3. Methoden der kognitiven Neurowissenschaft 3

Elektrophysiologische Methoden:

▪ Einzelzellableitungen

▪ Elektroencephalographie (EEG) und Ereigniskorrelierte Potentiale

(EKP, ERP)

 Bildgebung:

▪ Computertomographie (CT)

▪ Magnetresonanztomographie (MRT)

▪ Funktionale Magnetresonanztomographie (fMRT)

▪ Positronen-Emmissions-Tomographie (PET)

 (Virtuelle) Läsionen:

▪ Transkranielle Magnetstimulation (TMS) („virtuelle Läsion“)

▪ Hirnverletzungen

 Elektroden werden ein einzelne Neuronen eingeführt

(intracellular) oder in die Membran (extracellular)

 Anzahl der Aktionspotentiale als Antwort auf einen Stimulus

wird gemessen

 Invasive Methode, Implantierung mit Anästhesie

 Tierversuch

 Physiologische Basis des EEG Signals: ist die postsynaptische

Aktivität der Dendriten

 Elektroden werden an bestimmten Positionen auf dem

Schädel angebracht (z.B. 10-20 System)

Unter einer Elektrode registrierte Aktivität spiegelt nicht unbedingt Aktivität der darunterliegenden

Hirnregion wider → keine gute

räumliche Auflösung

• Nicht invasiv

 Ein Signal wird registriert, wenn

eine Population von Neuronen

synchron aktiv ist (nicht nur

Einzelzelle!)

 Spannungsunterschiede zwischen

mindestens zwei verschiedenen

Positionen muss verglichen werden

→ Referenzelektrode in neutraler

Position, z.B. Knochen (Mastoid)

hinter dem Ohr

→ Mittelwert der Aktivität aller

Elektroden

<kleiner als

> großer als

 Methode baut auf EEG auf, häufiger in der Forschung

verwendet

 EEG repräsentiert Aktivierung des gesamten Gehirns

 EKP: Welche Aktivierung geht auf ein bestimmtes Ereignis

zurück?

 Ereignis: Erscheinen eines Stimulus, Antworten usw.

 Herausmitteln von „Noise“ zum Erfassen der

ereigniskorrelierten Aktivität bei vielen

Versuchsdurchgängen (50-100) zeitlich relativ zum Ereignis

 Logik: neuronale Aktivität, die nichts mit dem Ereignis zu

tun hat, ist unsystematisch/ zufällig; ereigniskorrelierte

Aktivität ist nicht zufällig

 Verschiedene Gewebsarten (Knochen, graue Substanz, weiße

Substanz, Cerebrospinalflüssigkeit (CSF)) besitzen

unterschiedliche physikalische Eigenschaften

 Computertomographie (CT): Bilder basieren auf Absorption

von Röntgenstrahlen in den verschiedenen Gewebsarten

 Knochen absorbieren am meisten → erscheinen weiß

 CSF absorbiert am wenigsten → erscheinen schwarz

 Hirngewebe → erscheint grau

 Zur Diagnose von Erkrankungen (z.B. Tumor, Schlaganfall)

genutzt, weniger in der Forschung

 Kann nicht zwischen grauer und weißer Substanz

unterscheiden

 Kann nicht „dynamisch“ aufgenommen werden (≠ fMRT)

 Neuronen beziehen Energie aus Sauerstoff und Glukose aus

dem Blut

 Gehirn verbraucht ca. 20% des eingeatmeten Sauerstoffs

 Aktiverere Hirnbereiche benötigen mehr Sauerstoff als

weniger aktive Hirnbereiche → Erhöhung des Blutflusses

 Indirekte Messung: Hirnbereiche, die mit Aufgaben

assoziiert sind werden entdeckt

 Räumiche Auflösung ca. 1mm

 Bei Sauerstoffverbrauch wird Oxyhämoglobin in

Desoxyhämoglobin umgewandelt

 Desoxyhämoglobin besitzt starke paramagnetischen

Eigenschaften → Störungen im Magnetfeld

 Störungen können gemessen werden → BOLD Signal

 BOLD: blood oxygen-level-dependent contrast

 BOLD Signal assoziiert mit der Konzentration von

Desoxyhämoglobin → Rückschlüsse über

Sauerstoffverbrauch → Rückschlüsse über Aktivierung

 Nutzt radioaktiven Tracer, Injektion

 Je mehr Blutfluss desto mehr Signal vom Tracer

 Tracer wandelt sich im Blut von instabiler radioaktiver

Form in normale, stabile Form

 Emittiert Positronen, die mit Elektronen kollidieren

 Freisetzung von Photonen, die von Detektoren des PET -

Scanners erfasst werden

▪ Magnetischer Pulse wird über Schädel über bestimmtem

kortikalen Areal induziert

▪ Pulse dringt in Kortex ein und bewirkt elektrische

Potentialänderung in der schädelnahen Hirnrinde und

Auslösung von Aktionspotentialen

▪ “neural noise”: zufällige Aktivität inmitten organisierter

Aktvität → normales Muster der kortikalen Verarbeitung

wird temporär gestört

▪ reversibler Effekt, keine wirkliche Läsion!

Vorteile:

o Sehr gute zeitliche und räumliche Auflösung

o Hirnbereiche, die für einen Aufgabe benötigt werden, werden

untersucht

Nachteile:

o Nicht alle Hirnbereiche können stimuliert werden

 Einzelfallstudien

 Gruppenstudien

 Rückschluss von Defiziten und geschädigten Bereichen auf

deren Funktion

 Untersuchung kortikaler Reorganisation

 Aufwändig

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