Methoden

Verfahren basiert auf menschlichem Verhalten

• Reaktionszeitmessung

• Blickbewegungsmessung

• Fehlerratenmessung - Schwellenexperimente

• Probanden meist vor Computer

  • Lösen Aufgaben verschiedener Schwierigkeit und unter verschiedenen Bedingungen

• Messung von Reaktionszeit und Fehlern

• Interpretation der Unterschiede zwischen den Bedingungen

• Nitzung von Eye- Tracker (Infrarotkamera)

• Proband macht Aufgabe

• Moment zu Moment Analyse (ms/°) der Augenbewegung (Sakkaden)

= 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

• 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

= 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

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

• 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

• EEG (Elektroenzephalographie)

• MEG (Magnetoenzephalographie)

• fMRT (funktionelle Magnetresonanztomographie)

• NIRS (Nahinfrarotspektroskopie)

• PET (Positronen-Emissions-Tomographie)

• TMS (Transkranielle Magnetstimulation)

• TES (Transkranielle Elektrostimulation)

= 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

= 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

= 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

= 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

EEG-Frequenz = Anzahl der Schwingungen im Signal

• je mehr Schwingungen - desto höher Frequenz

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

= spezifische erreigniskorrelierte Potentiale

• meist auditiver Stimulus

• reagiern schnell auf Stimulus

  • kommt daher wahrscheinlich aus ersten Schaltstellen im Hirnstamm

Vorteile:

• gute zeitliche Resolution

• non invasiv

• gute “for state effects” (schlaf, konzentration etc)

• billig, schnell und einfach aufzuzeichnen

Nachteile:

• grobe oder problematische räumliche Resolutionen

• keine spezifische Lokalisation möglich

= 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

  • non invasiv

  • bessere Lokalisation als bei ERP und EEG

• Nachteile

  • begrenzte räumliche Lokalisation

  • viel teurer als ERP/EEG

  • anfällig für einmischenden Lärm

= 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

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

Vorteile:

• non invasiv

• einzelne Aufnahme = gute zeitliche Resolution

Nachteile:

• Wirksam nur für oberflächliche Kortexe

• manchmal unangenehm

• nicht fokussiert

• wiederholte TMS = Unsicher

= 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

• Läsionmapping (Kartieren von Gehirnschäden)

• VBM (Voxelbased morphometry - Messung der Dichte der grauen Materie)

• DTI (Diffusion tensor imaging - folgen von Faserbahnen in grauer Substanz)

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

= 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

= 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