Der mediale Temporallappen für das visuelle Arbeitsgedächtnis

Welche Funktion hat der mediale Temporallappen bei der Unterstützung von Arbeitsgedächtnisprozessen bei Individuen mit starkem und schwachem Leistungspotential?

An der Studie nahmen 13 Patientinnen und Patienten mit einer therapieresistenten Epilepsie teil, welche im Rahmen einer präoperativen Abklärung mit Tiefenelektroden im medialen Temporallappen am Schweizer Epilepsiezentrum diagnostisch untersucht wurden. Die Patienten lösten eine visuell-räumliche Arbeitsgedächtnisaufgabe während dem ihre hirnelektrische Aktivität von den Nervenzellen abgeleitet wurde. Die Aufgabe bestand darin farbige Quadrate für eine kurze Zeit zu memorieren (initiale Präsentationsdauer = 800 ms). Nach einer kurzen Verzögerung von 900ms, wurde bei einer erneuten Präsentation der Quadrate mittels Tastendruckes bestätigt, ob es sich um das gleiche Arrangement handelte oder ob die Farbe eines Quadrats änderte (Luck und Vogel 1997; Von Allmen, Wurmitzer, Martin und Klaver 2013). Die Aufgaben wiederholten sich mit unterschiedlichen Farben und Positionen der Quadrate, und mit unterschiedlicher Arbeitsgedächtnisbelastung (1, 2, 4 und 6 Quadrate). Es gab 48 Aufgaben pro Arbeitsgedächtnisbelastungsbedingung. Wir analysierten die Einzelzellaktivität im Hippocampus, im entorhinalen Kortex und in der Amygdala mittels Methoden, welche mit denen einer vorherigen Studie vergleichbar sind (Boran, Fedele, Klaver, Hilfiker, Stieglitz, Grunwald und Sarnthein 2019). Die neuronale Aktivität wurde mit Verhaltensdaten (Accuracy und der Arbeitsgedächtniskapazität nach Cowan’s K (Cowan 2001)) in Zusammenhang gebracht.

Frühere Studien mit der gleichen Aufgabe zeigten eine Arbeitsgedächtniskapazität von ungefähr 4 Quadrate bei Erwachsenen und 3 Quadrate bei Kindern (von Allmen, Wurmitzer, Martin, Klaver 2013, von Allmen, Wurmitzer, Klaver 2014). Bei Patienten fanden wir wie erwartet mit einer Arbeitsgedächtniskapazität von 3 Objekten eine geringere Leistung im Vergleich zu gesunden Erwachsenen. In drei Regionen des medialen Temporallappens (Hippocampus, entorhinaler Kortex und Amygdala) fanden wir Neuronen, die eine erhöhte Aktivität während dem Behalten visueller Information im Arbeitsgedächtnis zeigten. Ein Teil dieser Neuronen im Hippocampus und im entorhinalen Kortex zeigte eine erhöhte Aktivität mit ansteigender Arbeitsgedächtnisbelastung. Es gab mehr Neuronen im Hippocampus bei Aufgaben die korrekt gelöst wurden, als bei Aufgaben, die nicht korrekt gelöst wurden. Und es gab mehr dieser Neuronen bei Patienten mit eine geringe Arbeitsgedächtnisleistung als bei Patienten mit einer hohen Arbeitsgedächtnisleistung. Zudem war die Aktivität im medialen Temporallappen während der Phase des Behaltens (kurze Verzögerung), insbesondere bei Menschen mit einer geringen Arbeitsgedächtniskapazität prädiktiv für die Arbeitsgedächtnisbelastung (4 und 6 > 1 und 2 Quadrate).

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der mediale Temporallappen zur Kompensation einer Überbelastung beim Lösen von Arbeitsgedächtnisaufgaben eingesetzt wird. Eine Möglichkeit ist, dass Personen mit einer geringen Arbeitsgedächtniskapazität eine andere Gedächtnisstrategie benutzen, in der der mediale Temporallappen eingesetzt wird. Zukünftige Studien sollten untersuchen, ob sich diese Form von Kompensation auf die Ressourcenverteilung oder Fehlerart auswirkt. In der Heilpädagogik können diese Erkenntnisse zum Verständnis von Ressourcen und Defiziten bei Kindern mit geringer Arbeitsgedächtniskapazität beitragen.

Boran, E., Fedele, T., Klaver, P., Hilfiker, P., Stieglitz, L., Grunwald, T., Sarnthein, J. (2019). Persistent hippocampal neural firing and hippocampal-cortical coupling predict verbal working memory load. Sci Adv, 5:eaav3687.

Cowan, N. (2001). The magical number 4 in short-term memory: a reconsideration of mental storage capacity. Brain Behav Sci 24: 87-185.

Gathercole, S.E., Pickering, S.J., Knight, C., and Stegmann, Z. (2004). Working memory skills and educational attainment: evidence from national curriculum assessments at 7 and 14 years of age. Applied Cognitive Psychology 18, 1-16.

Jonides, J., Lewis, R.L., Nee, D.E., Lustig, C.A., Berman, M.G., und Moore, K.S. (2008). The mind and brain of short-term memory. Annu Rev Psychol, 59: 193-224.

Luck, S.J., Vogel, E.K. (1997). The capacity of visual working memory for features and conjunctions. Nature, 390: 279-281.

Von Allmen, D.Y., Wurmitzer, K., Martin, E., Klaver, P. (2013). Neural activity in the hippocampus predicts visual short-term memory capacity. Hippocampus, 23:606-615.

Von Allmen, D.Y., Wurmitzer, K., Klaver, P. (2014). Hippocampal and posterior parietal contributions to developmental increase in visual short-term memory capacity. Cortex, 59:95-102.