Einführung

Die kognitive Neurowissenschaft (Cognitive Neuroscience) untersucht die biologischen Grundlagen höherer kognitiver Funktionen (Lernen, Gedächtnis, Aufmerksamkeit…)

• Ist der Unterschied zur Biopsychologie

Methoden sind primär: funktionelle Bildgebung, Neuropsychologie, EEG, TMS

Kognitive Neurowissenscahft ist Biopsychologie (und wird maßgeblich von Psycholog*innen betrieben)

Aber Biopsychologie ist mehr als kognitive Neurowissenschaft (z.B. Psychophysiologie, Genetik)

Biopsycholog*innen haben schon kognitive Neurowissenschaft betrieben, als der Begriff noch gar nicht erfunden war

Die Kognitive Neurowissenschaft braucht den theoretischen Unterbau der kognitiven Psychologie

• Kann das nicht unabhängig der restlichen Psychologie betrachten -> wichtig für Verständnis der Zusammenhänge

rasanter technischer Prozess in 80er & 90er -> hat Forschung beschleunigt (fMRT, TMS, EEG etc.)

Verschiedene Hirnareale haben unterschiedliche Funktionen

Je größer ein Areal, desto stärker ist die entsprechende Funktion / das Persönlichkeitsmerkmal ausgeprägt

• ist vereinfacht, aber nicht ganz falsch

Diese Größenunterschiede spiegeln sich in Wölbungen des Schädes wieder

• ist ganz falsch

War die erste systematische Untersuchung

❌Haben aber nicht den Unterbau der Psychologie genutzt

Krude bzw. kuriose psychologische Konstrukte (Häuslichkeit, Sinn für Freundschaft etc.)

Grundannahmen des Zusammenhangs zwischen Schädelwölbungen und Neuroanatomie ist falsch

Idee der funktionellen Spezialisierung hat sich aber grundsätzlich bestätigt

Französischer Arzt und Anatom

1861: Monsieur Tan - Patient konnte nicht mehr sprechen, ansonsten keine kognitiven  Beeinträchtigungen, Sprachverständnis war auch noch vorhanden

Das bei Monsieur Tan betroffene Hirnareal ist nach Broca benannt - Broca Areal (frontolaterales Frontalhirn)

Sprachstörung: Broca-Aphasie

Deutscher Arzt und Anatom

Beschreibt Patienten mit intakter Sprachproduktion aber gestörtem Sprachverständnis -> Wernicke-Areal, Wernicke-Aphasie

Seperate Module für Sprachverständnis und Produktion

Genaue Lokalisation für diese Schlussfolgerung unerheblich

Im Gegensatz zur Phrenologie: basierend auf empirischer Beobachtung -> kognitive Neuropsychologie

Wichtiges Konzept in den Neurowissenschaften

Wird z.B. durch unzählige Läsionsbefunde gestützt (siehe Broca / Wernicke)

Heute: funktionelle Spezialisierung ist graduell - Regionen sind bis zu einem gewissen Grad auf bestimmte (Klassen von) kognitiven Funktoinen spezialisiert

Also gerade keine 1 zu 1 Zuordnung

Funktionelle Bildgebung: Reverse-Inference-Problem (Poldrack, 2006)

• Region X ist aktiv - können wir daraus schließen, dass der kognitive Prozess X´ abläuft?

• Nein, denn

  • Regionen haben multiple Funktionen

  • Das Gehirn kann Probleme mittels verschiedener Strategien/Lösungen bewältigen

Hat zu der Zeit viele Bildgebungsstudien gemacht -> Aufgaben im Scanner -> Kontrast gerechnet (bei hoher/niedriger Belastung) -> Aktivität der Hirnareale verglichen -> geguckt, was das Areal macht und Schlüsse gezogen -> Argumentation basiert auf 1 zu 1 Zuordnung -> geht nicht

• Poldrack argumentierte dagegen

Kanadischer Neurochirurg

Elektrische Stimulation des Kortex während neurochirurgischer Eingriffe

Technische Entwicklungen haben es ermöglicht, nicht-invasiv (bzw. weniger invasiv als bei Penfield) kognitive Prozesse im Menschen untersuchen zu können

Es wird angestrebt, gehirnorientierte Erklärungsansätze für kognitive Prozesse (Gedächtnis, Aufmerksamkeit, Handlungssteuerung…) zu entwickeln

Kombination dieser Methoden mit pharmakologischen Verfahren, Genetik,  Läsionsstudien

❌Bei einzelnen Methoden viele Mängel -> muss Methoden miteinander kombinieren

Stimulation vs. Messung

Zeitliche Auflösung (wie schnell Signale sind)

Räumliche Auflösung

Wie invasiv? -> kann Methoden unter diesen Aspekten betrachten

Das geht natürlich

Häufig wird Computeranalogie verwandt: Hardware (Computer / Hirn) vs. Software (Programm / Kognition)

• Gehirn schärnkt ein,was für Kognitionen stattfinden können (z.B. bei Läsionen manches nicht mehr möglich)

Aber: Das Gehirn stellt Randbedingungen für die Kognition dar

Beide hängen zumindest eng zusammen und sind nicht komplett unabhängig

Die Biopsychologie hat Implikationen für viele psychologische Teildisziplinen

• Entwicklungspsychologie

• Klinische Psychologie: Psychopharmaka, Tiefenhirnstimulation

Diese Kritik ließe sich auch auf Reaktionszeitexperimente übertragen -> WANN aber nicht WIE

Reaktionszeiten oder Bildgebungsbefunde sind Daten - das WIE wird aber durch Theorien und nicht durch Daten erklärt

Die Neurowissenschaften liefern zusätzliche abhängige Variablen, die zusätzliche Beiträge zu einer kognitiven Theorie leisten können

Kann nicht sagen, dass das Areal für die Funktion notwendig ist -> kein kausaler Effekt nötig

Kann teilweise WIE aus WO ableiten (z.B. dorsaler & ventraler Pfad -> nicht unbedingt genau, aber kann z.B. manche Theorien ausschließen)

Neuronale Plastizität als Beispiel

• ❌Großes Problem bei Läsionsstudien

  • z.B. Test nach 20 Jahren bei Schlaganfall - hat sich viel im Gehirn verändert -> wird nicht genug berücksichtigt

Es ist wichtig, die kognitiven und computationalen Prozesse zu betrachten

• z.B. welcher Teilprozess der Aufmerksamkeit spiefelt sich da wider

Haben wir die richtige Sprache und die richtigen Konzepte, um Hirnmechanismen adäquat beschreiben zu können? -> Computationale Mechanismen

❌„Reine“ Lokalisation vs. Netzwerke und Interaktionen

• Areale interagieren -> Wechselspiel

Mehr als nur Bildgebung

Vereinfachende Darstellungen in den Medien helfen nicht unbedingt, diese Bedenken auszuräumen

Verbindung zwischen den Analyseebenen herstellen

Beispiel

• ❌Wie wirken sich genetische Unterschiede in bestimmten Transmittersystemen auf Netzwerkinteraktionen aus?

Bezüge zu Befunden aus Tiermodellen herstellen

• Daten zu Ebene, die man im Menschen nicht messen kann

• z.B. Rasterzellen

  entdeckt von Maybritt und Edvard Moser (Trondheim)

Befinden sich im entorhinalen Kortex

Einzelne Rasterzellen bilden die Umgebung vom Tier als hexagonale Karte ab

• Neuron feuert nicht zufällig -> Rasterzellen feuern in Abhängigkeit von Position der Maus

• Versteht besser, wie Gehirn Raum repräsentiert -> Navigation

Doeller et al., Nature 2010

• Stärkeres Signal im enthorinalen Kortex bei Bewegung entlang der Grid-Ausrichtung

• Geguckt, wo mehr Aktivität im Gehirn ist, wenn Person sich entlang der grids bewegt

Kunz et al., Science 2015

• Grid-Cell-ähnliches Signal ist reduziert in Personen mit genetischem Risiko, an Alzheimer zu erkranken