06 Methoden der Biologischen Psychologie I

nach Forschungsansatz

• Messung biologischer Prozesse/Strukturen

• Manipulation derselben

nach Zustand des Untersuchungsobjektes

• in vivo

• in vitro

• ex vivo / post mortem

nach Untersuchungsebene

• mikroskopisch

• makroskopisch

nach Dynamik des Untersuchungsgegenstandes

• Strukturen (statisch) vs. Prozesse (dynamisch)

idR post-mortem-Analyse von Gewebeschnitten

Visualisierungsmethoden

• Färbungen

• Fluoreszenzmarkierung

Mikroskopie

• Licht~

• Elektronen~

Molekularbiologie

• Bestimmung der Konzentration von Substanzen/Chemikalien

Optogenetik

• targeted excitation/inhibition of rhodopsins

• high temporal precision (AP scale)

  
  

(nicht-invasive) Lokalisierung von Hirntumoren, Blutungen etc.

Bestimmung der Größe/Volumen von Kortexarealen, Hirnventrikeln

• kortikale Plastizität

• Pathologische Veränderungen

  • Schließen auf Funktion möglich

bildgebende Verfahren

• CT, PET, MRI, NIRS

Gewebeeigenschaften der zu untersuchenden Strukturen

• Durchlässigkeit für Röngten-Strahlung

  • CT

• Energieemissionen eingebrachter radioaktiver Substanzen

  • PET

• gewebespezifische magnetische Eigenschaften

  • MRT

• letzte beiden auch für Prozesse

Röntgenstrahlung

-> Sensoren messen empfangene Strahlungs-Intensität

• Abschwächung je nach Dichte, Dicke und Beschaffenheit des Gewebes

große strukturelle Veränderungen -> Diagnose in Neuroradiologie (schnell, realtiv billig, weniger Vorbereitung der Patient*innen)

Nachteile: mäßige räumliche Auflösung, keine Prozessdiagnostik

Injektion einer schwach radioaktiven Substanz (Tracer) -> Anreicherung in bestimmten Hirngebieten (wo mehr Aktivität/Rezeptor ist zB)

-> Messung der Energieemissionen durch Zerfall des Tracers

• Positonen-Annihilation (=später Bildpunkt) -> gamma-Strahlung 180° -> auf Schirm mit gamma-Strahlungsdetektoren -> Diskrepanz errechnet -> Rückschluss auf Ort des Zerfalls

Vorteile

• sehr gute räumliche Auflösung der Aktivität

• hochsensitive Analyse der Verteilung und Dichte von Rezeptoren/Transmitterhaushalt

Nachteile

• radioaktive Substanzen -> invasiv

• logistisch aufwändig/nicht überall verfügbar, da Teilchenbeschleuniger in Nähe sein muss

Kernspintomographie

• Magnet -> stabiles Magnetfeld

• 3 schwächere Gradientenmagneten -> variable Magnetfelder

• Hochfrequenzspulen -> Hochfrequenzwellen in Körper

• Physik dahinter nicht prüfungsrelevant

Gewichtungen

• T1: Fett (weiße Substanz) hell, CSF dunkel -> anatomische Aufnahmen

• T2: weiße Substanz dunkel, CSF hell -> pathologische Veränderungen

Vorteile: sehr hohe Auflösung (aktuelle Grenze 250µm)

quantitative Beschreibung von Hirnstrukturen auf Basis von MRT

• graue Substanz, weiße Substanz, CSF

DTI (Diffusions-Tensor-Imaging)

Darstellung Verlauf von Nervenfaserbündeln

• Diffusionsrichtung der Wasserstoffprotonen an myelinisierten Nervenfasern rekonstruiert

radioaktive Tracer

• PET

magnetischen Eigenschaften von Oxyhämoglobin

• fMRT

optische Eigenschaften von sauerstoffreichem Blut

• NIRS

Gehirnaktivität -> Sauerstoff -> erhöhter Blutfluss

Annahme: Änderungen in Blutsauerstoffversorgung -> neuronale Aktivität

• BOLD-signal (Blood-Oxygen-Level-Dependent)

Vorteil:

• hohe räumliche Auflösung

Nachteil:

• schlechte zeitliche Auflösung

• Risiko für Überinterpretationen (story-telling bias) (inverse Inferenz nicht reverse inference p.25?)

• gute Räumliche Auflösung -> höhere Wahrscheinlichekit, zufällige Effekte zu finden -> statistische Korrekturmethoden

Vorteile:

• keine Strahlenbelastung

• bessere räuml. Auflösung

• kurze Messdauer (PET: Wartezeit nach Injektion)

Nachteile:

• Geräuschentwicklung

• anfällig gegenüber kleinsten Bewegungen

• zeitliche Auflösung

• teuer

optische Bildgebung: Infrarot-Licht wird vom Blut reflektiert, kann aber Haut und Schädelknochen durchdringen

Farbe des Hämoglobins abh. von Sauerstoffgehalt -> Detektor misst Reflexion

Vorteile:

• nicht-invasiv

• relativ günstig

• freie Bewegungen der Probanden

Nachteile:

• schlechte(re) räumliche Auflösung

• nur Kortex-Oberfläche

elektrische Reizung

• bei neurochirurgischen Eingriffen zB Amygdalastimulation

Läsionen

• real: Tierexperiment

• virtuell: TMS

Tiefenhirnstimulation

Biofeedback

Magnetspule senkrecht zur Schädeloberfläche

• Magnetpulse --> beeinflusst Ionenwanderungsprozesse -> AP auslösen oder inhibieren (je nach Intensität und Frequenz)

• bis zu 3cm tief

Forschung und neurologische Diagnostik

• Lokalisierung von Prozessen

nicht-invasiv, aber strenge Vorschriften

rTMS

tDCS (transkranielle Gleichstromreizung)