Biopsychologische Methoden II

-> nicht-invasive Untersuchungsmethode

-> Dokumentation “der Arbeit” des Gehirns bei versch. Aufgaben

-> stark arbeitende NZ in den Gehrinarealen brauchen Nährstoffe/Sauerstoff & Glukose) -> Steigerung der Durchblutung des Gehirns-> Veränderung im lokalen Magnetfeld, die in speziellen, besonders schnellen MRT-Sequenzen nachgewiesen werden können

->Durch eine Nachverarbeitung der gewonnenen Bilddaten können diese Veränderungen dargestellt und mit Hilfe statistischer Tests als Aktivität des betreffenden Hirnareals identifiziert werden

• Zunehmende Verbreitung der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) in der psychologischen Forschung

• Ziel: direkte Untersuchung psychischer Prozesse, auch solcher, die nicht von beobachtbaren Verhalten begleitet werden

• Vorteile: nicht-invasives Verfahren, gute räumliche Auflösung, keine bekannten Spätfolgen

• Nachteile: relativ schlechte zeitliche Auflösung, unkomfortable Messung, hohe Kosten; inhaltlich v. a. Schwierigkeiten bei der Interpretation

!Die Vielzahl einzelner Datenpunkte (ca. 130.000 voxel) birgt, bei der Verwendung multipler statistischer Vergleiche, ein erhöhtes Risiko für irrtümlich als zutreffend angenommene Effekte.

->Geeignete Kontrollalgorithmen (z.B. Benjamini & Hochberg, 1995; Friston et al., 1994) können diesem Risiko effektiv entgegenwirken, werden allerdings oft nicht routinemäßig eingesetzt

Auswahl kleinerer, spezifischerer Gehirnregionen (regions of interest) reduziert die Anzahl der notwendigen Einzelvergleiche

Psychische Prozesse können zu Veränderungen der Anatomie führen, für die direkte Untersuchung psychischer Prozesse wird jedoch zusätzlich der BOLD-Kontrast betrachtet:

• Die magnetischen Eigenschaften des Hämoglobins sind abhängig vom Oxygenierungsgrad

• Der „blood oxygenation level dependent“ (BOLD) – Kontrast kann in T2-gewichteten MRT Aufnahmen dargestellt werden (Ogawa et al., 1990).

• Das BOLD-Signal hängt direkt mit der neuronalen Aktivität zusammen (Logothetis et al., 2001).

!Komplexere psychische Prozesse führen zu verteilten Aktivierungen

->Verwendung spezifischerer Fragestellungen

->Auswahl kleinerer, spezifischerer Gehirnregionen (regions of interest)

->Berücksichtigung von neuronalen Netzwerken anstelle isolierter Gehirnregionen

• Aktivierung einer Gehirnregion kann durch unterschiedliche Prozesse ausgelöst werden

  
  

• ->Kontrolle anderer möglicher Auslösebedingungen im Experiment

  -> Kombination mit anderen Methoden (z.B. Verhaltensmaße, EEG,eye tracking, Peripherphysiologie etc.)

z. B. Untersuchung von Mouraux et al., 2011: Aktivitäten in einem vermeintlichen Schmerznetzwerk können auch durch harmlose Berührungen, Töne und Lichtblitze ausgelöste werden. Alle Reize führen zu vergleichbaren, unspezifischen Aktivierungen

rot: schmerzhafte Berührung

lila: angenehme Berührung

blau: hören

grün: sehen

!Personen reagieren nicht gleichartig während eines Experiments (Strategiewechsel,Gewöhnung, Ermüdung etc.)

->Zur Abschätzung der intraindividuellen Variabilität können unterschiedliche Teile des Datensatzes (trials, Zeitabschnitte) miteinander verglichen werden.

->Experimentelle Anordnungen (Instruktionen, Stimuli) sollten möglichst homogen sein

! Unterschiedliche Vorlieben, Strategien, Erfahrungen können bei verschiedenen Personen zu unterschiedlichen psychischen Prozessen führen

!Die Variabilität zwischen Personen wird jedoch kaum berücksichtigt!

->Auch hier hilft eine möglichst eindeutige, homogene Versuchsanordnung

Zudem ist die anatomische Variabilität unterschiedlicher Gehirne enorm!

• Den Beschränkungen kann durch geeignetes Vorgehen gut begegnet werden:

• Verwendung geeigneter statistischer Verfahren

• Verwendung spezifischer Fragestellungen

• Berücksichtigung kleiner, umschriebener Gehirnregionen

• Berücksichtigung von neuronalen Netzwerken anstelle isolierter Gehirnregionen (insbesondere bei komplexeren psychischen Prozessen)

• Kontrolle anderer möglicher Auslösebedingungen im Experiment

• ggf. Kombination mit anderen Methoden

• Verwendung möglichst homogener Stimuli

• vergleichbare psychische Prozesse können durch die Betrachtung von unterschiedlichen Aktivierungsmustern in einer Voxelpopulation differenziert werden

• diese Muster sind nicht vollständig identisch, so dass es zahlreicher Trainingsdurchgänge bedarf.

• Eine zutreffende Klassifikation ist danach allein aufgrund der gemessenen Aktivität möglich

• Mit dieser Technik können auch unbekannte, komplexe Stimuli aus der Gehrinaktivität rekonstruiert werden

summiertes Aktionspotenzial von NZ wird gezählt

Elektrodenpositionen in Relation zu anatomischen Bezugspunkten des Kopfes angeordnet:

• Nasion (Übergang Nasenrücken-Stirn)

• Inion (Einbuchtung am Hinterhauptsknochen)

• Präaurikuläre (=vor der Ohrmuschel gelegene) Punkte (Vertiefung unterhalb des Jochbeins auf der Höhe des Ohrs)

-> Delta, Theta, Alpha, Beta

-> Das EEG weist Oszillationen von 0-ca 100 Hz auf, die im Allgemeinen mit zunehmender Wachheit schneller werden

-> Bild wird zu Zeitpunkt 0 gezeigt

->oberhalb negative Werte (sieht bild nicht)

->unterhalb positive Werte

-> Amplitude unten: sieht Bild

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1. Röntgenverfahren (CAT, CT)

2. Positronen-Emissions-Tomographie (PET)

3. Magnetencephalographie (MEG)

4. Nahinfrarotspektroskopie (NIRS)

5. Transkraniale Magnetstimulation (TMS)

6. Transkraniale Gleichstromstimulation (tDCS)

7. Läsionsmethoden

• Computertomographie (CT), auch: Computer Assisted (oder Aided, Axial) Tomography, CAT; Schichtröntgen

• Durch Röntgenaufnahmen aus verschiedenen Perspektiven können räumliche Aufnahmen konstruiert werden.

Dabei gibt es zwei wesentliche Nachteile:

- Strahlenbelastung

- Verwendung von Kontrastmitteln zur Darstellung von Gewebestrukturen

-> In der psychologischen Forschung (fast) nicht verbreitet

• erzeugt Schnittbilder von lebenden Organismen, indem es die Verteilung einer schwach radioaktiv markierten Substanz sichtbar macht.

Funktionsweise:

injizierte oder eingeatmete Positronen von Radioisotopen verschmelzen mit denselben Molekülen und senden Gammastrahlung aus dem Kopf

PET-Kamera:

-> PET erlaubt die Messung versch. Stoffwechselprodukte im lebenden Gehirn des Menschen

Wesentliche Nachteile:

• Strahlenbelastung

• Keine anatomische Darstellung

->In der psychologischen Forschung (inzwischen) selten

MEG

Messung der magnetischen Aktivität des Gehirns, vorgenommen durch äußere Sensoren (SQUIDs). Dabei werden die Magnetfelder meistens zuerst durch supraleitende Spulen oder Spulensysteme erfasst und dann durch die SQUIDs gemessen.

-> Das MEG misst radiale Dipole, das bedeutet, dass v.a elektrische Aktivität aus den Furchen (sulci) des Kortex widerstandslos registriert werden

Fazit: sehr gute räumliche und zeitliche Auflösung, aber keine anatomische Darstellung

->In der psychologischen Forschung vor allem aus Kostengründen selten

Nutzt unterschiedliche optische Eigenschaften von oxygeniertem und desoxygeniertem Blut

Auflösung der Bilder ist vergleichbar mit dem fMRT, es können aber nur Oberflächensignale erfasst werden. Es erfolgt keine anatomische Darstellung

->Nur für wenige Fragestellungen einsetzbar, dort aber zunehmend verbreitet

Starke Magnetfelder sollen bestimmte Bereiche des Gehirns hemmen oder aktivieren. Meist wird eine Hemmung erzielt.

-> Kurze Pulse von transkranieller Magnetstimulation unterbrechen die gerade ablaufenden Nervenvorgänge, hochfrequente Stimulation erhöht und niederfrequente Stimulation erniedrigt die Erregbarkeit

Effekte sind vollständig reversibel:

• Vorteil für die Forschung

• Nachteil für viele Anwendungen, in den dauerhafte Veränderungen gewünscht werden

• keine anatomische Darstellung

• ->Einsatz in der Grundlagenforschung, Anwendungen selten

• transcranial direct current stimulation, tDCS

• nichtinvasive, schmerzfreie und komplett reversible Elektrostimulation des Gehirns.

• Kortikale Erregbarkeit und neuronale Aktivität werden verändert

  ->Kortex lässt sich erregend oder hemmend reizen

  ->nicht spürbarer Gleichstrom zwischen 2 Elektroden über den Arealen für eine bestimmte Zeit von einer Elektrode zur anderen geschickt

  ->Gleichstromreizung des menschl. Gehirns führt in der Nähe der Anode zu Eregung, in der Nähe der Kathode zu Hemmung

• Viele Vorteile für die Forschung:

  •  Keine Risiken (z.B. bei Epileptikern)

  •  Effekte kurzfristig (bis zu 90 Minuten)

  •  Möglichkeiten für Scheinstimulation als Kontrollbedingung in Doppelblind-Studien

  ->Einsatz in der Grundlagenforschung, Anwendungen möglich

Stereotaktischer Atlas

Sammlung von Zeichnungen von Hirnschnitten.

Gibt vor, wie tief eine Elektrode eingeführt werden muss, um das Zielgebiet zu erreichen.

Stereotaktischer Apparat

Vorrichtung zur Durchführung zielgenauer Eingriffe in das Gehirn

-> Um eine Elektrode oder Kanäle in einen bestimmten Kern oder Faserzüge in der Tiefe des Gehirns einzustechen

-> man geht von einem gut sichtbaren universellen Fixierpunkt an der Schädeldecke aus z.B dem Kreuzngspunkt mehrerer Schädelknochen

-> Verhaltensstörungen nach Hirnläsionen erlauben meist nur indirekte Schlüsse über Struktur-Funktions-Beziehungen, da die Ursache für die Störungen auch auf sekundäre Veränderungen des Gewebes, der Funktion und des Verhaltens nach der Läsion zurückfürbar sein kann

->Die Folgen von Hirnläsionen beim Menschen werden mit neuropsychologischen Tests und experimentalpsychologischen Verhaltensproblem erfasst