Mechanisms of memory consolidation : Analyzing the coordinated activity of concept neurons in the human medial temporal lobe during waking and sleep

The aim of this thesis is to investigate the role of human concept neurons in memory consolidation during sleep. Memory consolidation is a process by which memories initially dependent on the hippocampus are transferred to cortical areas, thereby gradually becoming independent of the hippocampus. Theories of memory consolidation posit that memory traces encoding autobiographic episodes are rapidly formed in the hippocampus during waking, and reactivated during subsequent slow-wave sleep to be transformed into a long-lasting form. Concept neurons in the human medial temporal lobe are neurons tuned to semantic concepts in a selective, sparse, and invariant manner. These neurons respond to pictures or written and spoken words representing their preferred concept (for example, a person, an animal, an object), regardless of physical stimulus properties. Concept neurons have been speculated to be building blocks for episodic memory. We used whole-night recordings from concept neurons in the medial temporal lobe of epilepsy patients implanted with depth electrodes for presurgical monitoring to test the hypothesis that the coordinated activity of concept neurons during sleep is a neurophysiological correlate of memory consolidation in humans. To conduct this study, we developed software methods for artifact removal and spike sorting of long-term recordings from single neurons. In an evaluation on both simulated model data and visual stimulus presentation experiments, our software outperformed previous methods. Starting from the conceptual analogy between rodent place cells and human concept neurons, we developed an episodic memory task in which participants learned a story eliciting sequential activity in concept neurons. We found that concept neurons preserved their semantic tuning across whole-night recordings. Hippocampal concept neurons had, on average, lower firing rates during rapid-eye-movement (REM) sleep than during waking. During slow-wave sleep, firing rates did not significantly differ from waking. The activity of concept neurons increased during ripples in the local field potential. Furthermore, concept neurons whose preferred stimuli participated in the memorized story were conjointly reactivated after learning, most pronouncedly during slow-wave sleep. Cross-correlations of concept neurons were most asymmetric during slow-wave sleep. Cross-correlation peak times were often in the range believed to be relevant for spike-timing-dependent plasticity. However, time lags of peak cross-correlations did not correlate with the positional order of stimuli in the memorized story. Our findings support the hypothesis that concept neurons rapidly encode a memory trace during learning, and that the reactivation of the same neurons during subsequent slow-wave sleep and ripples contributes to the consolidation of the memory episode. However, the consolidation of the temporal order of events in humans appears to differ from what rodent research suggests.Mechanismen der Gedächtniskonsolidierung : Analyse der Aktivität von Konzeptzellen im menschlichen Schläfenlappen während Wachheit und Schlaf In dieser Arbeit wird die Rolle von Konzeptzellen ("concept neurons") im Gehirn des Menschen bei der Gedächtniskonsolidierung im Schlaf untersucht. Gedächtniskonsolidierung ist ein Prozess, durch den Gedächtnisinhalte, die zunächst vom Hippokampus abhängen, in die Großhirnrinde übertragen werden. Dadurch reduziert sich im Laufe der Zeit die Abhängigkeit der Gedächtnisinhalte vom Hippokampus. In der Theorie der Gedächtniskonsolidierung wird angenommen, dass während wachem Erleben sehr schnell Gedächtnisspuren im Hippokampus entstehen, welche im darauffolgenden Tiefschlaf reaktiviert werden, um so eine langfristig stabile Gedächtnisspur zu erzeugen. Konzeptzellen im Schläfenlappen des Menschen sind Nervenzellen, die auf den semantischen Inhalt eines Stimulus selektiv und semantisch invariant reagieren. Konzeptzellen antworten auf Abbildungen ihres präferierten Konzepts (zum Beispiel einer Person, eines Tieres oder eines Objekts) oder auf geschriebene und gesprochene Wörter, die das gleiche Konzept darstellen, unabhängig von den speziellen Eigenschaften des Stimulus, wie zum Beispiel Bildgröße oder -farbe. Auf jedes Konzept reagiert dabei nur ein sehr kleiner Teil dieser Zellen. Man vermutet, dass Konzeptzellen Bausteine des episodischen Gedächtnisses sind. Die vorliegende Studie nutzt Aufzeichnungen der Aktivität einzelner Konzeptzellen während ganzer Nächte, um zu untersuchen, inwiefern die koordinierte Aktivität von Konzeptzellen im Schlaf ein neurophysiologisches Korrelat der Gedächtniskonsolidierung darstellt. Die Teilnehmer der Studie waren Epilepsiepatienten, in deren mediale Schläfenlappen aus klinischen Gründen Tiefenelektroden zur Anfallsaufzeichnung implantiert worden waren. Zur Analyse der Daten wurde zunächst eine Software entwickelt, die eine Artefaktbereinigung und das Spike-Sorting von neuronalen Langzeitaufzeichnungen leistet. Diese Software zeigte deutliche Vorteile gegenüber vorhandenen Methoden, und zwar sowohl in Tests mit simulierten Modelldatensätzen als auch im Falle tatsächlicher Aufzeichnungen (hier Experimente, in denen visuelle Stimuli auf einem Laptop dargestellt wurden). Ausgehend von einer Analogie zwischen Ortszellen ("place cells") bei Nagetieren und Konzeptzellen bei Menschen wurde ein Experiment entwickelt, das episodisches Gedächtnis operationalisierte. Darin lernten die Teilnehmer eine kurze Geschichte auswendig, was sequentielle Aktivität von Konzeptzellen auslöste. Konzeptzellen zeigten ein stabiles Antwortverhalten: am Abend und nächsten Morgen antworteten sie auf die gleichen Stimuli. Konzeptzellen im Hippokampus hatten im Mittel im Rapid-Eye-Movement-Schlaf (REM-Schlaf) niedrigere Feuerraten als während Wachheit. Im Tiefschlaf unterschieden sich die Feuerraten nicht signifikant von Wachheit. Die Aktivität der Konzeptzellen war während "ripples" im lokalen Feldpotential erhöht, und Konzeptzellen, deren präferierte Stimuli in der erinnerten Geschichte auftauchten, feuerten im darauffolgenden Schlaf gemeinsam, ein Effekt, der im Tiefschlaf besonders ausgeprägt war. Die Kreuzkorrelationen von Konzeptzellen waren im Tiefschlaf asymmetrischer als während Wachheit und REM-Schlaf, und die typischen Zeitabstände des Feuerns von Konzeptzellen lagen in einem Bereich, der als relevant für "spike-timing-dependent plasticity" gilt. Die Zeitabstände waren jedoch nicht mit dem Abstand der präferierten Stimuli in der erinnerten Geschichte korreliert. Diese Befunde stützen die Theorie, dass die Aktivität von Konzeptzellen während des Lernens instantan eine Gedächtnisspur erzeugt, und dass die Reaktivierung der gleichen Nervenzellen im Tiefschlaf nach dem Lernen zur Konsolidierung der Gedächtnisinhalte beiträgt. Die zeitliche Reihenfolge von Ereignissen wird offenbar im menschlichen Gehirn nicht auf die Weise konsolidiert, die sich aus der Forschung an Nagetieren nahelegte

Communication assistance in conversational situations with people with complex support needs

In dem Beitrag werden entlang nationaler und internationaler Forschungsbefunde Herausforderungen in der Assistenz von Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen, die aufgrund einer Beeinträchtigung mit alternativen und ergänzenden Kommunikationshilfsmitteln kom­munizieren, skizziert. Zentrale These des Beitrags ist der Gedanke, dass es sich bei Kommunikations-Assistenz entgegen dem durch die Empowerment-Bewegung etablierten Assistenzverständnis um eine hoch komplexe Tätigkeit handelt, die nicht nur eine ent­sprechende Haltung, sondern auch spezifisches fachliches und methodisches Know-How erfordert. Es wird ein Vorschlag zur Systematisierung assistierender Gesprächsstrategien vorgestellt und auf das Feld der Unterstützten Kommunikation anhand von exemplarischen Beispielen übertragen. (DIPF/Orig.)The article presents national and international research findings dealing with challenges in the assistance of children, adolescents and adults who communicate with communication aids. The central thesis of the article is the idea that communication assistance, contrary to the understanding of assistance established by the empowerment movement, is a complex activity that does not only require an appropriate attitude, but also specific technical and methodical know-how. The article presents a proposal for the systematization of assistive conversation strategies and uses examples to transfer them to the field of AAC

Kommunikationsassistenz in Gesprächssituationen mit Menschen mit komplexem Unterstützungsbedarf

The article presents national and international research findings dealing with challenges in the assistance of children, adolescents and adults who communicate with communication aids. The central thesis of the article is the idea that communication assistance, contrary to the understanding of assistance established by the empowerment movement, is a complex activity that does not only require an appropriate attitude, but also specific technical and methodical know-how. The article presents a proposal for the systematization of assistive conversation strategies and uses examples to transfer them to the field of AAC.In dem Beitrag werden entlang nationaler und internationaler Forschungsbefunde Herausforderungen in der Assistenz von Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen, die aufgrund einer Beeinträchtigung mit alternativen und ergänzenden Kommunikationshilfsmitteln kom­munizieren, skizziert. Zentrale These des Beitrags ist der Gedanke, dass es sich bei Kommunikations-Assistenz entgegen dem durch die Empowerment-Bewegung etablierten Assistenzverständnis um eine hoch komplexe Tätigkeit handelt, die nicht nur eine ent­sprechende Haltung, sondern auch spezifisches fachliches und methodisches Know-How erfordert. Es wird ein Vorschlag zur Systematisierung assistierender Gesprächsstrategien vorgestellt und auf das Feld der Unterstützten Kommunikation anhand von exemplarischen Beispielen übertragen

Bildungspotenziale digitaler Musiziermedien im inklusionsorientierten Musikunterricht

Digitale Musiziermedien bieten, so die zentrale These des Beitrags, Gelegenheiten für transformatorische Bildungsprozesse in einem inklusionsorientierten Musikunterricht. Der Beitrag will diese Gelegenheiten und Begrenzungen näher bestimmen. Ausgehend von Befunden aus dem BMBF-geförderten Projekt be_smart werden dazu Überlegungen zur musikpädagogischen Arbeit mit Schülerinnen und Schülern mit sonderpädagogischem Unterstützungsbedarf im thematischen Dreieck von musikalischer Bildung, Disability und digitalen Musiziermedien skizziert

How coupled slow oscillations, spindles and ripples coordinate neuronal processing and communication during human sleep

Learning and plasticity rely on fine-tuned regulation of neuronal circuits during offline periods. An unresolved puzzle is how the sleeping brain, in the absence of external stimulation or conscious effort, coordinates neuronal firing rates (FRs) and communication within and across circuits to support synaptic and systems consolidation. Using intracranial electroencephalography combined with multiunit activity recordings from the human hippocampus and surrounding medial temporal lobe (MTL) areas, we show that, governed by slow oscillation (SO) up-states, sleep spindles set a timeframe for ripples to occur. This sequential coupling leads to a stepwise increase in (1) neuronal FRs, (2) short-latency cross-correlations among local neuronal assemblies and (3) cross-regional MTL interactions. Triggered by SOs and spindles, ripples thus establish optimal conditions for spike-timing-dependent plasticity and systems consolidation. These results unveil how the sequential coupling of specific sleep rhythms orchestrates neuronal processing and communication during human sleep

Raum für Teilhabe. Verstehen, Verhandeln und Aneignen des Raumes bei sogenannter geistiger Behinderung

Der Beitrag stellt konzeptionelle Überlegungen aus zwei Forschungsprojekten vor, die räumliche Aneignungsprozesse als relationale Phänomene der Beziehungen von Menschen und Dingen betrachten. Zum einen wird der Blick auf das Wohnen in besonderen Wohnformen, zum anderen auf die Mobilität im näheren Wohnumfeld gerichtet. (DIPF/Orig.

Onlife-Lehre in Corona-Zeiten? Reflexionen über eine hochschulübergreifende Ringvorlesung zum thematischen Dreieck musikkulturelle Bildung – Digitalisierung – Inklusion

Der vorliegende Beitrag befasst sich mit Potentialen eines neuen Lehr-Lernformats für lehramtsbezogene Studiengänge in Form einer hochschulübergreifenden Ringvorlesung, die zwischen analogen und digitalen Formaten alterniert. Die inhaltliche Konzeption der Ringvorlesung bewegt sich im Themenfeld musikkulturelle Bildung – Digitalisierung – Inklusion. Erste Auswertungen von Erfahrungen lassen Momente entlang der Zusammenhänge des Onlife oder Postdigitalen erkennen. Deutlich wird aber auch, dass ein gemeinsamer konjunktiver Erfahrungsraum durch die Verflechtung von digitalen und analogen Anteilen im Jetzt und in der Zukunft im Sinne einer Bildungspraxis immer wieder neu konstituiert und ausgehandelt werden muss

Kontingenz von Differenzkonstruktionen in der inklusionsorientierten musikalischen Bildung am Beispiel des Umgangs mit digitalen Musizier-Medien

Der vorliegende Beitrag fokussiert Differenzkonstruktionen im Bereich der musikalischen Bildung. Er diskutiert Ergebnisse der ersten Phase des Verbundprojektes ‚be_smart – Bedeutung spezifischer Musik-Apps für die Teilhabe von Jugendlichen und jungen Erwachsenen mit komplexen Behinderungen an kultureller Bildung‘ im Hinblick auf die Frage, welche Konstruktionsweisen von Behinderung, Musik und Talent im Kontext der Nutzung digitaler Musizier-Medien in inklusionsorientierten musikpädagogischen Settings wirksam werden. Die Autor*innen bedienen sich dazu in der Ergebnisdarstellung differenztheoretischer und ableismuskritischer Theoriefragmente. Im Zentrum stehen zwei Ergebnisfelder: Zum einen geht es um die Frage, welche Verständnisse von Behinderung in der Analyse der Interviews herausgearbeitet wurden. Zum anderen um die Frage, welches Verständnis von digitalen Musikinstrumenten die Interviewpartner*innen zugrunde gelegt haben. Im Vordergrund stehen dabei Verschränkungen und Wechselbeziehungen zwischen beiden Feldern und ihre möglichen Auswirkungen auf inklusive musikpädagogische Settings. (DIPF/Orig.

Teilhabe multimodal

Teilhabe wird in diesem Beitrag aus ethnomethodologischer Perspektive auf der Ebene der Interaktion betrachtet. Soziale Interaktionen folgen einer Ordnung, die diese für die Interaktionspartner*innen verstehbar und auch handhabbar machen. In einem fortwährenden Prozess richten dabei die Beteiligten ihre (Sprach-)Handlungen aufeinander aus. Im Kontext von Behinderung kann dies eine besondere Herausforderung darstellen. In dem Beitrag wird anhand dreier Interaktionssequenzen herausgearbeitet, wie sich Teilhabe auf der Interaktionsebene darstellen und modellieren lässt