources across the visual field: Impact of eccentricity and perceptual load

Abstract

Die Kapazität der visuellen Kognition in Bezug auf Aufnahme und Verarbeitung von Informationen ist begrenzt, weshalb eine Auswahl der individuell bedeutsamen Situationselemente bei gleichzeitiger Dämpfung irrelevanter Eindrücke stattfindet. In diesem Zusammenhang steht vor allem die Frage, ob räumliche Aufmerksamkeit zeitgleich auf verschiedene Positionen im Raum verteilt werden kann und ob der Aufmerksamkeitsfokus teilbar ist, im Mittelpunkt des Forschungsinteresses. Die Ergebnisse verschiedener Verhaltens- und Neuroimagingstudien führten zu einer Erweiterung der traditionellen Spotlight-Theorie: Aufmerksamkeit kann gleichzeitig auf mehrere verschiedene Regionen im visuellen Feld gerichtet werden, was mit einer erhöhten Aktivierung primärer und sekundärer visueller Areale einhergeht (Multiple-Spotlight-Thorie). Mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) wurden die neuronalen Grundlagen der Informationsverarbeitung bei der Verteilung von Aufmerksamkeitsressourcen im Raum erforscht. Es wurden die Faktoren der Teilbarkeit von Aufmerksamkeit, sowie deren Grenzen untersucht.Insgesamt haben 18 Probanden (9m/9w) an der Studie teilgenommen. Die Versuche wurden an einem 3 Tesla Siemens Trio MR-Tomografen unter Verwendung von Standard EPI-Sequenzen durchgeführt. An fünf verschiedenen Positionen des Gesichtsfeldes wurden gleichzeitig Buchstaben mit einer sehr kurzen Präsentationszeit (ca. 170 ms) (rapid serial visual presentation, RSVP) gezeigt. Als Zielreize dienten Zahlen, die zufällig während den Buchstabenreihen an vorher festgelegten Positionen auftraten. Die Aufgaben der Probanden bestand darin, die Aufmerksamkeit auf verschiedene, räumlich voneinander getrennte Regionen des Gesichtsfeldes zu richten und dabei eine einfache match/mismatch Entscheidung zu treffen. Als Kontrollbedingungen dienten das passive Betrachten der Buchstabenreihen und die Fixation auf ein Kreuz in der Mitte des Bildschirms. Vor der Durchführung des Aufmerksamkeitsexperiments wurden zunächst funktionelle Versuche zur retinotopen Kartierung vorgenommen. Mit Hilfe der fMRT können durch die besondere Organisation der Retinotopie die Grenzen zwischen den visuellen Arealen bestimmt und somit die Regionen, die von besonderem Interesse bei der Analyse der funktionellen Daten sind, individuell kartiert werden.In einem ersten Analyseschritt der funktionellen Daten konnte ein Haupteffekt von Aufmerksamkeit in den zuvor bestimmten Regions of interest (ROIs) im Kontrast der Aufmerksamkeitsaufgaben gegen das passive Betrachten der Stimuli festgestellt werden. Allerdings zeigte der Kontrast zwischen den verschiedenen Aufmerksamkeitsaufgaben eine Modulation der Aufmerksamkeit in striären und extrastriären visuellen Arealen (V1, V2, V3/VP, V3a/V4v) mit Aussparung von dazwischen liegenden Regionen, die nicht im Fokus der Aufmerksamkeit standen. Andererseits wurde bei einer kleinen Gruppe von Probanden auch Aktivierung in dazwischen liegenden (Fovea) bzw. task-irrelevanten Regionen gefunden. Diese Ergebnisse scheinen auf den ersten Blick beide Konzepte (das klassische Spotlight-Modell und die Theorie von mehreren Spotlights) zu unterstützen, jedoch weisen die Daten darauf hin, dass es sich bei den einzelnen Spotlights um zwei überlappende Scheinwerferkegel der Aufmerksamkeit handelt.In einem weiteren Projekt wurde die Interaktion zwischen Aufmerksamkeit und Emotionsverarbeitung untersucht. In der neurowissenschaftlichen Forschung ist die Frage nach der Notwendigkeit von Aufmerksamkeitsressourcen für die Verarbeitung emotionaler Reize noch nicht ausreichend geklärt. In der Literatur wird traditionellerweise zwischen automatischer und kontrollierter Verarbeitung von Reizen unterschieden. Aktuelle bildgebende Studien zeigen, dass die Verarbeitung emotionaler Reize automatisch erfolgt und dass nur minimale Aufmerksamkeitsressourcen für die Informationsverarbeitung aufgewendet werden müssen, wodurch andere, gleichzeitig ablaufende Prozesse nicht gestört werden. In diesem Zusammenhang wird vor allem der Amygdala, einer subkortikalen Hirnregion, eine besondere Rolle zugesprochen. Im Gegensatz dazu stehen andere Studien, die eine Modulation der Amygdala Aktivierung durch Aufmerksamkeit belegen. Die Widersprüchlichkeit bisheriger Ergebnisse wurde sowohl in Bezug auf die begrenzten Verarbeitungskapazitäten als auch auf die Position der emotionalen Reize diskutiert.Die unterschiedlichen Erklärungsansätze und die neuronalen Grundlagen der Verarbeitung von emotionalen Stimuli in Zusammenhang mit der Verteilung von Aufmerksamkeitsressourcen wurden mithilfe der fMRT untersucht. Insgesamt wurden 14 gesunde Probanden (5 Frauen) im Alter von 23-34 Jahren an einem 3 Tesla Tomographen untersucht. Neben Aufgaben, in denen die Aufmerksamkeit auf verschiedene räumlich voneinander getrennte Reize gerichtet werden musste (nicht-emotionale Aufgabe), wurden Gesichterpaare neutraler, positiver und negativer Valenz in drei verschiedenen Exzentrizitäten präsentiert (emotionale Aufgabe), deren Geschlecht oder emotionaler Ausdruck zu bestimmen war. Durch die Veränderung des Schwierigkeitsgrades der nicht-emotionalen Aufgabe und somit der zur Verfügung stehenden Aufmerksamkeitskapazitäten sowie der Variation der Position der emotionalen Reize, konnte die Interaktion zwischen diesen beiden Komponenten und deren Auswirkung auf die Aktivierung emotionsspezifischer Regionen, insbesondere der Amygdala, gezielt untersucht werden.Eine ausführliche Analyse der funktionellen und Verhaltensdaten lieferte den Hinweis, dass eine Modulation der Aktivierung der Amygdala in Abhängigkeit von den zur Verfügung stehenden Aufmerksamkeitsressourcen stattfindet. Dieser Befund unterstreicht die besondere Bedeutung von selektiver Aufmerksamkeit in Bezug auf die Wahrnehmung und Verarbeitung emotionaler Stimuli und weist darauf hin, dass diese Interaktion zwischen Emotion und Aufmerksamkeit in einem viel weiter reichendem Spektrum untersucht werden muss als bisher angenommen.