Neuronale Mechanismen von Fehlern und Aufmerksamkeitseinbrüchen nach Schlafdeprivation

Irren ist menschlich. Während in den letzten 20 Jahren das Verständnis neuronaler Mechanismen der

Handlungsüberwachung und adaptiven Verhaltens überwältigende Fortschritte gemacht hat, sind
fehlerbegünstigende Bedingungen und die neurobiologischen Ursachen von Fehlern noch weitgehend
unverstanden. Schlafentzug ist mit geringerer Performanz und erhöhten Fehlerraten bei kognitiven Aufgabenverbunden. Das geplante Kooperationsprojekt hat zum Ziel, die neuronalen Mechanismen die Fehlern beizielgerichtetem Verhalten in ausgeruhtem Zustand und nach Schlafentzug zu charakterisieren. Mittels kombinierterEEG- und fMRT-Messungen wird untersucht, ob verschiedene Fehlertypen anhand spezifischer räumlich-zeitlicherHirnaktivitätsmuster vor dem eigentlichen Fehler unterschieden und vorhergesagt werden können. EineInterferenzaufgabe, die die separate Dekodierung der perzeptuellen Verarbeitung aufgabenrelevanter undablenkender Reizdimensionen erlaubt, wird eingesetzt, um verminderte aufgabenbezogene Anstrengung, Ablenkung und maladaptive Fehlausrichtung der selektiven Aufmerksamkeit zu unterscheiden. Die Studie dient alsGrundlage für die Vorhersage von Fehlern anhand spezifischer Hirnaktivitätsmuster und für das neurobiologische Verständnis der Performanzdefizite nach Schlafentzug, sowie als Startpunkt für eine langfristige Kooperation beider Labore, die sich hinsichtlich ihrer Expertise zu Handlungsüberwachung, Aufmerksamkeit, kognitiven Folgen von Schlafentzug und multimodalen neurowissenschaftlichen Methoden exzellent ergänzen.

Neuronal mechanisms of errors and lapses of attention induced by sleep deprivation

To err is human. While cognitive neuroscience has made substantial progress in understanding the brain s ability to detect errors and to adapt behavior accordingly, the neurobiological reasons and conditions for making mistakes are still poorly understood. Sleep deprivation leads to lower task performance and increased error rates. The proposed project aims at investigating the brain mechanisms that underlie the commission of errors in goal-directed behavior in rested wakefulness and after sleep deprivation. Using combined EEG and fMRI, we will investigate whether different types of errors can be distinguished and predicted based on specific spatiotemporal patterns of brain activity evolving before the error occurs. An interference task has been designed such that perceptual processing of task-relevant and distracting stimuli can be decoded separately by means of machine learning techniques thereby providing a tool to  investigate the effects of arousal and selective attention. Thus, general disengagement from task can be distinguished from distraction and maladaptive misallocation of selective attention. The planned study will help predicting errors based on brain activity patterns and understanding the neurobiological mechanisms underlying the performance deficits after sleep deprivation. It will furthermore be the starting point of a long-term collaboration of two laboratories providing complementary expertise with respect to performance monitoring, attention, cognitive changes induced by sleep deprivation and multimodal cognitive neuroscience methods.