Die Funktion des menschlichen Gehirns, Handlungen zu überwachen, umfasst die
Fähigkeiten, Handlungsfehler zu detektieren und das Verhalten den aktuellen
Umweltanforderungen anzupassen. Patientenstudien haben gezeigt, dass der
anteriore mittlere zinguläre Kortex in Interaktion mit den Basalganglien
wesentlich an der Implementierung von Handlungsüberwachungsfunktionen
beteiligt ist. Es wird angenommen, dass der Nucleus subthalamicus (STN), ein
Kerngebiet der Basalganglien und Ziel für diverse neuronale Projektionen,
einen Nexus für emotionale, kognitive und motorische
Informationsverarbeitungs-prozesse bildet. Eine wichtige Verhaltensadaptation
bildet das so genannte post-error slowing, eine Geschwindigkeitsreduktion der
Antwortabgabe im Durchgang nach einer fehlerhaften Antwort, die mit
motorischen Inhibitionsprozessen in Verbindung gebracht wird. Der STN scheint
Studien zufolge eine wichtige Position in diesem Inhibitionsnetzwerk
einzunehmen. Eine direkte Beteiligung des STN an Fehlerverarbeitungsprozessen
wurde bisher nicht gezeigt. Ziel unserer Studie bildete der Nachweis
fehlerassoziierter Aktivität im STN sowie deren Zusammenhang mit
fehlerassoziierter Verhaltensadaptation. Über die zur Tiefen Hirnstimulation
implantierten Elektroden leiteten wir lokale Feldpotentiale (LFP) aus dem STN
und ein Elektro-enzephalogramm von 17 Parkinsonpatienten ab, während diese
eine Flankierreizaufgabe bearbeiteten. Die Analyse der elektrophysiologischen
Daten fokussierte sich auf die ereigniskorrelierten Potentiale. Da bisherige
Studien mit Parkinsonpatienten uneinheitliche Befunde zum Einfluss der
dopaminergen Medikation auf Fehlerverarbeitung ergaben, führten wir die
Untersuchung jeweils mit und ohne dopaminerge Medikation durch. Neben der
typischen kortikalen Fehlernegativität konnten wir fehlerassoziierte Aktivität
im STN in Form einer positiven Deflektion in den LFP 260-450 ms nach einer
fehlerhaften Antwort nachweisen. Diese fehlerassoziierte Positivierung im STN
(STN-Pe) zeigte sich in Zusammenhang mit erfolgreichem post-error slowing. Ein
Effekt der dopaminergen Medikation ergab sich in den Daten der
Gesamtstichprobe nicht. Interessanterweise fanden wir jedoch zwei Subgruppen
mit gegensätzlichen Verhaltenseffekten. Die Gruppe jüngerer Patienten zeigte
ohne Medikation signifikant niedrigere Fehlerraten als unter Medikation,
wohingegen die Gruppe älterer Patienten umgekehrt niedrigere Fehlerraten unter
Medikation erreichte. Diese Befunde suggerieren einen medikamentösen
Überdosierungseffekt bei jungen Patienten in Abhängigkeit der vom dopaminergen
Neuronenuntergang betroffenen Gehirnareale. Entsprechend der behavioralen
Ergebnisse fanden wir dopaminerge Modulationen der kortikalen
Fehlernegativität und der STN-Pe in beiden Gruppen. Statistische Signifikanz
erreichten die Effekte jedoch nur in der älteren, unter Medikation gute
Leistungen zeigenden Gruppe, die entsprechend höhere Amplituden der kortikalen
Fehlernegativität und der STN-Pe unter Medikation im Vergleich zum Durchgang
ohne Medikation aufwiesen. Zusammenfassend konnten wir mit dieser Studie
zeigen, dass der STN in Fehlerverarbeitungsprozesse involviert ist und Dopamin
einen modulatorischen Einfluss auf jene Prozesse ausübt.The human brain function of performance monitoring relies on the ability to
detect errors and subsequently adapt the behavior to current environmental
requirements. Patient studies revealed interactions of the anterior
midcingulate cortex and the basal ganglia for the implementation of
performance monitoring. It is assumed that the subthalamic nucleus (STN), an
input nucleus of the basal ganglia, targeted by a diversity of neural
projections, builds a nexus for emotional, cognitive, and motor information
processes. An important behavioral adaptation to errors is the so called post-
error slowing, a prolongation of the reaction time, observed in the trials
after erroneous responses which is associated with motor inhibition. According
to previous studies the STN is a pivotal node of the neural networks of motor
and cognitive inhibition. However, a direct involvement of the STN in error
processing has not been shown so far. Here we investigated error-related
activity in the STN and its influence on behavioral adaptation. We
simultaneously recorded local field potentials (LFP) of the STN and an
electroencephalogram in 17 patients undergoing DBS for Parkinson's disease
while performing a flanker task. We primarily analysed event-related
potentials. Notably, as patient studies so far yielded inconsistent results
regarding the influence of dopamine on error processing, we studied the
patients both with and without dopaminergic medication. In addition to the
previously reported cortical error-related negativity, we found error-related
activity in the STN which was characterized by a positive deflection in the
LFP within 260-450 ms after an erroneous response. This so called STN error
positivity (STN-Pe) was related to successful post-error slowing. We did not
find a main effect of dopaminergic medication in our data. However we detected
two subgroups showing an opposite effect of dopaminergic medication on their
behavior. The younger patients showed significantly lower error rates while
without medication compared to the medicated state, whereas the older patients
showed lower error rates under medication. These findings suggest a
dopaminergic overdose effect in young patients depending on the dopamine
depletion. In agreement with the behavioral results, we found dopaminergic
modulations of the error-related negativity and the STN-Pe in both groups.
However, statistical significance of these effects was obtained only in the
group of the older “ON-good-performing“ patients, which showed higher
amplitudes of both components when on medication. In this study we
demonstrated that the STN is involved in error processing and that dopamine
exerts a modulatory influence on these processes
