Kortikale Repräsentation von mechanischem Problemlösen bei Werkzeuggebrauch

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Joachim Hermsdörfer; Privatdozentin Dr. Afra M. Wohlschläger
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Biologische Psychologie und Kognitive Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454310791

Der gekonnte Umgang mit Werkzeugen ist eine Grundlage modernen menschlichen Lebens. Bei neurologischen Erkrankungen kommt es häufig zu Apraxien und dabei zu Einschränkungen im Werkzeuggebrauch. Die Befähigung zu mechanischem Problemlösen (MP) scheint eine wichtige Rolle bei Apraxie zu spielen. Das Verstehen von physikalischen und mechanischen Werkzeugei-genschaften ist besonders dann relevant, wenn zuvor unbekannte Werkzeuge verwendet werden. Auch bei bekanntem Werkzeuggebrauch scheint das MP allerdings eine wichtige kognitive Kompo-nente darzustellen.Es hat sich eine Vielzahl von Paradigmen zur Erfassung von MP herausgebildet; die Repräsentation in Gehirnnetzwerken kann jedoch nur gemutmaßt werden. Ein wesentliches Ziel der vorgeschlage-nen Studien ist es daher, ein etabliertes behaviorales Paradigma im Kontext zweier komplementä-rer bildgebender Verfahren zu nutzen, um Einblick in die neuronale Organisation zu gewinnen.Bei dem „Novel Tool Test“ (NTT) wird ein bislang unbekanntes Werkzeug ausgewählt, um ein Ob-jekt zu manipulieren. In der ersten Studie führen gesunde Probanden den NTT während funktionel-ler Magnetresonanztomografie (fMRT) durch. Hierzu wird ein Setup vorheriger Studien verwendet, welches die tatsächliche Ausführung von Handaktionen in der MRT Umgebung ermöglicht („tool carousel“). Das Untersuchungsdesign ermöglicht die getrennte Analyse von Handlungsplanung und –Ausführung, sowie die Analyse der Lateralität der neuronalen Repräsentation indem beide Hände getestet werden. Bisherige MRT Studien zu tatsächlichem, bekanntem Werkzeuggebrauch zeigten die Bedeutung eines linkshemisphärischen frontal-temporal-parietalen Netzwerks und Aktivierungen in primär-visuellen und sensomotorischen Arealen. Wir erwarten vergleichbare Aktivierungen sowie weitere spezifischere Muster für MP. Die Auswahl zwischen neuen Werkzeugen wird mutmaßlich okzipitotemporale Areale aktivieren. Sowohl für die Selektion als auch die den Gebrauch erwarten wir deutliche linksseitige Aktivierungen des L. parietalis inferior, des G. supramarginalis und des L. parietalis superior mit Unterschieden in der lokalen Ausprägung abhängig von der Bedingung.In einer zweiten Studie planen wir, die distinkte Funktion der Areale, die zu MP beitragen (offenge-legt durch das fMRT Experiment), zu bestimmen, indem wir das gleiche Setup und neuronavigierte transkranielle Magnetstimulation verwenden. Nach der Stimulation entsprechender Areale erwarten wir behaviorale Veränderungen bei gesunden Probanden, verdeutlicht durch das Videoscoring und kinematische Analysen. Wir erwarten verlängerte Reaktionszeiten und verlangsamte Handlungs-ausführungen bei der Auswahl zwischen neuen Werkzeugen. Für den tatsächlichen Gebrauchs neuer Werkzeuge ist zudem von erhöhter Bewegungsvariabilität und vermindertem Bewegungs-fluss auszugehen.Unsere Studien werden Aufschluss über die neuronalen Mechanismen von MPs geben – einer zentralen Voraussetzung für geschickten Werkzeuggebrauch.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen