Der Genetische Einfluss des DRD2 Gen und des CHRNA4 Gen auf das Chunking im Arbeitsgedächtnis

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung

1 Theorie
1.1 Einleitung
1.2 Arbeitsgedachtnis
1.3 Chunking
1.4 DRD2 Gen und CHRNA4 Gen

2. Methode
2.1 Stichprobe
2.2 Versuchsapparat
2.3 Versuchsdurchfuhrung und Stimulationen
2.4 Genetische Analyse
2.5 Statistische Analyse

3. Ergebnisse
3.1 Genetische Analysen
3.2 Effekt des DRD2 Gens auf die Arbeitsgedachniskapazitat
3.3 Unterschiede zwischen Konjunktions- und Komponentenbedingungen
3.4 Reaktionszeitanalyse
3.5 Differenz der Konjuktion und der Komponenten

4. Diskussion

Literaturverzeichnis

Zusammenfassung

Die Arbeitsgedachtniskapazitat unterliegt engen Begrenzungen, allerdings unterliegen einzelne Anteil dieser Kapazitat der Vererbung. Aus dieser Annahme heraus wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Gene die Arbeitsgedachtniskapazitat beeinflussen konnen. In der vorhergehenden Untersuchung wurden daraufhin die Variationen der Leistungsmoglichkeiten des Arbeitsgedachtnisses im Zusammenhang mit Rezeptor-Gen Acetylcholin CHRNA4 und des Rezeptor-Gen Dopamin DRD2 verglichen. Innerhalb der Gene untersuchte man auch die homozygoten und heterozygote Mutationen (DRD2 = c957t; CHRNA4 = rs1044396) und Wildtypen. Es stellte sich heraus, dass das DRD2 Gen in heterozygoter Form (C/T) einen verminderten Effekt auf die Arbeitsgedachtnisleistung hat. Es wurde weiterhin untersucht wie die Leistung der Arbeitsgedachtniskapazitat auf einzelne Komponenten oder Konjunktionen von Informationen variiert. Es zeigte sich dabei, dass bei Konjuktionen die Kapazitat und Leistung hoher ausfiel als bei einzelnen Komponenten.

1 Theorie

1.1 Einleitung

Die folgende Studie befasst sich mit der visuell-raumlichen Arbeitsgedachtniskapazitat fur Stimulus Elemente und Konjunktionen aus diesen Elementen. Nach Baddeley (2000) kann das Kurzeitgedachtnis in separate Subsysteme eingeteilt werden. Es konnen wortliche Informationen und visuelle- raumliche-Informationen im Arbeitsgedachtnis gespeichert werden (die Arbeitsgedachtniskapazitat). Die Stimulus Elemente in unserer Studie sind die Farbe und Lage von Objekten (Balken) und die Konjuktionen sind die gleichzeitige Wahrnehmung der Lage und der Farbe der Objekte. Die Kapazitat des Arbeitsgedachtnisses ist stark begrenzt. Es besteht allerdings die Moglichkeit einzelne Elemente der Informationen zu groReren, Informationseinheiten zu verbinden und dadurch die Kapazitat des Arbeitsgedachtnisses enorm zu steigern. Dieses Gedachtnisprozess wird „Chunking“ genannt. Luck & Vogel (1997), zeigten in ihrer Untersuchung, dass die Arbeitsgedachtniskapazitat der Versuchspersonen fur die Lage, als auch fur die Farben von den Untersuchten Objekten (Balken), durschnittlich gleich war. Seltsamerweise fanden sie desweiteren heraus, dass die Kapazitat fur Konjunktionen, also die gleichzeitige Speicherung von Lage und Farbe der Objekte, gleich gut von den Probanden erfullt worden war. In unserer Publikation binden wir an die Untersuchung von Luck & Vogel (1997) an und versuchen die vorausgehenden Befunde zu bestatigen. Es wird hier nun die Frage gestellt ob die Probanden (N = 106) in allen drei Faktoren (Unabhangigen Variablen), also sprich in der Orientierung, Farbe und Anzahl der Items (Anzahl der zu speichernden Objekte 2, 4 oder 6), die manipuliert wurden, eine homogene Anzahl von Informationen speichern konnten. Der Ansatz von Luck & Vogel befasst sich nur mit der gemessen Fehlerrate der Probanden. Diese Studie hingegen, befasst sich auch mit dem Einfluss der Genvarianten der Probanden und die daraus resultierenden individuellen Unterschieden, bei der Leistung des Arbeitsgedachtnisses.Untersucht wurden hierbei die Haupteffekte und die Interaktion - von zwei Genen, welche fur diese Untersuchung relevant sind. Beim ersten Gen handelt es sich um das Dopamin D2 Rezeptorgen DRD2. Beim zweiten Gen handelt es sich um das nikotinergene Acetylcholinreptorgen das CHRNA4. Es wird nun untersucht ob es in diesem Zusammenhang ein Unterschied der verschiedenen Genotypen, im Bezug auf ihre

Arbeitsgedachtniskapazitat und dem Auftreten des Effekts in alien drei Bedingungen (Farbe, Lage und Kojuktion) gibt. Fernerhin wird kontrolliert, ob die einzelnen Komponenten Bedingungen (Farbe & Lage) sich von der Konjuktion unterscheiden und ob der Itemload ein Unterschied bei der Leistung der Probanden erzielt.

In diesem Paper wurde ein weiterer Faktor (AV) zur Uberprufung der Arbeitsgedachtniskapazitat, untersucht und zwar die Reaktionszeit. Die Reaktionszeit ist eine verlasslich Quelle zur Bestimmung der Wahrnehmungen eines Stimulus z.B. die Farbe eines Objektes, und die Reaktion des Probanden auf das Erkennen des Stimulus z.B. das Erkennen der Farbe des Objektes durch drucken einer Taste.

1.2 Arbeitsgedachtnis

Um diese Untersuchung zu verstehen ist es notwendig, kurz das allgemeine Arbeitsgedachtnis zu erlautern.

„Das Arbeitsgedachtnis speichert aufgenommene Informationen kurzfristig, um diese mit Inhalten des Langzeitgedachtnisse zu vergleichen und/oder zu kombinieren“ (Dorsch, Psychologisches Worterbuch 2009). Durch das Arbeitsgedachtnis ist es z.B. moglich ein Satz zu lesen ohne zu vergessen aus welchen Wortern der Satz besteht. Wichtig ist hierbei das Arbeitsgedachtnis vom Langzeitgedachtnis zu trennen. Sie unterscheiden sich im Hauptmerkmal durch ihre Kapazitat und ihre Memorierbarkeit innerhalb einer Zeitspanne von Informationen. Das Arbeitsgedachtnis kann durchschnittlich nur (1,5 - 2 Sekunden lang Informationen aufnehmen (durchschnittlich wird gesagt das ca. 7 Items aufgenommen werden konnen, jedoch andert sich diese Meinung von Autor zu Autor), dass meiste was daruber hinaus geht fallt ins Langzeitgedachtnis. Das heiRt das Arbeitsgedachtnis ist nicht nur durch seine speicher Kapazitat beschrankt, sondern auch durch seine Aufnahmefahigkeit. (Dorsch Psychologisches Worterbuch 2009).

Das wohl bekannteste Arbeitsgedachtnis Modell ist das von Badeley.

Dieses Modell teilt das Arbeitsgedachtnis in drei Systeme (Hilfssysteme oder auch Sklavensysteme) ein, die mit einem Hauptsystem interagieren. Fernerhin postuliert das Modell, dass alle drei (vier) Systeme nur eine begrenzte Kapazitat besitzen und das die Systeme unabhangig voneinander arbeiten, jedoch laufen alle drei Systeme in der sog. centrale executive zusammen(Abbildung 1.).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1. Hier ist die „neue“ Version des Working Memory Modell von Baddeley abgebildet. Die Grune Markierungen sind nur erganzende Erklarungen (LTM bedeutet Long-Term-Memory). In der LTM sind die drei Sklavensysteme, des Arbeitsgedachtnis, abgebildet die mit der hierarchisch am hochsten eingeordneten centrale exekutive interagieren.

Das erst System, der Visuell-raumlicher Notizblock (Visuospatial sketchpad), lasst sich erst einmal in eine visuelle und eine raumliche Komponente unterteilten Diese zwei Komponenten reprasentieren die visuelle-raumliche Information.

Das heiRt, es gibt im Gehirn einer sog. „Wo-Bahn“, welch die raumliche Anordnung von Information reprasentiert und eine sog. „Was-Bahn“, diese reprasentiert die Identitat von Information.

Hierbei ist jedoch wichtig zu erwahnen, dass mit der Verschiebung der Spotlights der Aufmerksamkeit die raumliche Gedachtnisleistung nachlasst. (Awh & Jonides, 2001).

Das zweite System, der episodische Puffer (Episodic Puffer), wurde von Badley im Jahre 2000 erganzt und seine Funktion ist die Speicherung von visuellen und phonologischen Inhalten in Form von „Episoden“ (Badeley, 2000). Durchschnittlich kann man sich 5 - 6 Worter merken, wenn die Worter aber einen Zusammenhang haben (z. B. einen Satz bilden) kann man sich ca. 16 Worter merken. Fruher hat man gedacht, dass das Langzeitgedachtnis daran beteiligt ist, jedoch stimmt dies offensichtlich nicht. Bei Untersuchungen an Menschen mit geschadigten Kurzzeitgedachtnis und funktionierendem Langzeitgedachtnis fand man heraus, dass diese sich trotzdem nur ca. 5 Worter merken konnen (Baddeley, Alan D. 2002).

Das dritte System, die Phonologische Schleife (Phonological loop), speichert und verandert akustische Informationen. Diese Schleife wird in zwei Subkomponenten unterteilt - den passiven, phonologischen Speicher und den artikulatorischen Kontrollprozess. Der passive phonologische Speicher ist mit der Sprachwahrnehmung verbunden.. Gesprochenes gelangt schneller in den Speicher als visuelles (z.B. geschriebene Worter), weil die visuelle Information erst einmal semantisch kodiert werden muss, um in den phonologischen Speicher zu gelangen (Baddeley, 1966,). Der artikulatorischen Kontrollprozess frischt sprachliche Informationen immer wieder auf und verhindert so ihr Verblassen. Dies geschieht durch das aktive wiederholte innere Sprechen der Information (articulatory Rehearsal) (Baddeley & Hitch, 1974).

Alle diese drei Systeme greifen auf die „Hardware“ des LTM (Long-Term-Memory) zuruck. Das bedeutet, dass sie Informationen uber kurzere Zeit speichern, um sie spater gegebenenfalls abzurufen (Oberauer, 2002).

Das Hauptsystem, die Zentrale Exekutive (central executive), besteht darin eine Verbindung zum Langzeitgedachtnis herzustellen, die Aufmerksamkeit auf ein bestimmtes Objekt zu fokussieren, sie gegebenenfalls zu verandern und zu teilen. Sie regelt also die die Verteilungsprioritaten zwischen den drei Sklavensystemen. Dazu besitzt sie einen Ubergangspeicher (eine Art sich-selbst-aufrechterhaltende- Schleife), der die wahrgenommen Eindrucke zwischenspeichert, bis entschieden wird, welches System fur die Information zustandig ist (Dorsch Psychologisches Worterbuch 2009). Dieser Ubergangspeicher halt die Information aufrecht, indem er ein Signal an das zu erhaltenden Objekt „schickt“. Dieses Objekt „schickt“ selbst wiederum ein neuronales Signal zuruck. Diese Verbindung wird standig wiederholt (Dehaene et al. 1998).

Aus der Literatur kann man entnehmen, dass der Sitz der Zentralen Executive im Prafontralen Cortex lokalisiert ist. Es herrscht die gangige Meinung, dass die Information in den posterioren Arealen reprasentiert wird und durch den Prafrontalen Cortex ausgewahlt und aufrechterhalten wird. Der Prafontale Cortex wiederum unterliegt dem Einfluss der Basalganglien. Die Funktionsweise der Basalganglien steht unter dem Einfluss von Acetylcholin und Dopamin. Der prafrontale Cortex nimmt fernerhin die verarbeiteten sensorischen Signale auf, verbindet sie mit Gedachtnisinhalten und aus dem limbischen System stammenden emotionalen

Bewertungen und leitet auf dieser Basis gegebenenfalls eine Handlung ein.

(Schandry, 6 2006).

Ein Hauptproblem des Arbeitsgedachtnisses ist, das sogenannte Flexibilitats- Stabilitats-Problem. Es ist anfallig fur Storungen, daher mussen die Arbeitsgedachtnisinhalte moglichst stabil gespeichert. Sobald die Information nicht mehr benotigt wird sollte die Schleife aufgelost werden. Bei diesen Prozessen wird eine dopaminerge und cholinerge Beteiligung vermutet (DRD2 & nAChR).

1.3 Chunking

Unter Chunks werden akustische (oder visuelle) Einheit verstanden, die aus aus mehreren Elementen bei der Speicherung im Gedachtnis bestehen. Der Begriff wurde erst 1956 von dem Kognitionspsychologen George A. Miller eingefuhrt. Ein einfaches Beispiel fur Chunking ist das Erkennen von Fernsehsendern. Wenn wir z.B. ZDF („Zweites Deutsches Fernsehen“) lesen wissen wir aus der Erfahrung , dass es ein offentlicher Fernsehsender ist. Es werden nicht die einzelnen Buchstaben fur sich selber gelesen, sondern das Arbeitsgedachtnis verbindt sie zu einem Wort. Wie im vorigen Kapitel erwahnt, verfugt das Arbeitsgedachnis nur uber eine sehr begrenzte Kapazitat fur Informationen. Diese Inforamtionseinheiten werden ahnlich wie bei der CPU (central processing unit- Prozessor) eines Computers in sogenannte bit (binary digit - Inforamtionspakete) codiert. Es kann ca. sieben - plus minus zwei Elemente behalten (Miller 1956). Das sogenannte „Chunking“ ermoglicht eine Erweiterung der Speicherkapazitat, da einzelne Merkmale zu groReren Informationseinheiten umcodiert werden konnen. Diese Inforamtions werden zu einem Verband umgruppiert, in vielen Fallen bezieht das chunking Informationen (Erfahrungen) meist auch aus dem Langzeitgedachtnis. Als Beispiel kann man einer Schachbrett-Reproduktionsaufgabe Studie von Chase und Simon (1973) auffuhren. Sie wiesen im Bezug auf die Erinnerungsleistung von Schachpositionen zwischen Laien und Schachmeistern Differenzen nach und verglichen deren Fahigkeiten, bestimmte Schach Konstellationen zu einem Sinnvollen ganzen zusammen zu fugen. Bei dem Versuch sollen die Versuchsteilnehmer einfach die Positionen der Figuren vor dem Stimulus-Brett (der Reizvorlage) auf ihr Testbrett reproduzieren. Das bedeutet also in der Wahrnehmung wird nicht jede einzelne Figur registriert, sondern die gesamte Aufstellung der Figuren.

Chase und Simon fanden heraus das die Schachmeister sich schatzungsweise 50.000 verschiedene Schachmuster aneignen, die sie auf einem Schachbrett schnell erkennen konnten. Bei dieser Untersuchung ist zu beobachten, wie die Chunks mit dem Langzeitgedachtnis verbunden sind und das es moglich ist Chunking zu trainieren.

1.4 DRD2 Gen und CHRNA4 Gen

Diese Publikation untersucht den Zusammenhang und die Interaktion des DRD2 Gens mit dem CHRNA4 Gen in Bezug auf die Leistung des Arbeitsgedachtnis. Wie ist es moglich zu wissen, dass ein Gen mit einem Phanotyp (z.B. Verhalten, Arbeitsgedachtnis) assoziiert ist? Es werden Trager von verschiedenen Allelen verglichen. Wenn es einen Unterschied gibt, dann spielt das Gen hochstwahrscheinlich eine Rolle. Untersucht werden diese Genzusammenhange in sog „genetischen Assoziationsstudien“. Weiterhin ist es in der Psychologie nutzlich zu wissen, wie viel Prozent der Variation im Phanotyp sich durch die verschiedenen Allele aufklaren lasst. Durch varianzanalytische Plane ist es moglich mehrerer Gene simultan zu betrachten.

Das DRD2 Gen, kodiert den Dopamin D2-Rezeptor. Es wurden verschiedene Mutationen auf diesem Gen untersucht (Punktmuationen). Die DRD2 c957t Mutation, beeinflusst die mRNA Stabilitat und die Trager des C- Allels weisen eine geringere Rezeptor dichte im Striatium auf (Striatium = ist ein Teil der Basalganglien, die zum GroRhirn gehoren). Untersucht wurde diese Mutation durch eine PET-Studie von Hirvonen et al. (2004). Desweiteren fand Xu et al. (2007) heraus, dass die DRD2 c957t Mutation mit phonologischem Arbeitsgedachtnis assoziiert ist.

Der nikotinerge Axetylcholinrezeptor besteht aus verschiedenen Untereinheiten, die allerdings getrennt genetisch kodiert sind (meist alpha und beta). Der haufigste Rezeptor in einem Saugetiergehirn ist der x4p2- Rezeptor (Abbilung 2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: zeigt die moglichen Untereinheiten des nAChR