Was sind verhaltensbasierte Verfahren, welche gibt es?
Verfahren basiert auf menschlichem Verhalten
Reaktionszeitmessung
Blickbewegungsmessung
Fehlerratenmessung - Schwellenexperimente
Was passiert bei der Reaktionszeitmessung?
Probanden meist vor Computer
Lösen Aufgaben verschiedener Schwierigkeit und unter verschiedenen Bedingungen
Messung von Reaktionszeit und Fehlern
Interpretation der Unterschiede zwischen den Bedingungen
Was passiert bei der Blickbewegungsmessung?
Nitzung von Eye- Tracker (Infrarotkamera)
Proband macht Aufgabe
Moment zu Moment Analyse (ms/°) der Augenbewegung (Sakkaden)
Worum handelt es sich bei dem Stroop-Effekt?
= experimentalpsychologisches Phänomen, bei mentalen Verarbeitungskonflikten
trainierte Handlungen laufen beinahe automatisch ab
ungewohnte Handlungen benötigen größere Aufmerksamkeit
klassisches Stroopexperiment = Farbe von Wörtern nennen
Farbwörter, die nicht Druckfarbe entsprechen = hohe Reaktionszeit und Fehlerzahl
Kongruent (C) = Farbe und Wort stimmen ein
Neutral(N) = Kästchen mit Farben
Inkongruent (IC)= Fabename in anderer Farbe
Was passiert bei der Fehlerratenmessung bei Schwellenexperimenten?
wie oft reagiert Proband auf Stimulus zB Lichtfrequenz
bei niedrigen Luchtfrequenzen = eher Nein
bei höheren = eher ja
bei Lichtfreuenz 180 ist 50% Ja und 50% Nein => Empfindungsschwelle
je mehr darüber, desto eher ja, je niedriger desto eher nein
Was ist Mentale Chronometrie? Was ist dabei Donders Subtraktionsmethode?
= Forschungsansatz der Kognitionspsychologie
wie sind mentale Prozesse zeitlich organisiert und aufeinander abgestimmt
Donders Subtraktionsmethode 1868
Messung der Reaktionszeit zweier Aufgaben, die sich um einen hypothetischen Verarbeitungsprozess unterscheiden
Differenz = Zeit des zusätzlichen Prozesses
Kann man anhand der Reaktionszeit die Aufgabenschwierigkeit interpretieren?
Nein => nur wenn hohe Reaktionszeit UND hohe Fehlerrate
= Speed Accuracy Tradeoff
Abgleich Schnelligkeit und Akuratheit
Reaktionszeit hoch und Fehlerrate niedrig = langsames sorgfältiges Arbeiten
Reaktionszeit niedrig und Fehlerrate hoch = schnelles fehleranfälliges Arbeiten
Welche zwei Arten gibt es bei Neurowissenschftluchen Messmethoden?
funktionelle: konzentrieren sich auf die Messung und Darstellung der Gehirnaktivität.
verstehen, wie verschiedene Teile des Gehirns funktionieren und zusammenarbeiten
strukturelle: konzentrieren sich auf die Darstellung der physischen Struktur des Gehirns.
Untersuchen der Anatomie des Gehirns
Identifizieren von strukturellen Veränderungen oder Anomalien
Welche funktionellen neurowissenschaftlichen Methoden gibt es?
EEG (Elektroenzephalographie)
MEG (Magnetoenzephalographie)
fMRT (funktionelle Magnetresonanztomographie)
NIRS (Nahinfrarotspektroskopie)
PET (Positronen-Emissions-Tomographie)
TMS (Transkranielle Magnetstimulation)
TES (Transkranielle Elektrostimulation)
Was passiert beim PET?
= Positronen-Emissions-Tomographie
Injektion des radioaktiven Tracers (oft gebunden an Stoff der von bestimmten Zellen aufgenommen wird) in die Blutbahn
Tracer wird aufgenommen - aktive Zellen nehmen mehr auf
Tracer zerfällt, sendet dabei Positronen aus.
Positron trifft auf Elektron und sie vernichten sich gegenseitig => zwei Gammastrahlen
Detektoren erfassen Gammastrahlen => Bild wo im Gehirn Zerfall stattfand bzw. welche Gebiete neuronal am aktivsten waren
Vorteile:
gute 3D Resolution
kann Areale, die für spezifische Aufgaben zuständig sind, verorten
Nachteile:
keine zeitliche Resolution
Zyklotron
Radioaktive Moleküle
indirekte Messung neuronaler Aktivität
Was passiert beim fMRT?
= funktionelle Magnetresonanztomographie
Messung der Durchblutung
Blut hat verschiedene magnetische Eigenschaften
Sauerstoffarmes Blut - Deoxyhämoglobin = paramagnetisch (stört Messung)
Sauerstoffreiches Blut - Oxyhämoglobin = diamagnetisch (stärkeres Signal)
Aktivierung eines Areals durch kognitive Aufgabe => Blutung dort stärker
Sauerstoffarmes Blut verzieht sich aus Areal => Veränderung des BOLD (Blood Oxygenation Dependent) Respond
Veränderung erst nach 5-6 Sekunden
Baseline nach 20-30 Sekunden
=> schlechte zeitliche Auflösung
große Maschine weil starkes Magnetfeld
Signal kann genau verortet werden
Wie funktioniert ein NIRS?
= Nahinfrarot Spektroskopie - misst Durchblutung
Infrarotsender und Infrarotempfänger an Kopfhaut platziert
Infrarotlicht dringt durch Kopfhaut und Gehirngewebe
Hämoglobin absorbiert das Infrarotlicht
Oxyhämoglobin und Desoxyhämoglobin absorbieren unterschiedlich
restliches Infrarotlicht wird reflektiert (ja nach dem wieviel aufgenommen wurde)
erfasste Daten zeigen, wieviel Sauerstoff Gehirn verbraucht
Bereiche mit höherer Aktivität braucht mehr Sauerstoff
Wie funktioniert ein EEG?
= Elektroenzephalographie
Kappe mit EEG Elektroden an Kopfhaut
Elektroden erfassen elektrische Signale der Nervenzellen
Potentialverschiebung
Elektroden leiten Informationen weiter
Sichtbarmachen vor 1980 mit mechanischem Schreiben
ab 1980 digitalisieren der Signale mittel Computer
Wie sieht die EEG Graphik aus?
EEG-Frequenz = Anzahl der Schwingungen im Signal
je mehr Schwingungen - desto höher Frequenz
Was sind Ereigniskorreltierte Potentiale = EKPs im EEG?
ab Digitalisierung der EEG-Signale = mehr Möglichkeiten der beurteilung der Signale
zB. messen von Ereigniskorrelierten Potentialen (EKPs) = Änderung der elektrischen Aktivität des Gehirns als Reaktion auf ein Ereignis
Proband wird Stimulus präsentiert
Reaktion auf Stimulus mittel Änderung der elektrischen Spannung
Mittels des EEG werden EKPs aufgezeichnet - die Potentiale sind aber sehr klein
Der Reiz wird immer wieder präsentiert
Rausschneiden des Gehirnsignals aus dem EEG und mitteln der Epochen um EKP übrig zu haben (?)
Darstellung
Potenzialveränderung in Mikrovolt
Achse verrät Konvention
Positivierung nach oben, Negativierung nach unten (alt umgekeht)
P = Positivierung, N = Negativierung, Zahl = Zeit in (100) ms
Spezielle Form = ERN (error related negativity) - wenn Fehler bei EKP => Negativierung 100 ms nach Fehler
Was sind Hirnstammpotentiale, wie können sie gemessen werden?
= spezifische erreigniskorrelierte Potentiale
meist auditiver Stimulus
reagiern schnell auf Stimulus
kommt daher wahrscheinlich aus ersten Schaltstellen im Hirnstamm
Welche sind die Vor- und Nachteile des EEGs?
gute zeitliche Resolution
non invasiv
gute “for state effects” (schlaf, konzentration etc)
billig, schnell und einfach aufzuzeichnen
grobe oder problematische räumliche Resolutionen
keine spezifische Lokalisation möglich
Wie funktioniert ein MEG?
= Magnetenzephalographie = Messung des Magnetfelds
Neuronen aktiv = elektrische Aktivität => kleine Magnetfelder
MEG Gerät (helmartig) hat empfindliche Sensoren (SQUIDs), die die Felder messen
müssen nahe dem Nullpunkt kalt gehalten werden
magnetische Signale werden dann von Computer verarbeitet um Karten herzustellen
Karten zeigen, welche Bereiche bei Aufgabe oder Stimuli aktiv sind
Vorteile
hohe zeitliche Auflösung
bessere Lokalisation als bei ERP und EEG
Nachteile
begrenzte räumliche Lokalisation
viel teurer als ERP/EEG
anfällig für einmischenden Lärm
Wie funktioniert ein TMS?
= Transkranielle Magnetstimulation - Stimulieren bestimmter Hirnbereiche mittels magnetischer Felder
Spule meist über Hirnregion platziert, die stimuliert werden soll
Spule erzeug kurze magnetische Pulse, die durch die Schädeldecke dringen (schmerzfrei) => elektrisches Feld im Gehirn
elektrisches Feld kann Neuronen beeinflussen
je nach Intensität und Frequenz
aktivieren oder hemmen der Aktivität von Neuronen
Kurzfristige Wirkung: Einzelpulse über Region während Proband Aufgabe löst
Langfrisitge Wirkung: mehrere Pulse (1proMin) mehrere Minuten => Wirkung mehrere Stunden erkennbar
Ziel = Feststellen, welche Zielregion für eine Aufgabe erforderlich ist
Welche sind die zwei Methoden, die bei TMS verwendet werden?
Reale TMS:
erzeugen starker magnetischer Felder
beeinflussen Neuronen
zB Einzelpuls TMS = Timing zwischen Puls und Stimulus kritisch
Sham TMS:
Placebo TMS
ahmt TMS nach
kein Wirksames magnetisches Feld wird erzeugt
Kontrollbedingung => tatsächliches TMS kann dadurch besser bewertet werden
Aussagen:
Zielregion ist notwendig für Aufgabe
Reaktionszeit der Real TMS ist länger als bei Sham TMS
Region wird spezifisch beeinträchtigt
TMS beeinflusst jedoch auf weitere Hinregionen
Welche sind die Vor und Nachteile eines TMS?
einzelne Aufnahme = gute zeitliche Resolution
Wirksam nur für oberflächliche Kortexe
manchmal unangenehm
nicht fokussiert
wiederholte TMS = Unsicher
Wie funktioniert TES?
= Transkranielle elektrische Stimulation - Elektrische Ströme, beeinflussen neuronale Aktivität
Elektroden auf Kopfhaut platziert
schwacher Strom beeinflusst dann Neuronen im Gehirn
depolarisation des Membranpotentials => Aktionspotential
Aktivität verringernd oder erhöhend
je nach Intensität, Dauer und Art der Stimulation
Arten
Gleichstromsimulation = tDCS (trancranial direct current stimulation)
erleichtert oder erschwert das Auslösen von Nervenimpulsen (Aktionspotentiale)
Wechselstromsimulation = tACS (transcranial alternating current stimulation)
kann Schwingungsmuster des EEGs
TES etwas schonender als TMS
Welche Strukturellen neurowissenschaftlichen Messmethoden gibt es?
Läsionmapping (Kartieren von Gehirnschäden)
VBM (Voxelbased morphometry - Messung der Dichte der grauen Materie)
DTI (Diffusion tensor imaging - folgen von Faserbahnen in grauer Substanz)
Wie funktioniert Läsionsmapping?
Ziel = Funktionen verschiedener Hirnregionen zu verstehen
Auswirkung von Hirnläsionen auf Verhalten oder kognitive Fähigkeiten wird untersucht
Lokalisisierung der Läsion durch Bildgebungsverfahren
Bewertung der kognitiven Fähigkeiten und Verhaltensweisen der Patienten - Identifizieren von spezifischen Defiziten, die mit Gehirnläsion in Verbindung stehen könnten
eventuelles Vergleichen mit Kontrollgruppe ohne Läsion
durch Analyse vieler Patienten mit vielen unterschiedlichen Läsionen entstehen Funktionskartn des Gehirnes
Überlappung farblich gekennzeichnet
Wie funktioniert VBM?
= Voxelbasierte Morphometrie - Untersuchen von Unterschieden der Gehirnstruktur verschiedener Personen
Aufnahme der Bilder mittels MRT
Bilder werden dann standardisiert - alle in gleiche Ausrichtung gebracht und skaliert
Segmentieren der Bilder - Identifizieren verschiedener Arten von Gewebe des Hirnes - graue und weiße Substanz
unterteilung in Voxel = würfelförmiger Pixel
Messung der Dichte der grauen oder weißen Substanz in jedem Voxel
Analyse und Vergleich der Voxeldaten
Klarmachen von Unterschieden der Gehirnstruktur verschiedener Gruppen oder Teilnehmer
Finden von Korrelationen mit kognitiven Leistungen, klinschen Symptomen oder anderen Variablen
Ergebnisse in Karten dargestellt
zeigen wo im Gehirn signifikante Unterschiede oder Korrelationen gefunden wurden
Wie funktioniert DTI?
= Diffusion tensor imaging - Messen der Diffusion von Wasser im Hirngewebe (v.A. entlang von Nervenfasern in weißer Substanz)
Wassermoleküle in weißer Substanz bewegen sich entlang Nervenfasern
DTI misst, wie sich die Wassermoleküle bewegen
Daten werden in in mathematischen Modell zusammengefasst = Diffusionstensor
Infos über Richtung und Stärke der Wassermolekülbewegung in jedem Punkt des Gehirns
Rekonstruieren der Nervenfasern durch die erfassten Daten
zeigt wie Teile des Hirns miteinander verbunden sind
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