Biopsychologie – Altklausur

Durch Kontraktion des quergestreiften Musekelgewebes werden zufällige Abfolgen von Motor-Unit Aktionspotentialen (MUAP) abgegeben.

Das EMG besteht aus den MUAPs.

Rohdaten: Volt

Abgeleitetes Signal: Hz

1. Gleichrichtung (Betragsbildung)

2. Glättung (Peaks werden aus dem Signal entfernt)

3. Integration

An der Reduktion der Fast Twitch Motor Units, welches über die Medianfrequenz erkennbar wird

—> negativer Wert kennzeichnet Ermüdung, wenn RMS („Root Mean Square“) gleichzeitig ansteigt

• Signal hängt stark von der Elektrodenplatzierung am Ableitort ab

• Anatomische Unterschiede können Signal beeinflussen

• Signal stochastisch, d.h. auch bei fast identischer Kraftanwendung ist es schwierig das gleiche Signal zu produzieren.

1. Rekrutierung (Anzahl aktivierter Motor Units)

2. Firing Frequency (mit welcher Frequenz werden Motor Units aktiv)

Die Gesamtheit aus einem Motorneuron und allen von ihm innervierten Muskelfasern.

• Abweichung von der Normalpopulation bei der Kraftentwicklung in spezifischen Muskeln.

• Die Detektion pathologischer Veränderungen einzelner Muskeln und deren Beteiligung an Bewegungsmustern.

• Das Ausmaß der Aktivierung verschiedener Muskeln bei einer Tätigkeit.

• Die Ermüdung der Muskulatur über die Zeit.

z.B. Muskuläre Beanspruchungsmessung, Detektion von pathologischen Bewegungsabweichungen

Eine Flüssigkeit ist isoton, wenn sie über gleich viele gelößte Stoffe verfügt, wie das Vergleichsmedium.

Eine Flüssigkeit ist hyperton, wenn sie über mehr gelößte Stoffe verfügt, wie das Vergleichsmedium.

Eine Flüssigkeit ist hypoton, wenn sie über weniger gelößte Stoffe verfügt, wie das Vergleichsmedium.

EDA: isotonisch Rest: Hypertonisch

• Hautleitfähigkeit: µmho/cm²

• Maßeinheit des Leitwerts = „S“ (Siemens); 1 S = 1 Ohm-1 = 1 mho

• Zustandsänderungen sympathischer Aktivität in Verbindung mit Emotion, Kognition, Aufmerksamkeit und Stress

• Neuheit bzw. Bedeutung eines Reizes

• Wichtige Komponente der Orientierungsreaktion

  
  

• unterliegt bei häufiger Wiederholung einer Abschwächung (Habituation)

• tonisch:

• Leitwertsniveau (SCL): Grundniveau der Hautleitfähigkeit im bestimmten Zeitraum

• Spontanfluktuation (nsSCR): spontane phasische Hautleitwertserhöhungen ohne externe Stimulation

• phasisch:

• SCR-Amplitude: Höhe der Reaktion relativ zur Baseline

• SCR-Latenz: Zeit zwischen Reiz und Beginn der Reaktion

SCL: Skin Conductance Level

SCR: Skin Contuctance Response

• EDA unterliegt starken individuellen Schwankungen (2 - 100 µmho/cm²)

• EDA durch Artefakte beeinflusst z.B. Atmung und Temperatur (muss daher konstant gehalten werden)

• Zusätzlich Bewegungsartefakte sowie EKG-Einstreuungen

Exosomatisch: Spannungsquelle außerhalb des Körpers (Wechsel- oder Gleichspannung)

Endosomatisch: Nervenaktivität in der Haut wird gemessen ohne Strom anzulegen - der Körper selbst ist die Spannungsquelle

Exosomatisch: mit Gleichspannung am häufigsten verwendet: bei konstanter Spannung wird direkt die Hautleitfähigkeit gemessen

• EDA gibt Informationen über die physiologische Reaktion des Körpers auf emotionale Stimuli, kann aber allein keine spezifische Diagnose stellen.

• EDA ist sensitiv für Veränderungen in der emotionalen Erregung, aber ihre spezifische Sensitivität variiert und sie kann nicht alle emotionalen Zustände zuverlässig unterscheiden

-> Interpretation der EDA erfordert eine umfassende Betrachtung zusammen mit anderen Informationen und Messungen, um aussagekräftige Erkenntnisse zu gewinnen.

Herzrate: Anzahl der Herzschläge pro Zeiteinheit (gemessen an der Anzahl der R-Zacken; beats per minute - BPM)

Herzperiode: der zeitliche Abstand zwischen zwei sukzessiven R-Zacken

HRV: bildet das Ausmaß der Variabilität der Herzrate ab; phasische Zu- & Abnahme der Herzschlagfrequenz infolge versch. Regulationsmechanismen

HR und HRV können sowohl tonisch als auch phasisch sein

• tonisch: Baseline

• phasisch: HRV, P-Welle

• Beim Einatmen erhöht die ausdehnende Lunge den Druck auf das Herz, was zur vorzeitigen (und damit verkürzten) Kontraktion führt

• Starke Frequenzzunahme folgt, welche sich im hochfrequenten Anteil (da sie nur kurzfristig phasisch geschieht) der HRV widerspiegelt

• Nahezu vollständig auf parasympathische Regulation zurückzuführen.

Rohsignal: Volt

Parametrisiert über die Herzrate: 60 – 100 BMP bzw. 0,7 – 4 Hz

Signal besteht aus einer Reihe von Potenzialschwankungen, die aus den summierten APs der Herzmuskulatur resultieren

Variabilität durch Wirkung des Sympathikus:

Positiv chronotrop (Steigerung der Spontanfrequenz der Sinuszellen)

Positiv lusitrop (Beschleunigung der Relaxation des Herzmuskels)

Variabilität durch Wirkung des Parasympathikus:

Negativ chronotrop (Reduktion der Spontanfrequenz der Sinuszellen),

Negativ inotrop (Verringerung der Kontraktionskraft der Vorhöfe unabhängig von der Vordehnung).

Unter Stress erhöht die sympathische Innervation die Herzfrequenz.

• HF-Anteil reflektiert parasympathische Innervation.

• LF (nach Mulder Mid-Frequency) Anteil reflektiert sowohl sympathische als auch parasympathische Innervierung

• Erfassung mentaler Beanspruchung über eine Abnahme der Mid Frequency Komponente

  • bei einfachen und nicht langen Aufgaben

  • bei längeren Aufgaben wird der Baroreflex sensitiver und sorgt daher für einen Anstieg der HRV

Ein EKG ist nicht obtrusiv, da es lediglich das Anbringen von Elektroden auf der Haut erfordert, ohne invasiven Eingriff in den Körper.

Ein EKG kann keine endgültige Diagnose stellen. Es wird oft in Kombination mit anderen klinischen Informationen und diagnostischen Verfahren verwendet, um ein umfassenderes Bild des Herzgesundheitszustands einer Person zu erhalten.

Obtrusivität bedeutet, dass das Verfahren selbst das Verhalten oder die Reaktionen der untersuchten Person beeinflusst. Die Obtrusivität kann die Ergebnisse oder die Gültigkeit der Messungen beeinträchtigen, da die gemessenen Daten nicht repräsentativ für das normale Verhalten oder die natürliche Reaktion der Person sein können.

Ereigniskorrelierte Potentiale (ERP) sind

• elektrische Hirnaktivitäten, die als Reaktion auf spezifische Ereignisse oder Reize auftreten

• können in verschiedene Komponenten eingeteilt werden, wie z.B.

  • P300, die etwa 300 Millisekunden nach einem bedeutungsvollen Reiz auftritt und mit Aufmerksamkeit und Gedächtnis in Verbindung gebracht wird

  • N170, die bei der Verarbeitung von Gesichtern eine Rolle spielt

Das Ziel ist die bestmögliche Detektion der R-Zacken

Einthoven II ergibt die höchsten R-Zacken; für automatische Extraktion einiger Parameter sehr wichtig

Allerdings problematisch bei Bewegung der Extremitäten während der Ableitung

Die drei bekanntesten Ableitungen nach Einthoven sind:

Ableitung I: Sie wird durch die Elektroden an den Armen (rechter Arm - linkes Arm) abgeleitet.

Ableitung II: Sie wird durch die Elektroden am rechten Arm (rechter Arm - linkes Bein) abgeleitet.

Ableitung III: Sie wird durch die Elektroden am linken Arm (linkes Arm - linkes Bein) abgeleitet.

Die Ableitung mit der höchsten R-Zacke ist Ableitung II.

• eine günstigere Ausrichtung, um die Aktivität des linken Ventrikels des Herzens zu erfassen.

• R-Zacke der linken Herzkammer (linker Ventrikel) ist in dieser Ableitung stärker ausgeprägt

• Dieser Bereich des Herzens hat eine größere elektrische Aktivität im Vergleich zu anderen Bereichen, was zu einer deutlicheren R-Zacke führt.

Autorhythmie: Kontraktion (einiger) Herzmuskelfasern ohne äußere Innervation

Pacemaker Zellen: Sinusknoten (60-100 BPM), AV-Knoten und Hiss-Bündel (40-45 BPM)

• Theta (Anstieg mit memory load)

• Alpha (Alpha-Suppression v.a. bei Aufmerksamkeit)

• Alpha-Blocking - damit ist die phasische Alpha-Aktivität gemeint.

  • Je höher die Anforderungen sind, desto stärker ist die Abnahme von Alpha und umso höher die notwendige Aufmerksamkeit;

• Evtl. auch Gamma

  • Bezug zu ‚Bewusstsein‘ über Aufmerksamkeitszuwendung

• Augensystem weist mehrere Spannungsgeneratoren (mit dem Corneo-Retinalen Potenzial als stärksten Generator) auf

• Lidschläge führen zu hoch-amplitudigen Ausschlägen vorwiegend an frontalen Elektroden

• Corneo retinales Potential: in Retina hohes Membranpotential der Nervenzellen, in der Cornea kein Potential —> starkes Dipol

• EEG bildet Spannungsveränderungen ab

• Misst Feld-Potenziale, die das Resultat postsynaptischer Aktivität darstellen

• Sehr kleiner Wertebereich von 1 bis 200 µV;

• hohe zeitliche Auflösung; aber räumliche Ungenauigkeit

Delta (1 – 4 Hz),

Theta (4 - 7 Hz),

Alpha (8 – 12 Hz),

Beta (13 – 30 Hz),

Gamma (>30 Hz)

• Systematische elektrokortikale Reaktionen auf externe oder interne Stimuli

• Ihre Amplitude ist geringer als die Spontanaktivität – muss daher gemittelt werden.

• Sie werden nach Latenz und Polarität benannt.

Nach Polarität und Latenz. P300.

Linker temporaler Kortex

• Klaustrophobie

• Inkorporierte ferromagnetische Gegenstände

• Unmittelbar post-operativ v.a. nach Operationen mit intrazerebralen Metallclips

BOLD = Blood Oxygen Level Dependent

• Annahme: funktionelle Aktivierung des Gehirns führt zu einer Zunahme der neuronalen Aktivität der betroffenen Areale

  • führt zu einer Zunahme des Sauerstoff – und Energiebedarfs

• Messung des Sauerstoffgehalts im Blut ist möglich, da Hämoglobin seine magnetischen Eigenschaften durch Sauerstoffbindung ändert

• Signal steigt in den aktivierten Regionen aufgrund einer Überkompensation des Sauerstoffbedarfs über das in den nicht-aktivierten Regionen an

• Transmission (Röntgen – CT)

• Emission (SPECT, PET)

• Nuklearmagnetische Resonanz (NMR, fMRI)

Relaxationszeiten von Geweben

Diese Zeiten beschreiben, wie schnell sich die Protonen im Gewebe nach Störung durch ein externes Magnetfeld wieder in ihren Grundzustand zurückbewegen.

• T1 Längsrelaxationszeit

  • Helligkeit des Gewebes

• T2 Querrelaxationszeit

  • Kontrast des Gewebes

• Gewebe mit unterschiedlichen T1/T2-Relaxationszeiten erscheinen unterschiedlich hell oder dunkel, was die Unterscheidung von Gewebetypen ermöglicht.

• Muss mobil sein -> Ausschluss von fMRT EDA, EKG und EMG zu stark durch Bewegungsartefakte beeinflusst

• Möglichst minimal intrusiv, damit die Interaktion mit der App nicht gestört wird -> EEG oder fNIRS möglich; da EEG höhere zeitliche Auflösung hat, welche wahrscheinlich relevant ist bei der Frage, ob die App den Einkauf weniger beansprucht

• Präferenz für EEG

Präferenz für EEG -> Alpha Blocking und Gamma Rhythmus

+ EDA : tonisches Letwertsniveau (SCL) – für Emotionen und Aktivierung (Mittelwerte gut für general arousal)

Idealerweise multidimensionale Erfassung

• sowohl physiologische Maße als auch subjektive (z.B. NASA-TLX, um Dimensionen wie Frustration auszuschließen)

• als auch physiologisches Maß z.B. EKG, da die Herzrate sensitiv für Beanspruchungsunterschiede ist, der Aufwand gering ist und die Methode nicht zu stark intrusiv ist

  • jedoch könnten Störfaktoren wie Bewegung problematisch werden mobiles EEG zur Erfassung mentaler Beanspruchung, da die Veränderungen der Alpha- und Theta-Aktivität Indikatoren mB sind

  • Erfassungsaufwand nicht unbedingt gering, aber mobiles EEG erlaubt auch Bewegung der Probanden