EEG-correlates of coordinate processing during intermanual transfer

Abstract

Acquisition of sensorimotor skill facilitates performance of the identical and mirror reversed task with the opposite hand (Normal-task and Mirror-task) The specific control of the Normal- task and Mirror-task can be conceived as a specific use of learned information in different coordinate systems. Intrinsic, body-related coordinates are preserved in the Mirrortask, but must be transformed in the Normal-task. Extrinsic, object-centred coordinates are modified in the Mirror-task, but not in the Normal-task. To identify the neuronal correlates of coordinate processing during intermanual transfer, EEG-recordings were obtained during the repetition of a trained drawing task (Learned-task) and the performance of the Normal-task and Mirror-task with the opposite hand. Behavioural data showed transfer effects in each task. As compared to the right-handed Learned-task, the left-handed Normal-task revealed increases of negativity in movementrelated potentials and EEG-power and a decrease of EEG-coherence prior to movement onset. The Mirror-task did not differ in general from the Learned-task. After left-handed training, beta-coherence increased in the Mirror-task relatively to the Learned-task after movement onset, whereas the Normal-task did not differ from the Learned-task. The results indicate that right-handed skill is transferred in intrinsic coordinates which code for movement preparation. The transfer of left-handed skill occurs in extrinsic coordinates which control the actually executed task. The modification of intrinsic coordinates induces increased activity of cortical areas and a decrease of inter-regional communication. Increases of inter-regional information exchanges, in contrast, can be conceived as the neural correlate of the transformation of extrinsic coordinates. Concluding, different coordinate systems encode the intermanual transfer of right-handed and left-handed skill. On the other hand, distinct brain mechanisms are engaged in the modification of acquired extrinsic and intrinsic coordinates.

Motorisches Training erleichtert die Ausführung der gelernten Aufgaben in spiegelbildlicher sowie originaler Orientierung der gegenüberliegenden Hand (Spiegel- bzw. Normalaufgabe). Die Kontrolle dieser beiden Transferaufgaben läßt sich als spezifische Verarbeitung erlernter Koordinaten auffassen. Intrinsische, körperbezogene Koordinaten können in unveränderter Form die Spiegelaufgabe kontrollieren, müssen jedoch während der Normalaufgabe modifiziert werden. Demgegenüber werden extrinsische, objekt-zentrierte Koordinaten bei der Spiegelaufgabe, nicht aber bei der Normalaufgabe transformiert. Um die neuronalen Korrelate der Koordinatenprozessierung während des intermanuellen Transfers zu erfassen, wurden EEG-Messungen bei der Wiederholung einer erlernten Zeichenaufgabe (Lernaufgabe) und der Normal- und der Spiegelaufgabe der kontralateralen Hand durchgeführt. Die Verhaltensdaten ließen auf Transfereffekte in jeder Aufgabe schließen. Im Vergleich zur rechtshändigen Lernaufgabe wurden Negativitätsanstiege der motorisch-evozierter Potentiale und der EEG-Power sowie ein Abfall der Kohärenz bei der Normalaufgabe vor Bewegungsbeginn beobachtet. Die Spiegelaufgabe unterschied sich nicht generell von der Lernbewegung. Nach linkshändigem Training wurde ein genereller Kohärenzanstieg in der Beta-Bande bei Spiegelaufgabe nach Bewegungsbeginn gefunden, während sich die Normalaufgabe nicht von der Lernaufgabe unterschied. Diese Ergebnisse deuten an, dass nach rechtshändigem Training intrinsische Koordinaten, die die Bewegungsvorbereitung kontrollieren, den intermanuellen Transfer kodieren. Der Transfer nach linkshändigem Training wird durch extrinsische Koordinaten kodiert, die mit der Bewegungsausführung assoziiert sind. Die Modifikation intrinsischer Koordinaten induziert verstärkte Aktivität kortikaler Areale sowie eine Verminderung der inter-regionalen cerebralen Kommunikation. Demgegenüber kann ein Anstieg des inter-regionalen Informationsflusses als neuronales Korrelat der Transformation extrinsischer Koordinaten aufgefaßt werden. Es wird gefolgert, dass einerseits unterschiedliche Koordinatensysteme den Transfer nach rechtshändigem und linkshändigem Training kodieren, andererseits die Modifikation extrinsischer und intrinsischer Koordinaten durch unterschiedliche neuronale Systeme kodiert wird.