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Forschung
Das TNM-Lab verbindet multidisziplinäre Forschungsfelder aus Sprachwissenschaft, Sozial-, Kognitions- und Klinischer-Psychologie mit experimentellen Neurowissenschaften.
Die Forschung des TNM-Lab konzentriert sich auf:
- Handlung & Wahrnehmung
- Multisensorische Integration
- funktionelle (Dys-)Konnektivität
- Psychotherapie, Intervention und neurale Plastizität
- Soziale Neurowissenschaften
- Gestik & Sprache
Alle Forschungsbereiche sind stark miteinander verflochten und einzelne Projekte sind in der Regel mit mehr als einem Thema verbunden. Wichtigstes verbindendes Ziel ist die Übertragung von Grundlagenforschung aus experimenteller Psychologie und Hirnbildgebung in klinische Untersuchungen bei Patienten mit psychischen Störungen, insbesondere Schizophrenie und Angststörungen.
Handlung und Wahrnehmnung
Im Bereich Handlung und Wahrnehmen interessieren uns die Wahrnehmung eigener Handlungsfolgen (SFB/TRR 135 A3), die neuronale Verarbeitung von Handlungen im sprachlichen Kontext (G3, FI_3) sowie die Produktions-Wahrnehmungs-Mechanismen sozial-kognitiver Funktionen ( GUI; STR 1146/4-1).
Ziel des SFB/TRR-Teilprojekts A3 (PACT) ist es, die Auswirkungen von Vorhersagemechanismen auf multisensorische Konsequenzen des eigenen Handelns zu untersuchen. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf drei verschiedene Aspekte: 1) supramodale vs. unimodale Effekte der Handlungs-Feedback-Verarbeitung, 2) die neuronalen Korrelate supramodaler Vorhersagemechanismen und deren Konsequenzen und 3) die Untersuchung von Vorhersagemechanismen bei der Benutzung von Werkzeugen. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden in einem DFG-Projekt (PACT-SZ; STR 1146/9-1/2) und der neuen Periode des SFB/TRR135 damit zusammenhängende Dysfunktionen bei Patienten mit Schizophrenie und Halluzinationen sowie Ich-Störungen untersucht.
Bei der Wahrnehmung und dem Verständnis von kommunikativen Handlungen konzentrieren wir uns vor allem auf multisensorische Integrationsprozesse, die für die Integration von Sprache und Gestik relevant sind.
Repräsentative Veröffentlichungen:
Kavroulakis, E., Kemenade, B. M. Van, Kircher, T., & Straube, B. (2022). The effect of self-generated versus externally generated actions on timing , duration , and amplitude of blood oxygen level dependent response for visual feedback processing. Human Brain Mapping, (July), 1–16. https://doi.org/10.1002/hbm.26053
Uhlmann, L., Pazen, M., Van Kemenade, B. M., Steinsträter, O., Harris, L. R., Kircher, T., & Straube, B. (2020). Seeing your own or someone else ’ s hand moving in accordance with your action : The neural interaction of agency and hand identity. Human Brain Mapping (HBM), 41, 2474–2489. https://doi.org/10.1002/hbm.24958
van Kemenade, B. M., Arikan, B. E., Podranski, K., Steinsträter, O., Kircher, T., & Straube, B. (2019). Distinct Roles for the Cerebellum, Angular Gyrus, and Middle Temporal Gyrus in Action–Feedback Monitoring. Cerebral Cortex, 29(4), 1520–1531. https://doi.org/10.1093/cercor/bhy048
Multisensorische Integration
Bei der multisensorischen Integration untersuchen wir unterschiedliche Integrationsebenen beispielsweise bei der Wahrnehmung eigener Handlungsfolgen (Handlung & Wahrnehmung) oder der neuronalen Verarbeitung von Handlungen im sprachlichen Kontext (Gestik & Sprache).
Repräsentative Veröffentlichungen:
Straube, B., Wroblewski, A., Jansen, A., & He, Y. (2018). The connectivity signature of co-speech gesture integration: The superior temporal sulcus modulates connectivity between areas related to visual gesture and auditory speech processing. NeuroImage, 181(2018), 539–549. https://doi.org/10.1016/J.NEUROIMAGE.2018.07.037
Krala, M., van Kemenade, B. M., Straube, B., Kircher, T., & Bremmer, F. (2019). Predictive coding in a multisensory path integration task: an fMRI study. Journal of Vision, 19(11)(13), 1–15. https://doi.org/10.1167/19.11.13
Straube, B., Kemenade, B. M. van, Arikan, B. E., Fiehler, K., Leube, D. T., Harris, L. R., & Kircher, T. (2017). Predicting the Multisensory Consequences of One’s Own Action: BOLD Suppression in Auditory and Visual Cortices. PLOS ONE, 12(1), e0169131. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0169131
Funktionelle (Dys-)konnektivität
Neben klinisch relevanten Unterschieden in der BOLD-Amplitude lassen sich bei Patienten mit psychischen Störungen Unterschiede in der Konnektivität beobachten, die durch eine dysfunktionale Verarbeitung erklärt werden könnten. Im TNM-Lab gilt die funktionelle Konnektivität als Hinweis auf einen erfolgreichen Informationsfluss zwischen Hirnregionen und deren Beeinträchtigung entsprechend als relevanter Marker für eine dysfunktionale Verarbeitung. Beispielsweise könnte eine dysfunktionale fronto-temporale Konnektivität bei Patienten mit Schizophrenie zur beeinträchtigten Verarbeitung von Gesten in einem abstrakten Satzkontext beitragen (Straube et al., 2014). Darüber hinaus deuten Analysen mittels Dynamic Causal Modeling (DCM) auf eine beeinträchtigte effektive Konnektivität in verbalen Verarbeitungspfaden während der Gesten-Sprach-Integration bei Patienten aus dem Schizophrenie-Spektrum hin (Wroblewski et al., 2020).
Ein weiteres klinisch relevantes Beispiel deutet darauf hin, dass eine gestörte Kopplung zwischen dem vorderen cingulären Kortex und der Amygdala mit dem Nichtansprechen auf eine expositionsbasierte kognitive Verhaltenstherapie zusammenhängt (Lueken et al., 2013).
Repräsentative Veröffentlichungen:
Lueken, U., Straube, B., Konrad, C., Wittchen, H.-U., Ströhle, A., Wittmann, A., … Kircher, T. (2013). Neural Substrates of Treatment Response to Cognitive-Behavioral Therapy in Panic Disorder With Agoraphobia. American Journal of Psychiatry, 170(11), 1345–55. http://doi.org/10.1176/appi.ajp.2013.12111484
Straube, B., Green, A., Sass, K., & Kircher, T. (2014). Superior Temporal Sulcus Disconnectivity During Processing of Metaphoric Gestures in Schizophrenia. Schizophrenia Bulletin, 40(4), 936–944. http://doi.org/10.1093/schbul/sbt110
Straube, B., Wroblewski, A., Jansen, A., & He, Y. (2018). The connectivity signature of co-speech gesture integration: The superior temporal sulcus modulates connectivity between areas related to visual gesture and auditory speech processing. NeuroImage, 181(2018), 539–549. https://doi.org/10.1016/J.NEUROIMAGE.2018.07.037
Wroblewski, A., He, Y., & Straube, B. (2020). Dynamic Causal Modelling suggests impaired effective connectivity in patients with schizophrenia spectrum disorders during gesture-speech integration. Schizophrenia Research IF: 4.569
Bitsch, F., Berger, P., Nagels, A., Falkenberg, I., & Straube, B. (2021). Characterizing the theory of mind network in schizophrenia reveals a sparser network structure. Schizophrenia Research, 228, 581–589. https://doi.org/10.1016/j.schres.2020.11.026
Psychotherapie, Intervention und neurale Plastizität
Das Ziel der translationalen Bildgebung ist nicht nur die Untersuchung von Funktionsstörungen bei Patienten mit psychischen Störungen, sondern auch die Erforschung von Veränderungen in der neuronalen Verarbeitung und im Verhalten, die durch kognitive Verhaltenstherapie (KVT) oder spezifische Interventionen wie Humortraining (siehe EKFS), Gestiktraining (siehe G+) oder die Anwendung der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) induziert werden können. .
Zur Wirkung von CBT siehe zum Beispiel:
Yang, Y., Lueken, U., Richter, J., Hamm, A., Wittmann, A., Konrad, C., … Straube*, B., & Kircher*, T. (2020). Effect of CBT on Biased Semantic Network in Panic Disorder: A Multicenter fMRI Study using Semantic Priming. The American Journal of Psychiatry, 177:197–199; doi: 10.1176/appi.ajp.2019.20010008. *contributed equally
Short summary of the results (Yang et al., 2020) as cartoon (Link)
Zur Wirkung eines Gestik-Trainings, siehe zum Beispiel:
Riedl, L., Nagels, A., Sammer, G., & Straube, B. (2020). A multimodal speech-gesture training intervention for patients with schizophrenia and its neural underpinnings – the study protocol of a randomized controlled pilot trial. Frontiers in Psychiatry, 11, 110. https://doi.org/10.3389/FPSYT.2020.00110
Zur Wirkung von Gleichstromstimulation, siehe zum Beispiel:
Schülke, R., & Straube, B. (2019). Transcranial Direct Current Stimulation Improves Semantic Speech–Gesture Matching in Patients With Schizophrenia Spectrum Disorder. Schizophrenia Bulletin, 45(3), 522–530. https://doi.org/10.1093/schbul/sby144
Soziale Neurowissenschaft
Psychische Störungen und insbesondere die Schizophrenie sind durch sozial-kognitive Dysfunktionen gekennzeichnet. Soziales Funktionieren ist ferner in vielerlei Hinsicht mit Wahrnehmung und Handeln verbunden. Ziel des TNM-Labs ist es zu untersuchen, wie die Wahrnehmung von Handlungen (PACT/PACT-SZ) und die neuronalen Korrelate der Gestenverarbeitung (EEG-CON, Gestik3) mit sozial-kognitiven Funktionen bei Patienten mit Schizophrenie zusammenhängen. Darüber hinaus werden neuronale Korrelate der Wahrnehmung und Produktion negativer Gesichtsemotionen bei gesunden Probanden mit genetischem oder umweltbedingtem Risiko für Schizophrenie (GUI) untersucht, um zu zeigen, wie neurale Produktions-Wahrnehmungs-Matching-Prozesse ein mögliches genetisches Risiko modulieren und zur Entwicklung einer Schizophrenie beitragen könnten. In diesem Zusammenhang sind soziale Intergruppenbeziehungen von besonderem Interesse, da sie zu dem bei Migranten beobachteten erhöhten Risiko für Schizophrenie beitragen könnten.
Darüber hinaus untersuchen wir die Wirkung eines Humortrainings auf die soziale kognitive Funktion in einem longitudinalen fMRI-Design (EKFS).
Repräsentative Veröffentlichungen:
Suffel, A., Nagels, A., Steines, M., Kircher, T., & Straube, B. (2020). Feeling addressed ! The neural processing of social communicative cues in patients with major depression. Human Brain Mapping, 41, 3541–3554. https://doi.org/10.1002/hbm.25027
Steines, M., Krautheim, J. T., Neziroğlu, G., Kircher, T., & Straube, B. (2020). Conflicting group memberships modulate neural activation in an emotional production-perception network. Cortex, 126, 153–172. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010945220300022
Krautheim, J. T., Dannlowski, U., Steines, M., Neziroğlu, G., Acosta, H., Sommer, J., … Kircher, T. (2019). Intergroup empathy: Enhanced neural resonance for ingroup facial emotion in a shared neural production-perception network. NeuroImage, 194(March), 182–190. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2019.03.048
Gestik & Sprache
Das Verständnis natürlicher Sprache ist eine komplexe Fähigkeit, die von mehreren kognitiven und neuronalen Systemen abhängt. In den letzten Jahren ist das Wissen über die Gehirnprozesse, die der Einzelwort- und Satzverarbeitung zugrunde liegen, durch die Untersuchung phonologischer, semantischer und syntaktischer/ satzverarbeitender Netzwerke gewachsen. Aber nicht nur die Sprache ist eine kommunikative Quelle, auch Merkmale wie Tonfall, Mimik, Körperhaltung und Gestik vermitteln Bedeutung, die entschlüsselt wird und das Verständnis unterstützt.
Bei gesunden Probanden scheint das Gehirn nicht durch die gleichzeitig eintreffenden auditiven (verbalen) und visuellen (gestischen) kommunikativen Informationen abgelenkt zu werden. Stattdessen ist es sogar in der Lage, Sprach- und Gesteninformationen zu integrieren und nutzt beide Informationskanäle.
Die Forschung der Gesten-Sprach-Projekte des TNM-Lab (EEG-CON, Gestik3) beschäftigt sich hauptsächlich mit der Frage nach
● wie Sprache und Gestenbedeutung beim Verstehen interagieren
● wie diese Interaktion von der Abstraktheit der kommunizierten Informationen abhängt und
● ob Patienten mit Schizophrenie eine beeinträchtigte Integration von Sprache und Gestik zeigen
Wir verwenden subjektive Bewertungen, EEG und fMRT, um etwas Licht in diese Fragen zu bringen. Im Mittelpunkt der aktuellen Forschung stehen:
● zeitliche Aspekte der neuralen Sprach- und Gestenintegration mittels EEG und fMRI (He et al., 2015, 2018)
● funktionelle Konnektivität bei der Integration auditiver und visueller Informationen (Straube et al., 2018)
● Vorhersagemechanismen beim Verstehen
● soziale Aspekte der Sprach- und Gestenverarbeitung und damit zusammenhängende Dysfunktionen bei Schizophrenie (He et al., 2021) und Depression (Suffel et al., 2020)
● Gestenverarbeitung im Kontext natürlicher Sprache (Cuevas et al., 2021)
Repräsentative Veröffentlichungen:
Riedl, L., Nagels, A., Sammer, G., Choudhury, M., Nonnenmann, A., Sütterlin, A., … Straube, B. (2022). Multimodal speech-gesture training in patients with schizophrenia spectrum disorder : Effects on quality of life and neural processing. Schizophrenia Research, 246(April), 112–125. https://doi.org/10.1016/j.schres.2022.06.009
Choudhury, M., Steines, M., Nagels, A., Riedl, L., Kircher, T., & Straube, B. (2021). Neural Basis of Speech-Gesture Mismatch Detection in Schizophrenia Spectrum Disorders. Schizophrenia Bulletin, 47(6), 1761–1771. https://doi.org/10.1093/schbul/sbab059
Cuevas, P., He, Y., Billino, J., Kozasa, E., & Straube, B. (2021). Age-related effects on the neural processing of semantic complexity in a continuous narrative: Modulation by gestures already present in young to middle-aged adults. Neuropsychologia, 151(107725). https://doi.org/10.1016/J.NEUROPSYCHOLOGIA.2020.107725
Cuevas, P.*, He, Y.*, Steines, M. & Straube, B.* (2022). The processing of semantic complexity and co-speech gestures in schizophrenia: a naturalistic, multimodal fMRI study. Schizophrenia Bulletin Open, Volume 3, Issue 1, January 2022 *contributed equally