Kognitive Neurowissenschaften

• Beschäftigt sich mit molekularen und zellbiologischen Grundlagen der Neurowissenschaft

• Teildisziplinen

  • Biochemie

  • Molekularbiologie

  • Genetik

  • Epigenetik

  • Histologie

  • Anoatomie

  • Zellbioloige

• Arbeitet oft mit Tiermodellen

• Zentrale Disziplin der Neurowissenschaften

• Untersucht Aktivität der Nervenzellen

• Teildisziplinen: Neuropharmakologie, Neuorendokrinologie, Toxikologie, Elektrophysiologie

• arbeitet oft mit Tiermodellen oder physiologischen Präparaten

• Wird auch bei Menschen angewendet

• Befasst sich mit neuronalen Mechanismen, die kognitiven und psychischen Funktionen zugrundeliegen

• Arbeitet in erster Linie Humaniologisch und interessiert sich deshalb in erster Linie für das menschliche Gehirn und dessen kontrolle von psychologischen Funktionen

• Tiermodelle werden eingeschränkt herangezogen

• Verhalten

• Kognitionen

• Emotionen

• Erfahrungen

• sensorische Prozesse

• neuronale Systeme

• Verbindungswege

• Zellkern

• Netzwerke

• Erste schriftliche Darstellung des Gehirns: Ägypten 2000-3000 v.Chr.: bereits am offenen Schädel operiert

  • Anweisungen aufgeschrieben, Schädel mit zugewachsenen Löchern gefunden (Trepanationen)

• Mönche Interesse an Gehirn -> Annahme, dass Funktionen in Ventrikel sind

• Erste Neuroanatome: Gregor Reisch, Vesalius, Markus Hundt

• Joseph Gall (1780) -> Phrenologie

  • Gehirn eingeteilt in unterschiedliche Bereiche, die für verschiedene Charaktereigenschaften verantwortlich sind -> Durch abtasten (oder auch nur anschauen eines Kopfs) kann man Persönlichkeit herausfinden

    • Zum Teil sinnlos, andererseits gibt es schon eine gewisse Unterteilung, z. Bsp. primär sensorische vs. “höhere” Kognitionen wie Aufmerksamkeit

• Theorie von Reisch + Markus Hundt (zwei Mönche)

• Annahmen:

  • Funktionen sind fluide oder gasförmig, deshalb nicht objektivierbar

  • Psychischische Funktionen haben folglich einen lokalisierbaren Sitz im Gehirn (in den Ventrikel)

Drang vom Menschen, alles in verschiedene Teile zu unterteilen und zu benennen (z. Bsp. Länder) -> Auch der Grund für Brain Mapping

• Forschungsmethode der kognitiven Neurowissenschaften

• Mit einer Art Brille werden Blickbewegungen aufgezeichnet

• Nützlich für Forschung zur visuellen Verarbeitung, Lesen, Structure Planing

• Stellen Struktur buw. raumzeitliche Organisation des Gehirns dar

• Begriff aus medizinischer Bildgebung

• Hämodynamische und elektrophysiologische Verfahren (korrelieren hoch, sind aber nicht kausal)

  • Hämodynamisch: Prozesse der vaskulären Dynamik (= Blutkreislauf)

• 1868: Mentale Chronometrie (RZ für kognitive Aufgaben) wird eingeführt

• 1878: Erstmals Blutfluss mit Hirnfunktion assoziiert

• 1928: Interesse für Verbindung von Blutfluss im Hirn und Hirnfunktion erwacht neu

• 1955: Korrelation von Regionalem Blutfluss im Gehirn von Tieren und Verhalten erstmals entdeckt

• 1963: Korrelation von Regionalem Blutfluss im Gehirn von Menschen und Verhalten erstmals entdeckt

• 1973: Erfindung des X-Ray CTs

• 1975: PET erfunden

• 1979: MRI erfunden

• 1982:

  • Functional Imaging mit PET und Blutfluss

  • Hirnoxygenlevels werden erstmals mit MRI gemessen

• 1984-90: Analyse von Aufgaben mit Subtraktion, Sterotaxic image normalization und image Averaging

• 1986-88:

  • Hirnfunktion wird mit Kontrast-enhancement MRI Veränderungen assoziiert

  • Geburt kongitiver Neurowissenschaften

• 1990: Oxygen wird als enogener MRI Kontrast Agent vorgeschlagen

• 1991: fmri in Menschen

• 1992: Fmri BOLD imagining

• 2001: Erneutes Interesse in intrinsischer Aktivität

• Beobachtete wärhend mentaler Aktivität von Patienten einen örtlichen Anstieg kortikaler Pulsfrequenz ohne gleichzeitigen Anstieg der Herzrate bei Neurochirurgie-Patienten

• 5% Körpergewicht

• 20% Glukoseverbrauch

• Frage, wie kognitive Prozesse zeitlich organisiert und aufeinander abgestimmt sind

• Dafür Subtraktion nutzen: RZ Basisaufgabe - RZ Schwierigere Aufgabe = RZ Schwierige Aufgabe (z. Bsp. für Farbdiskriminierung 50 ms)

• Benutzt Subtraktionslogik

• Blutfluss im Hirn wird in unterschiedlichen Bedingungen gemessen und dann durch Subtraktion herausgefunden, welche Bedingung wo im Gehirn vermehrt Aktivität verursacht (Stimulation - Kontrolle)

• Individuelle Subtraktionsbilder werden gemittelt zu einem gemitteltem Subtraktionsbild

  • Problem: individuelle Differenzen gehen verloren

• Erzeugung von 3D Bildern des Gehirns (oder anderen Körperteilen) mit hoher räumlicher Auflösung

• Je nach Einstellung (bez. Radiofrequenz und Gradientenspuren) können unterschiedliche Informationen aufgenommen werden (graue Substanz, weisse Substanz etc.)

• Strukturelles MRI: Bild der Neuroatonomie des Gehirns, z. Bsp. um neurologische Veränderungen des Gehirns festzustellen (Effektiv Bild von Gehirn)

• Diffusion MRI: Verfahren, welches es ermöglicht, weisse Substanz im Gehirn darzustellen (Strukturelle Konnektivität -> Wie Hirn verbunden ist) -> Farbige Balken$

• Functional MRI/fMRI: Messung des Sauerstoffarmen Blutes im Gehirn um festzustellen, welche Regionen bei welcher Aktivität aktiv sind

• Bewegungsartefakten

• Klaustrophobie

• Schwindel

• Müdigkeit

• Harndrang

• Habituation

• Ausschlusskriterien (Herzschrittmacher etc.) -> Metalle im Körper können zu Verbrennungen führen

• Gradientenlärm (v.a. bei Sprachuntersuchungen problematisch)