Visuell evozierte Potentiale und ihre Topographie beim Lernen japanischer Symbole unter Geruchseinflüssen

Abstract

Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, die elektrophysiologischen Effekte von Gerüchen auf visuell evozierte Potentiale und ihre Topographie in einem Lernexperiment zu zeigen. Zusätzlich wurde sie dazu aufgebaut, diese Gerüche auf ihre Fähigkeit zu testen, im Sinne der Theorie von kontextabhängigem Gedächtnis als Kontextfaktor zu dienen. Allgemein war das Experiment in zwei Phasen eingeteilt. Phase 1 auf der einen Seite beinhaltet die Messung vor dem Lernen ( vorher ) und das eigentliche Lernen. Phase 2 auf der anderen Seite bezieht sich auf die zweite Messung ( nachher ) als auch das Testen. Eine festgelegte Menge Duftöl wurde mittels passiv verdunstet. Teilnehmende Versuchspersonen wurden in drei Gruppen eingeteilt. Die Gruppe geruchlos roch in beiden Phasen des Experimentes lediglich die unveränderte Raumluft des Labors. Teilnehmer in der kongruenten Geruchsbedingung wurden in beiden Phasen Zitronengeruch ausgesetzt. Eine dritte Gruppe ( inkongruent ) erhielt Zitronengeruch in Phase 1 und Fichtennadelgeruch in Phase 2.Man benutzte eine hauseigene Elektrodenhaube mit 30 äquidistant verteilten Elektroden. Die visuellen Stimuli waren vierzig japanische Kanji-Zeichen, deren deutsche Bedeutung zwischen den beiden Messzeitpunkten binnen zwanzig Minuten auswendig gelernt werden sollte. Anhand einer unkommentierten Liste dieser Symbole wurde später die Gedächtnisleistung geprüft. Die Test-Reize und die gleiche Anzahl als Kontrolle benutzter, ungelernter Zeichen, wurden in zufälliger Reihenfolge jeweils fünfzehnmal im zentralen Gesichtsfeld für 1000 ms dargeboten. Am elektrophysiologischen Versuchsteil nahmen insgesamt 41 gesunde, junge Probanden teil. Auf der Verhaltensebene konnte nach 20 Minuten lernen jede der Versuchspersonen im Mittel 35,76 (SD=5,96) Symbole richtig bezeichnen. Die Geruchsbedingung hatte jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Leistung der Versuchspersonen. Es fand sich sogar eine leicht gegenteilige Tendenz, welche für geringfügig bessere Leistungen in der Geruchsbedingung inkongruent (Zitrone Fichte) spricht.Bezüglich der Elektrophysiologie konnten mehrere statistisch signifikante Effekte verzeichnet werden. Mittels der Global Field Power konnten fünf Komponenten der evozierten elektrischen Hirnaktivität zur weiteren Analyse definiert werden. Deren mittlere Latenzen waren 117, 215, 407, 704 und 865 ms nach Beginn der Reizdarbietung. Die weitere Analyse konzentrierte sich auf die Latenz und Amplitude des korrespondierenden lokalen Maximums der Global Field Power und die Position des negativen und positiven Centroiden zu diesem Zeitpunkt. Erstens führten die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Schachbrettmuster-Umkehr und der Kanji-Symbole zu deutlichen Unterschieden in Latenz, Global Field Power-Amplitude und Topographie der P100-artigen Aktivität. Wenn sie von Kanji-Reizen hervorgerufen wird erscheint die die okzipitale Positivität etwas weiter rechts und anterior, 10 ms später und mit kleinerer Feldstärke. Zweitens hatte Lernen einen kleineren Einfluss als dies vorher vermuteten worden war. Die Varianzanalyse (ANOVA) legte einen deutlichen topographischen Effekt bei einer mittleren Latenz von 704 ms offen. Die Position des negativen Centroiden, sowohl für gelernte als auch ungelernte Reize, befindet sich mehr rechtshemisphärisch. Für gelernte Stimuli jedoch erscheint er deutlich näher zur Mittellinie, was für hemisphärische Asymmetrien hinweisen ist. Ein anderer Lerneffekt taucht bei 117 ms auf, beeinflusst die GFP dieser Komponente und wird seinerseits durch die Geruchsbedingung moduliert. Drittens beeinflusst die Geruchsbedingung die Latenz und GFP der P100-artigen Komponente und die Latenz der Komponente bei 215 ms. Bei letzterer erschien die Latenz in den beiden Geruchsbedingungen kongruent und inkongruent signifikant niedriger als in der geruchlos -Bedingung. Dies ist als Hinweis auf schnellere Informationsverarbeitung unter Geruchseinfluss zu werten. Außerdem zeigte die Latenz bei 117 ms ähnliche Ergebnisse, betonte aber die Rolle des Wechsels von Zitrone zu Fichte ( inkongruent ). Viertens veränderte der Faktor Zeitpunkt (der Messung) die Topographie dieser Komponenten C117 und C215, was als Resultat der verstrichenen Zeit oder wiederholter Reizdarbietung interpretiert werden kann. In der Arbeit werden mögliche Gründe diskutiert. Hierunter fallen Ermüdung, Adaptation oder Habituation und Wahrnehmungslernen. Zusammenfassend zeigt diese Studie deutlich, wie Komponenten visuell evozierter Potentiale von Geruchs- und Lerneffekten und deren Interaktionen verändert werden können. Interessanterweise führt der Geruch von Fichtennadelöl oder der Wechsel des Geruches selbst zu schnellerer Informationsverarbeitung. Auch werden einige Effekte des Lernens aufgezeigt, worunter auch eine hemisphärische Asymmetrie fällt, die als Zeichen von Sprachverarbeitung gewertet werden kann. This study intended to show electrophysiological effects of odors on visually evoked potentials and their topography within a learning task. In addition, it was designed to test the ability of odors to serve as contextual information in the sense of environmental context-dependent memory or environmental reinstatement.The experiment included two phases. Phase 1 included a recording session prior to learning and the vocabulary learning itself. Phase 2 covered the period in which both the second recording session and the memory test took place. The odor conditions were no odor (plain air plain air), congruent (lemon lemon) and incongruent (lemon spruce). The German meaning of those 40 black and white symbols had to be learned within 20 minutes in between the two recording sessions. A lab specific array with 30 electrodes was used for the 41 participants. The interstimulus interval was zero milliseconds, the stimulus presentation time 1000 milliseconds. There was no significant effect of odor condition on behavioral performance and hence no context-dependent memory effect. By the use of Global Field Power, five components of event related electrical brain activity with mean latencies of 117, 215, 407, 704 and 865 ms after stimulus onset were defined. The analysis was focused on the latency, GFP-amplitude and the location of Centroids. A P100-like component with distinct differences to checkerboard VEP-P100 is described. The ANOVA revealed effects of time, learning and odour condition and complex interactions. Especially the latency of the early components at 117 and 215 ms was shorter when the environmental scent was changed from lemon to spruce ( incongruent ) suggesting expedited information processing. Learning effects could clearly be seen in an early (117 ms) and a late component (704 ms) the latter showing a hemispheric effect. Furthermore, a kind of habituation caused topographic alterations in the two earlier components as a result of time or repetitive stimulation. To sum up, this study clearly shows how components of VEPs can be altered by odour and learning effects and their interactions.Keywords: Odor; odour; visually evoked potentials; VEP; ERP; kanji; Japanese; meaning; learning; context-dependent memory; state-dependent learning; environmental reinstatement