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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:hbz:385-5557
URL: http://ubt.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2010/555/


Cardiac Modulation of Startle Eye Blink: A Pre-Attentive Method to Assess Interoceptive and Baro-Afferent Neural Traffic.

Die Kardiale Modulation der Schreckreaktion: Eine prä-attentive Methode zur Erfassung von interozeptiver und baro-afferenter neuronaler Signalübermittlung.

Schulz, André

Originalveröffentlichung: (2009) Vier Kapitel der Dissertation sind 2009 erschienen in den Zeitschriften: "Psychophysiology", "Biological Psychology", "Brain and Cognition", sowie "Physiology & Behavior"
pdf-Format:
Dokument 1.pdf (1.131 KB)

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SWD-Schlagwörter: Interozeption , Physiologische Psychologie , Orbicularis-oculi-Reflex
Freie Schlagwörter (Deutsch): Baroreflex, Viszerale Wahrnehmung, Schreckreaktion, Blinkreflex
Freie Schlagwörter (Englisch): Baroreflex, Interoception, Psychophysiology, Startle reflex, Visceral perception
Institut: Psychologie
Fakultät: Fachbereich 1
DDC-Sachgruppe: Psychologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Schulz, André
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 14.12.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 11.01.2010
Kurzfassung auf Englisch: Interoception – the perception of bodily processes – plays a crucial role in the subjective experience of emotion, consciousness and symptom genesis. As an alternative to interoceptive paradigms that depend on the participants’ active cooperation, five studies are presented to show that startle methodology may be employed to study visceral afferent processing. Study 1 (38 volunteers) showed that startle responses to acoustic stimuli of 105 dB(A) intensity were smaller when elicited during the cardiac systole (R-wave +230 ms) as compared to the diastole (R +530 ms). In Study 2, 31 diabetic patients were divided into two groups with normal or diminished (< 6 ms/mmHg) baroreflex sensitivity (BRS) of heart rate control. Patients with normal BRS showed a startle inhibition during the cardiac systole as was found for healthy volunteers. Diabetic patients with diminished BRS did not show this pattern. Because diminished BRS is an indicator of impaired baro-afferent signal transmission, we concluded that cardiac modulation of startle is associated with intact arterial baro-afferent feedback. Thus, pre-attentive startle methodology is feasible to study visceral afferent processing. rnVisceral- and baro-afferent information has been found to be mainly processed in the right hemisphere. To explore whether cardiac modulation of startle eye blink is lateralized as well, in Study 3, 37 healthy volunteers received 160 unilateral acoustic startle stimuli presented to both ears, one at a time (R +0, 100, 230, 530 ms). Startle response magnitude was only diminished at R +230 ms and for left-ear presentation. This lateralization effect in the cardiac modulation of startle eye blink may reflect the previously described advantages of right-hemispheric brain structures in relaying viscero- and baro-afferent signal transmission. rnThis lateralization effect implies that higher cognitive processes may also play a role in the cardiac modulation of startle. To address this question, in Study 4, 25 volunteers responded first by 'fast as possible' button pushes (reaction time, RT), and second, rated perceived intensity of 60 acoustic startle stimuli (85, 95, or 105 dB; R +230, 530 ms). RT was divided into evaluation and motor response time. Increasing stimulus intensity enhanced startle eye blink, intensity ratings, and RT components. Eye blinks and intensity judgments were lower when startle was elicited at a latency of R +230 ms, but RT components were differentially affected. It is concluded that the cardiac cycle affects the attentive processing of acoustic startle stimuli. rnBeside the arterial baroreceptors, the cardiopulmonary baroreceptors represent another important system of cardiovascular perception that may have similar effects on startle responsiveness. To clarify this issue, in Study 5, Lower Body Negative Pressure at gradients of 0, -10, -20, and -30 mmHg was applied to unload cardiopulmonary baroreceptors in 12 healthy males, while acoustic startle stimuli were presented (R +230, 530 ms). Unloading of cardiopulmonary baroreceptors increased startle eye blink responsiveness. Furthermore, the effect of relative loading/unloading of arterial baroreceptors on startle eye blink responsiveness was replicated. These results demonstrate that the loading status of cardiopulmonary baroreceptors also has an impact on brainstem-based CNS processes. rnThus, the cardiac modulation of acoustic startle is feasible to reflect baro-afferent signal transmission of multiple neural sources, it represents a pre-attentive method that is independent of active cooperation, but its modulatory effects also reach higher cognitive, attentive processes.rn
Kurzfassung auf Deutsch: Interozeption, die Wahrnehmung von Körpersignalen, spielt eine wichtige Rolle bei subjektiver Empfindung von Emotionen, Bewusstsein und Symptomgenese. Als Alternative zu Interozeptionsparadigmen, die von der aktiven Mitarbeit der Probanden abhängen, werden hier insgesamt fünf Studien vorgestellt, mit denen die Anwendbarkeit der Schreckreaktionsmodulation für die Messung viszeral-afferenter Signale belegt wird. Studie 1 mit 38 gesunden Probanden zeigte, dass Schreckreaktionen auf akustische Stimuli mit 105 dB(A) Intensität geringer sind, wenn sie in der kardialen Systole (R-Zacke +230 ms) im Vergleich zur Diastole (R +530 ms) ausgelöst werden. In Studie 2 wurden 31 Diabetespatienten in zwei Gruppen geteilt, die entweder eine normale oder verringerte (< 6 ms/mmHg) Baroreflex-Sensitivität (BRS) der Herzratenkontrolle aufwiesen. Die Patienten mit normaler BRS zeigten die gleichen Ergebnisse wie die gesunden Probanden, während die Patienten mit verringerter BRS dieses Modulationsmuster nicht zeigten. Da verringerte BRS ein Indikator für beeinträchtigte baro-afferente Signalübermittlung darstellt, könnte geschlussfolgert werden, dass ein kardialer Modulationseffekt der Schreckreaktion mit intakter arterieller baro-afferenter Rückmeldung assoziiert ist. Daher ist die Schreckreaktions-Methodik geeignet, um viszeral-afferente Signalverarbeitung abzubilden.rnEs wurde mehrfach gezeigt, dass baro-afferente Signalverarbeitung rechtshemisphärische Verarbeitungsvorteile aufweisen. Um zu überprüfen, ob der kardiale Modulationseffekt der Schreckreaktion auch einer Lateralisierung unterliegt, wurden in Studie 3 37 gesunden Probanden je 80 monaurale Schreckreize pro Ohr präsentiert (R +0, 100, 230, 530 ms). Die Schreckreaktion war nur bei R +230 ms und linksseitiger Stimulation verringert. Dieser Lateralisierungseffekt der kardialen Modulation der Schreckreaktion könnte mit den rechtshemisphärischen Vorteilen in der Verschaltung von viszeral- und baro-afferenten Signalen zusammenhängen.rnDer gefundene Lateralisierungseffekt könnte bedeuten, dass auch höhere kognitive Prozesse bei der kardialen Modulation der Schreckreaktion eine Rolle spielen. Um diese Annahme zu überprüfen, sollten in Studie 4 25 gesunde Probanden auf 60 Schreckreize (85, 95, 105 dB(A); R +230, 530 ms) so schnell wie möglich mit Knopfdruck reagieren und danach deren subjektive Intensität einschätzen. Die Reaktionszeit (RT) wurde in Verarbeitungs- und Bewegungszeit differenziert. Höhere Stimulusintensität führte zu stärkeren Schreckreaktionen, höherer subjektiver Intensität und schnelleren RT-Komponenten. Die Schreckreaktionen und subjektiven Intensitäten waren geringer bei R +230 ms, während die RT-Komponenten durch die kardialen Phasen entgegengesetzt moduliert wurden. Dies spricht dafür, dass der kardiale Zyklus auch die attentive Verarbeitung von Schreckreizen moduliert.rnNeben arteriellen Barorezeptoren stellen die kardiopulmonaren Barorezeptoren ein weiteres System kardiovaskulärer Wahrnehmung dar, das ebenso einen Effekt auf Schreckreaktionen haben könnte. Zur Klärung dieser Frage wurde in Studie 5 12 gesunden Männern abdominaler Unterdruck von 0, -10, -20 und -30 mmHg appliziert, um eine Disstimulation kardiopulmonarer Barorezeptoren zu bewirken, während akustische Schreckreize präsentiert wurden (R +230, 530 ms). Eine Disstimulation der kardiopulmonaren Barorezeptoren führte zu einer Verstärkung der Schreckreaktion. Weiterhin wurde der Effekt der relativen Stimulation der arteriellen Barorezeptoren auf die Schreckreaktion repliziert. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Stimulation kardiopulmonarer Barorezeptoren ebenfalls einen Einfluss auf zentrale Prozesse auf Hirnstammebene hat.rnZusammenfassend ist die kardiale Modulation der Schreckreaktion geeignet, um baro-afferente Signalübermittlung aus unterschiedlichen Quellen abzubilden. Sie ist eine prä-attentive Methode, die ohne die aktive Mitarbeit von Probanden auskommt, obwohl ihre Modulationseffekte ebenfalls höhere kognitiv-attentive Prozesse beeinflussen.rn

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