Vorlesung 7 (ChatGPT): Neuromethoden der Biopsychologie: Grundlagen

Die Golgi-Methode färbt nur wenige Neurone vollständig ein.

• Dadurch werden komplette Zellkörper, Axone & Dendriten sichtbar

• Ermöglicht detaillierte Darstellung der Morphologie einzelner Nervenzellen

Mit Elektroden kann die Aktivierung einzelner Neurone gemessen werden.

• Tier passiv = ohne Aufgabe

• Tier aktiv = während Aufgabe

👉 erlaubt, die Aktivität spezifischer Neuronen in Echtzeit zu beobachten

Nur in medizinischen Ausnahmefällen, z.B. bei Operationen zur Entfernung epilepsieauslösender Areale.

• Elektrodenstimulation zeigt, welche Regionen mit Sprachverarbeitung oder anderen Funktionen verbunden sind

• Ziel: kritische Areale identifizieren, die nicht entfernt werden dürfen

Details merken:

Fokale Epilepsie kann temporale und ventromedial-frontale Areale betreffen.

Sie wollen klären: „Wie sieht das Gehirn im Schädel aus?“

• Proband*in ist passiv (in Ruhe)

• Es wird reine Anatomie erfasst, ohne Verhalten

• Röntgenröhre rotiert um den Kopf → viele Einzelaufnahmen

• Computer setzt sie zu einem Gesamtbild zusammen

• Möglich mit oder ohne Kontrastmittel

Vorteile:

• Sehr gute Knochendarstellung

• Schnell – sogar intraoperativ möglich

• Auch bei Metallimplantaten nutzbar

Nachteile:

• Belastung durch Röntgenstrahlen

• Große Auflösung → feine Strukturen nicht sichtbar

• Keine Kombination mit funktionellen Methoden

• Kein Röntgen → keine Strahlenbelastung

• Keine Kontrastmittel nötig

• Sehr gute Gewebekontraste (Fett, graue/weiße Substanz)

• Hohe räumliche Auflösung

• Kombinierbar mit fMRT

• Sehr teuer

• Unmöglich bei Metallprothesen im Körper

• Im Körper: Protonen (H-Atome) gebunden an Wasser, Fett, Makromoleküle

• Je nach Bindung: unterschiedliche magnetische Eigenschaften

• Starkes Magnetfeld → Unterschiede in Graustufen abgebildet

👉 So werden strukturelle Unterschiede im Gewebe sichtbar

• Misst die Bewegungsrichtung von Wassermolekülen in Axonen

• Darstellung der Nervenfaserbahnen (Faserverläufe)

• Bildkontrast über Magnetfeldgradienten, ohne Kontrastmittel

Sie wollen herausfinden: „Was passiert im Gehirn während einer Aufgabe?“

• Stimulus → Gehirnprozesse → Verhaltensantwort

• Ziel: Zusammenhang zwischen Kognition und Gehirnaktivität sichtbar machen

• MRT: misst Struktur des Gehirns (ohne Aufgabe)

• fMRT: misst Funktion – Aktivierung während einer Aufgabe (Sehen, Hören, Reaktion)

👉 Dasselbe Gerät, aber andere technische Einstellungen

• Neuronale Aktivität (Aktionspotentiale) → höherer Sauerstoffverbrauch

• Blutfluss ↑, um Zellen mit Oxyhämoglobin zu versorgen

👉 Grundlage für fMRT-Messungen

• Unterschiedliche Magneteigenschaften von oxy- vs. desoxygeniertem Blut

• fMRT-Magnetfeld macht diese Unterschiede sichtbar

👉 BOLD-Signal (Blood-Oxygenation-Level-Dependent) = Sauerstoffverbrauch aktiver Areale

• Peak nach 4–6 Sekunden (wegen Bluttransport)

• Pro Stimulus wird ein Mittelwert des BOLD-Signals gebildet

• Unterschiedliche Stimuli → unterschiedlicher Sauerstoffverbrauch

👉 z.B. Häuser vs. Gesichter zeigen verschiedene Aktivierungen

Man berechnet die Differenz der Mittelwerte:

• MW(Gesicht) – MW(Haus) = Gesichtsspezifische Aktivierung

👉 z.B. Fusiforme Face Area (FFA): aktiviert für Gesichter, aber nicht für Häuser

Aktive Nervenzellen verbrauchen nicht nur Sauerstoff, sondern auch Glucose.

• Injektion von radioaktiver Glucose in die Halsarterie

• Aufnahme in aktive Zellen

• PET-Scanner detektiert den Zerfall über Gammastrahlen

• Proband*in führt eine Aufgabe aus (z.B. Hören, Sprechen, Denken)

• Aktive Zellen verbrauchen mehr (radioaktive) Glucose

• PET-Bilder zeigen in Rot die stärkste Aktivierung

👉 Beispiele:

– Hören → auditorischer Kortex

– Wörterdenken → frontaler Kortex

Mit radioaktiv markierten Liganden können Neurotransmitter oder Rezeptoren sichtbar gemacht werden.

• Konzentration bestimmter Moleküle → Bezug zu Verhalten, Genetik, individuellen Unterschieden

• Beispiel: Nachweis von Neurotransmittern (z.B. Dopamin, Serotonin)

• Vergleich: Gesunde vs. unbehandelte depressive Patient*innen

• PET zeigt Unterschiede bei freien Serotonin-Rezeptoren

👉 ermöglicht Einsicht in neurochemische Grundlagen psychischer Störungen

• Aktionspotentiale (AP): sehr kurz (~1 ms), kaum messbar im EEG

• Postsynaptische Potentiale (EPSP): länger (15–200 ms), gut messbar

👉 EEG erfasst v.a. Summenpotenziale vieler Neurone

• Elektroden erfassen den Mittelwert der Aktivität vieler Neurone darunter

• Gemessen wird ein Mix aus:

– EPSPs

– IPSPs

– APs

• Elektrodenkappe + leitende Gelpaste

• Detektion der Spannungsänderungen an der Kopfhaut

• Aufzeichnung durch Computer als EEG-Kurve

1. Amplitude (Power): Höhe des Ausschlags

2. Frequenz: Anzahl der Wellen pro Sekunde

• Unterschiedliche Frequenzen & Amplituden bei:

– Aktiviert

– Entspannt

– Schlafend (leicht bis tief)

• Vergleich von gesunden vs. epileptischen EEGs

• Zeigt Störungen, auch wenn Verhalten noch unauffällig ist

👉 ermöglicht Vorhersage epileptischer Anfälle

• EEG-Signal wird anhand von Event-Codes (Stimulus/Response) segmentiert

• Ereignisabschnitte werden gemittelt → Ereigniskorreliertes Potential (EKP/ERP)

• Markieren den Start eines Stimulus (z.B. Gesicht)

• Oder die Reaktion (z.B. Tastendruck)

👉 ermöglichen Zuordnung von EEG-Signal zu konkretem Ereignis

• Liefert aufgabenbezogene Gehirnaktivität

• Sehr gute zeitliche Auflösung im Millisekunden-Bereich

• Blick von oben auf die Kopfelektroden

• Verteilung der EKP-Aktivierung zu einem bestimmten Zeitintervall

• Reaktionszeit (RKT): nur Endergebnis (wie „Leute nach Film fragen“)

• EKP: zeigt Prozesse im Gehirn während der Entscheidung (wie „Film direkt ansehen“)

• fMRT:

– Hohe räumliche Auflösung (mm)

– Niedrige zeitliche Auflösung (Sekunden)

• EKP:

– Hohe zeitliche Auflösung (ms)

– Niedrige räumliche Auflösung

• Läsion im Broca-Areal → reduzierte Sprachproduktion

👉 Schlussfolgerung: Broca-Areal ist nötig für Sprachproduktion

• Magnetspule stört elektrische Aktivierung darunterliegender Neurone

• Führt zu kurzzeitigem Funktionsausfall des betroffenen Areals

👉 künstliche Läsion = vergleichbar mit Schlaganfall, aber reversibel