Im Gegensatz zu klassischen univariaten Verfahren zur Analyse von Daten der
funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) erlaubt das multivariate
Verfahren der Multivoxel-Muster-Analyse (MVMA) die simultane Berücksichtigung
der Informationen mehrerer Bildpunkte. Somit ist das Verfahren sensitiv
gegenüber Information, die in Aktivierungsmustern ausgeprägt ist, selbst dann,
wenn statistische Unterschiede innerhalb einzelner Bildpunkte nicht beobachtet
werden können. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaft der MVMA werden im Rahmen
dieser Dissertation aktuell diskutierte Fragestellungen der humanen
neurokognitiven Forschung in verschiedenen kognitiven Modalitäten adressiert:
(1) Wird in nicht-topographisch organisierten frontalen Arealen des
menschlichen Gehirns Information zum Ort der Aufmerksamkeit im visuellen Feld
kodiert? (2) Ist Information über die Syntax eines verbalen Stimulus bereits
in frühen auditiven kortikalen oder erst in höherrangigen kognitiven Arealen
kodiert? (3) Welche Gehirnareale kodieren auch außerhalb des auditorischen
Kortex die emotionale Kategorie einer prosodischen Äußerung? Zur Klärung
dieser Fragen wurden drei unabhängige Studien an 3-Tesla-
Magnetresonanztomographen durchgeführt und die Daten mit Hilfe der MVMA
ausgewertet. Im einzelnen wurden folgende Ergebnisse beobachtet: (1)
Zusätzlich zu bereits bekannten topographisch organisierten parietalen und
frontalen Arealen war erstmals Information über den Ort der visuellen
Aufmerksamkeit im rechten mittleren frontalen Gyrus sowie dem rechten
ventrolateralen präfrontalen Kortex nachweisbar. Dies unterstützt bestehende
Theorien bezüglich eines „Filter“-Signals, das an der Steuerung der visuellen
Aufmerksamkeit beteiligt ist. (2) Frühe auditorische Areale kodieren zwar für
saliente perzeptuelle Eigenschaften von akustischen Stimuli, Informationen
bezüglich der Syntax verbaler Äußerungen sind aber erst in höher-kognitiven
und linkslateralisierten Arealen enthalten. (3) Mit Hilfe der MVMA ist in
einem aus operculofrontalen und temporalen Strukturen bestehenden Netzwerk und
damit auch in Arealen außerhalb des auditorischen Kortex der Nachweis von
Information über den Emotionsgehalt perzipierter prosodischer Ausdrücke
gelungen. Diese Ergebnisse bestätigen und untermauern bisherige Erkenntnisse
zur Beteiligung operculofrontaler Strukturen an emotionaler Kommunikation.
Insgesamt belegen die vorgestellten Studien, daß im menschlichen Gehirn
Informationen bezüglich der untersuchten experimentellen Bedingungen in
lokalen Aktivierungsmustern kodiert sind. Die vorgelegten Arbeiten weisen
somit das Verfahren der MVMA in Ergänzung zu klassischen Ansätzen als
sensitive Methode zur Auswertung des Informationsgehalts humaner fMRT-Signale
multipler kognitiver Modalitäten aus.Contrary to classical univariate analysis of functional magnetic resonance
imaging (fMRI) data, the approach of multivariate pattern analysis (MVPA)
allows to gather information simultaneously from many voxels. Thus, MVPA is
not only sensitive to statistically significant signal changes at single
voxels but also to information encoded in activation patterns. Within the
framework of my dissertation, MVPA was used to address current issues in the
field of human cognitive neuroscience: (1) Do non-topographic human frontal
brain areas encode for the locus of visual attention? (2) Do early, or only
later, auditory cortical areas encode for the syntax of verbal stimuli? (3)
Which brain areas beyond the auditory cortex do encode the emotion of a
prosodic utterance? In order to give answers to these questions, three
independent data sets were acquired at 3-Tesla magnetic resonance scanners
and, hence, analysed by MVPA. The following results were observed: (1) We
found information about the locus of visual attention not only in well-known
topographic parietal and frontal brain areas but also in the right middle
frontal gyrus and the ventrolateral prefrontal cortex. This first-time
observation supports the theory of a filter signal that is involved in the
control of visual spatial attention. (2) Early auditory brain areas encode for
the perceptual saliency of auditory stimuli. However, information about the
syntax of a verbal utterance could only be found in higher cognitive and left
lateralized brain areas. (3) MVPA shows a network of operculofrontal and
temporal brain areas that encodes for the emotion of a prosodic utterance.
These findings beyond the auditory cortex support previous hypotheses about an
involvement of the operculofrontal cortex in emotional communication. The
three presented studies provide evidence that cognitive information is encoded
in local activation patterns in the human brain. In addition to classical
analysis of fMRI data, MVPA serves accordingly as a sensitive analysis tool
for the informational content of human fMRI signals from multiple cognitive
modalities
