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Modul 3 03411 Biologische Grundlagen Kapitel V Erfassungsmethoden der Biologischen Psychologie
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Frage Antwort Welche Fachbegriffe gibt es zum Thema Erfassungsmethoden der Biologischen Psychologie?
- Zusammenhänge - Ausgangslagenproblematik - Artefakte - Verfahren
o Verfahren zur Erfassung zentraler Aktivität Strukturabbildende Verfahren
Röntgenbild
CT Aktivitäts- und funktionsabbildende Verfahren
EEG
Brainmapping
MEG
PET
SPECT
MRT
fMRT
TMS o Verfahren zur Erfassung peripherer Aktivität
EKG Blutdruckmessung Photoplethysmographie Erfassung elektrodermaler Aktivität EMG EOG
o Erfassung hormoneller Aktivität
Welche Zusammenhänge werden untersucht?
- Erleben/Verhalten – biologische Prozesse - Spontane Veränderungen in den biologischen/physiologischen
Variablen: o (Tagesrhythmik) Munterkeit – elektrische Hirnaktivität, o (Menstruationszyklus): Hormone – psychisches Erleben
- Variation physiologische/biologische Parameter – Einfluss auf Erleben und Verhalten:
o Auswirkung psychotroper Substanzen auf Leistungsfähigkeit
o Kognitive/emotionale Bewertung von Schmerzreizen o Ethische Grenzen!
- In Folge von psychischen Änderungen – biologische Veränderungen:
o Hirnaktivität – Mathematikaufgabe o Herz-Kreislauf-Aktivität – heftige Emotionen
Was ist die Ausgangslagen-problematik?
- Bei verschiedenen Personen verschieden ausgeprägte Biosignale - Deshalb Bezug von Signalen auf individuellen Grundwert - Z. B. Puls von 85 bei emotional belastendem Reiz bei Ruhepuls
von 60 oder bei Ruhepuls von 80
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Was sind Artefakte? - Wichtig: Reaktivität der Messung und Artefakte beachten - Artefakt: scheinbar bedeutsames Messergebnis - Scheinbarer Kausalzusammenhang zwischen AV und UV - In Wirklichkeit aber: durch unbeabsichtigten dritten Einfluss
erzeugt - Diagnostische Fehlerquelle - Manchmal bekannt und berücksichtigt - Aber auch unbemerkt – fehlerhafte Datenerhebung/-auswertung - Tatsächliches Messergebnis verzerrt - Physiologische Messmethoden leiten physikalisch/chemisch
bestimmbare Größen ab - Dazu Apparate - Diese können Reaktion beeinflussen - Z. B: Blutdruckmessung lenkt bei Leistungsaufgabe ab - Dadurch Ergebnisse verfälscht - Signale müssen verstärkt/gemittelt werden - Dadurch Messartefakte/statistische Artefakte
Welche Verfahren gibt es in der Psychologie?
- Nicht-invasive - Invasive: Blutabnahme – ethische Gründe -> Arzt anwesend –
Zustimmung der Vp nach Information – Zustimmung Ethikkommission
Welche Verfahren gibt es?
- Verfahren zur Erfassung zentraler Aktivität o Strukturabbildende Verfahren
Röntgenbild CT
o Aktivitäts- und funktionsabbildende Verfahren EEG Brainmapping MEG PET SPECT fMRT MRT TMS
- Verfahren zur Erfassung peripherer Aktivität o EKG o Blutdruckmessung o Photoplethysmographie o Erfassung elektrodermaler Aktivität o EMG o EOG
- Erfassung hormoneller Aktivität
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Welche Verfahren untersuchen das Gehirn?
- V. a. funktionsabbildende Verfahren wichtig - Bildgebende - Nicht bildgebende - Z. B: ist Röntgen bildgebend für Knochenbrüche/Schädel, aber
nicht für Hirnstrukturen - Struktur des Hirns: strukturabbildende Verfahren - Stoffwechselaktivität an bestimmtem strukturellen Ort - Felder elektrischer Hirnaktivität: aktivitätsabbildende Verfahren - Kein Bild von der Struktur des Gehirns! - Abgebildende Aktivität gibt nur Rückschluss auf Entstehungsort - Bei Kombination von aktivitäts- und strukturabbildenden
Verfahren -> Verlauf + Lokalisation von Hirnaktivität
Was sind Verfahren zur Erfassung zentraler Aktivität?
- Strukturabbildende Verfahren o Röntgenbild o CT
- Aktivitäts- und funktionsabbildende Verfahren o EEG o Brainmapping o MEG o PET o SPECT o fMRT o MRT o TMS
Was sind strukturabbildende Verfahren?
- Röntgenbild - CT
Was ist das Röntgenbild? - Liefert erste Aufschlüsse über Form und Struktur des Hirns - Röntgenstrahlen durchdringen das Gehirn - Unterschiedliche Gewebsarten des Schädels/ flüssigkeitsgefüllte
Hohlräume absorbieren die Strahlungsenergie unterschiedlich stark
- Dadurch zweidimensionales Bild Abbild der durchleuchteten Struktur
- Verschiedene Aufnahmewinkel -> Rückschlüsse auf dreidimensionale Struktur
- Strahlenbelastung sehr hoch - Aufnahmen relativ kontrastarm - V. a. in Klinik: Verletzungen
Was ist das CT? - Computertomographie - Weiterentwicklung der Röntgentechnik - Röntgenröhre wird im 360°-Winkel um Kopf geführt - Schnittbilder im Abstand von 1-10mm - Kontrastreiches, räumliches Bild der Strukturen des Gehirns - Strahlenbelastung - V. a. in Klinik: degenerative Prozesse des Gehirns bei Demenz
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Was sind aktivitäts- und funktionsabbildende Verfahren?
- EEG - Brainmapping - MEG - PET - SPECT - fMRT - MRT - TMS
Was ist das EEG? - Zeichnet hirnelektrische Vorgänge auf - Dazu Elektroden auf Schädeloberfläche - Diese zeichnen Potential(=Spannungs)schwankungen auf - Schwankungen entstehen durch exzitatorische/inhibitorische
Prozesse an den Neuronen des Kortex - Diese laufen in relativ großen Neuronenpopulationen
synchron/gleichartig ab - Dadurch ändern sich aufgrund der Dipoleigenschaften der
Neuronen die um sie aufgebauten elektrischen Felder - Das wird durch Elektroden erfasst - Und auf Zeitstrahl abgebildet - Eine Elektrode erfasst Spannungsänderungen von 100.000-
1.000.000 Neuronen - Membranpotential ≠ durch EEG dargestelltes Potential - Daher Positivierung und Negativierung etwas anderes - Beim EEG: Summenpotentiale großer Neuronenverbände - Dipolmodell - Positive Potentialschwankungen (graphisch Ausschlag nach
unten): o in tieferen Schichten des Gehirns (v. a. Zustrom
thalamischer Afferenzen) durch erregende synaptische Potentiale verursacht
o In den oberen Schichten durch hemmende Potentiale/ Nachlassen der Erregung verursacht
- Negative (aufwärts gerichtete) Potentialschwankungen im EEG: o Durch Erregung der Dendriten in oberflächlichen
Schichten - Negatives/positives Potential im EEG:
o Ort der Ableitung - Erregende postsynaptische Potentiale werden aus
oberflächlichen Schichten abgeleitet - Dadurch negative Potentialveränderung im EEG - Auf Neuronenebene: exzitatorische postsynaptische Potentiale
führen in ihrer Summe zur Depolarisation nachgeschalteter Neuronenmembranen -> Verschiebung des Membranpotentials in positive Richtung -> Auslösung von Aktionspotentialen
- Standardableitungen: Festlegungen der Stellen auf dem Schädel, an denen die Elektroden platziert werden
- Spontan-EEG - EEGs mit Bezug zu Ereignissen - Brainmapping
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Was ist das Spontan-EEG?
- Ohne spezielle Reizung abgeleitet - Zeigt dauernd bestehende Grundaktivität des Gehirns - Zeigt rhythmische Potenzialänderungen mit Frequenzen zwischen
0,5-50Hz - Amplituden der Potentiale zwischen 1-200µV - Bestimmte Frequenzbänder (=Frequenzbereiche) treten häufiger
miteinander auf - Lassen sich verschiedenen Aktivierungzuständen zuordnen - Folgende Frequenzmuster typisch für gesunde Erwachsene:
o Alpha-Wellen: 8-13Hz, 5-100µV, synchronisiertes Wach-EEG, entspannter Wachzustand, Entstehung: Schrittmacherfunktion des Thalamus, der von Formatio reticularis beeinflusst wird
o Beta-Wellen: 14-30Hz, 2-20µV, mentale und körperliche Aktivität, Entstehung: intrakortikale Neuronennetzwerke
o Gamma-Wellen: 30-100Hz, 2-10µV, Repräsentation und Analyse von Wahrnehmungsobjekten, Entstehung: exzitatorische/inhibitorische Verschaltungen im Kortex
o Delta-Wellen: 0.5-4Hz, 20-200µV, Schlafstadien 3 und 4, Entstehung: maximale Synchronisation großer Neuronenpopulationen
o Theta-Wellen: 5-7Hz, 5-100µV, Entspannungsphase vor dem Einschlafen, Konzentration, Entstehung: Tätigkeit neuronaler Netzwerke mit Hippocampus-Anteilen
- Durch verschiedene Frequenzanalysen ausgewertet o Frequenzhistogramm: prozentuale Häufigkeit des
Auftretens der Frequenzbänder o Powerspektrum: Amplitude der EEG-Frequenzen,
Aussagen über Verteilung der Amplitudenhöhen pro Frequenz(band)
- Frequenzverteilung: intraindividuell stabile Größe - Frequenzanalysen: Aussagen über kortikale Aktiviertheit von Vps
o Desynchronisiertes EEG: höhere Aktiviertheit - Schlafforschung: Aussagen über Schlaftiefe/-phasen - Null-Linien-EEG: Hirntod
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Was sind EEGs mit Bezug zu Ereignissen?
- Bei verschiedenen Ereignissen/ in Vorbeitung von Bewegung - Veränderungen in den Potentialverläufen des Kortex - Bereitschaftspotential:
o Verschiebung zu negativen Werten, o Entstehung: 1 sek vor motorischer Aktivität, o über motorische Kortexareale, o zeigt Bewegungsplanung
- CNV = o contingent negative variation = o kontingente negative Variation, o langsame Potentialverschiebung zu negativen Werten o wenn 1. Reiz einen 2. Angekündigt hat o auf den eine Reaktion (nicht unbedingt motorisch)
erfolgen soll -> rot-gelb heißt gleich grün o Vorbereitung o Durch Depolarisation: Auslösung von Aktionspotentialen
- Ereigniskorrelierte/evozierte Potentiale: o Typische Potentialverläufe o In Folge von Ereignissen/Reizen o 100ms nach Reizapplikation P1 = 1. Positivierung o 1. Negativierung = N1 o P2 = 2. Positivierung o N2 = 2. Negativierung o P3 = P300 = 3. Positivierung = größte Positivierung,
300ms nach Reiz o Amplituden im Vergleich zu Spontan-EEG gering o Daher Mittelungsverfahren: Reiz mehrfach appliziert,
Potenzialverläufe rechnerisch übereinander o Prüfung der Funktionsfähigkeit von sensorischen
Systemen o Bedeutung von Reizen in Verlauf/Amplitude der
ereigniskorrelierten Potentiale wiedergespiegelt Ersten Komponenten – v. a. P300 – reflektieren
emotionale Bedeutung/ zugeschriebene Bedeutung
Was ist das Brainmapping?
- Darstellungsmethode - Aktivität des Gehirns wird in Bilder übersetzt - Erfassung der Amplituden abgeleiteter Potentiale von allen
Elektroden zu einem bestimmten Zeitpunkt - Auf Schema-Zeichnung des Gehirns übertragen - Verbindung von Werten gleicher Höhe - Einfärbung ähnlich aktivierter Bereiche - So entsteht Bild der Aktivierungsstufen des Kortex - Z. B. Denkaufgabe
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Was ist das MEG? - Magnetenzephalographie - Erfasst neuronale Aktivitäten des Gehirns - Durch Erfassung elektromagnetischer Feldlinien - Die durch die Aktivität kortikaler Neuronen entstehen - Erfassung kann präziser als im EEG erfolgen - Da die Ausbreitung von Magnetfeldern nicht durch die
unterschiedlichen Gewebsarten des Gehirns beeinträchtigt wird - Und die Sensoren nicht auf die Kopfhaut aufgesetzt werden - Sondern sich in einem geringen Abstand von 10-15mm davon
befinden - So wird durch die MEG eine räumliche Lokalisation aktiver
Neuronengruppen mit einer Genauigkeit von 1-2mm möglich - Die zeitliche Auflösung entspricht derjenigen des EEGs - Allerdings ist das elektromagnetische Signal sehr schwach - Es muss zur Erfassung hoch verstärkt werden - Und die Umgebung optimal gegenüber magnetischen Einflüssen
abgeschirmt werden - Neben klinischen Einsatzbereichen - Verarbeitung somatosensorischer Reize - Aktivität des Gehirns bei kognitiven Prozessen - Erfassung der Plastizität des Gehirns
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Was ist die PET? - Positronenemissionstomographie - Erstes bildgebendes Verfahren - Mit dem sich die Stoffwechselaktivität des Gehirns darstellen ließ - Bildgebend: ähnlich wie Brainmappin - Gehirnaktivitätsunterschiede werden in Hirndarstellung mit
unterschiedlichen Farben eingetragen - Nicht: fotographische Abbildung - Färbungsprinzip wie bei Landkarte - Räumliche Darstellung der Hirnaktivität hinsichtlich Durchblutung
und neurochemischer Prozesse - Also der Aktivität der beteiligten Neurotransmitter und
Rezeptoren - Beruht auf Erfassung der Energieemissionen beim Zerfall von
Positronen: Betaplusteilchen - Dazu zu Positronen zerfallende radioaktive Substanzen in Körper
gebracht - Ausgestrahltes Positron verbindet sich im Körper sofort mit den
vorhandenen Elektronen - Zerstrahlt in Form von zwei Gammaquanten - Die in genau entgegengesetzte Richtungen emittiert werden - Diese als Vernichtungsstrahlen bezeichnete Gammastrahlung - Wird von ringförmig um den Kopf angebrachten Detektoren
registriert - Wenn zwei sich direkt gegenüberliegende Detektoren zur
gleichen Zeit von Gammastrahlen getroffen werden - Hochleistungsprogramm: Berechnung des Zerfallsorts - Berechnung eines Querschnittsbilds - PET-Studien mit Strahlenbelastung für Vp verbunden - Nach Gabe von radioaktiv markierten Transmitteragonisten kann
Dichte bestimmter Rezeptorentypen in verschiedenen Hirnarealen bestimmt werden
- Und Folgen von Erkrankungen (Demenz, Epilepsie) auf Gehirnfunktionen abgebildet werden
- Veränderung der Durchblutung von Hirnarealen bei Sprechen, Gedächtnisleistungen, Wahrnehmung, Aufmerksamkeit können erfasst werden
- Ähnlich: SPECT
Was ist die SPECT? - Single-Photon-Emissions-Computer-Tomographie - Handelsübliche (günstigere) Markierungssubstanzen - Auch regionale Hirndurchblutung können bei
kognitiven/psychischen Prozessen abgebildet werden
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Was ist die MRT? - Magnetresonanztomographie - Kernspintomographie - Verfahren ohne Strahlenbelastung - In frei wählbaren Schnittebenen - In hoher Auflösung - Abbildung von Hirnstrukturen - Starke Geräusche - Enge Röhre - Erscheinung der kernmagnetischen Resonanz - Nuclear magnetic resonance = NMR - Erfassung von:
o Dichte magnetisch aktivierter Wasserstoffkerne o Relaxationszeiten magnetisch aktivierter
Wasserstoffkerne (Protonen) - Beide Parameter: Darstellung als Funktion des Ortes - Grundlage: magnetische Momente bestimmter Atomkerne
(Kernspin, Drehimpuls, Wasserstoffkern H+) - Anlegen eines starken elektromagnetischen Feldes - Ausrichtung der Felder von H+ ändert sich - Abweichung von der Feldachse (wie bei Kreisel) = Präzession - Ausrichtung der Protonen durch Hochfrequenzimpulse gestört =
gepulste Kernresonanz - Bei Abklingen der angeregten Auslenkung: - Protonen kippen in ihre Feldachse zurück = Relaxation - Strahlen dabei Hochfrequenzimpulse zurück - Die mit einem Kernresonanzmesser erfasst werden - Relaxationszeiten abhängig von Moleküldichte - In bestimmten Messvolumen erzeugt man einzelne Punkte mit
hoher Präzessionsfrequenz (Häufigkeit des Hin- und Herschwingens um die Feldachse)
- Aus tausenden solcher Punkte in definiertem Volumen (Voxel = volumetric picture element
- Dann mit Hilfe von Algorithmen Bilder zusammengesetzt - Daher Ausdruck: bildgebendes Verfahren - Statisch - Keine Abbildung funktioneller Hirnveränderungen (die mit Reizen
kovariieren)
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Was ist die fMRT? - Nicht statisch - Abbildung funktioneller Hirnveränderungen (die mit Reizen
kovariieren) - Dazu muss Änderung der Hirndurchblutung erfasst werden
(hämodynamische Antwort) - Höhere Nervenaktivität = höhere Stoffwechselrate - Ziel funktioneller Verfahren: Gehirnaktivität bei der Arbeit
erfassen - D. h. synchron zu Arten psychischer Aktivität - Darstellung momentan aktiver Hirnareale - Sauerstoff- und Glukosebedarf in aktivierten Hirnregionen steigt - Sauerstoff über Blut transportiert - Sobald Neurone aktiver werden: brauchen mehr Sauerstoff - Sind auf höhere Blutzufuhr angewiesen - Keine Nervenzelle ist weiter als ein tausendstel Millimeter von
einem Blutgefäß entfernt - Gemessen wird: Veränderung der Durchblutung (Hämodynamik) - In lokal begrenzten Bereichen des Gehirns - Grundlage: Chemie des Hämoglobins (Sauerstofftransport) - In zwei Formen:
o Mit Sauerstoff = Oxyhämoglobin o Nach Abgabe des Sauerstoffs = Desoxyhämoglobin
- Beide unterschiedliche magnetische Eigenschaften - Nach Menge und Ort voneinander unterscheidbar - Bei zunehmender Hirnaktivität: Konzentration Desoxyhämoglobin
geht zurück - Konzentrationsabfall des Dexoxyhämoglobins wird gemessen - Dadurch Erhöhung MR-Signal - Signal abhängig vom Niveau der Blutsauerstoffkonzentration
Was ist das BOLD-Signal? - BOLD-Signal = Blood-Oxygene-Level-Dependent-Signal - Gute räumliche und zeitliche Auflösungen - Räumlich: wenige Millimeter - Zeitlich: abhängig von Durchblutungsänderung, 2-5 sek - Zeitliche Auflösung erhöhbar
Was ist die event-related fMRT-Messung?
- Event-related fMRT-Messung: - Latenz zweier Aktivierungen im Bereich 100-200ms differenzieren - Dazu nach Trigger (z. B. akustischer Reiz) durch wiederholte
Messungen genauer Anstieg des Signals bestimmt - Durch abwechselnde BOLD-Messungen der interessierenden
Hirnregion während EG/KG-Bedingung (z. B. Stimulation/ Ruhe) -> Effekt der EG durch Subtraktion der Aktivierungsmuster der KG von der EG
- Signifikante Differenzaktivierungen: in Standardgehirn farbkodiert eingezeichnet
- Signalerhöhungen sehr schwach - Mit Filterungsverfahren aus Hintergrundrauschen
herausgerechnet
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Was sind Probleme der Auswertung des fMRT?
- Statistisches Problem: aus Aktivitätsverteilung des Blutsauerstoffs signifikante Teil-Verteilungen identifizieren
- Problem: wie man Hämodynamik im Gehirn statistisch modellieren soll
- Standardmäßig: multivariate statistische Verfahren - Theoretische Annahmen werden selten klar expliziert - Problematik der BOLD-Signal-Analyse: Schwierigkeit der
Festlegung einer Baseline - Bei Messung erhöhten Verbrauchs von Sauerstoff im Gehirn und
Schluss auf erhöhte Gehirnaktivität benötigt man eine Baseline zum Vergleich
Wie misst man die Baseline/ Was sind Resting-State-Fluktuationen?
- Dazu wird Ruhezustand herangezogen (wenn Vp keine Aufgabe bearbeitet)
- Manchmal in entspanntem Zustand in bestimmten Hirnarealen mehr Aktivität als beim Lösen der Aufgabe
- In diesen Fällen: Aktivität bestimmter Hirnareale gehemmt, BOLD-Signal wird kleiner
- Wird dies nicht berücksichtigt, kann Aktivierungsmuster durch Aufgabe unterschätzt/ unvollständig erkannt werden
- Im Ruhezustand: zeigt BOLD-Signal niedrig-frequente Fluktuationen
- Dann starke Korrelationen zwischen weit auseinander liegenden Hirnarealen
- Diese werden Resting-State-Fluktuationen genannt - Sind über verschiedene Ruhe-Zustände (Augen auf/zu) stabil - Stimmen teilweise mit anatomischen Verbindungen überein - Resting-State fMRT hilfreich um Interaktionen zwischen
verschiedenen Hirnarealen im Ruhezustand zu beschreiben - Z. B. veränderte Konnektivitäten bei psychiatrischen
Erkrankungen wie Schizophrenie
Was sind Vor- und Nachteile der fMRT gegenüber der PET
- Vorteile: o Komplexe mentale Prozesse können neuronalen
Aktivierungen zugeordnet werden (Gedächtnis, Sprache) o Durch Magnetfelder keine schädliche Wirkung o Messung kann oft wiederholt werden, z. B. bei Reha o Lokalisation 1-3mm höher (PET 4-6mm) o Zeitliche Auflösung (einige Sek.) höher (PET 60-90sek)
- Nachteile: o Keine Untersuchung von Vps mit
Metallimplantaten/Herzschrittmachern o Klaustrophobische Empfindungen o Keine komplexeren Bewegungen (Platzmangel)
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Was sind Auswertung und Studiendesigns?
- Ergebnis einer fMRT-Messung: pro Bildpunkt (Voxel) eine Zeitreihe
- Korrelation dieser Zeitreihe mit aus dem Design abgeleiteten Zeitreihe -> statistisch untersucht
- Voxel, die signifikante Aktivierung anzeigen, werden farbkodiert auf Hirnbild gelegt -> Lokalisation
- Untersuchung von Individuen und Gruppen - Gruppenstudie: Gehirnbilder der Vpn in Standardraum
transformieren -> Vergleich - Messung untersuchen: - Vorher KG festlegen - Überprüfung der Signifikanz einer Differenz zwischen
Blutsauerstoffgehalt in EG und KG - Vor Messung: Hypothese zur Funktionalität von Hirnarealen - Hypothese wird überprüft - Typische Versucchspläne:
o Kategorisch o Faktoriell o parametrisch
Was ist das kategorische Untersuchungsdesign?
- Vergleich Aktivierung – Ruhebedingung: o Hirnareal durch Fingerbewegungen aktiviert? o Vergleich Aktivierung Bewegung – Ruhebedingung o Signifikante Differenz (BOLD-Effekt) = Beteiligung des
Hirnareals - Vergleich Aktivierung – andere Aktivierung:
o Hirnareal Rolle für Verarbeitung von Wortbedeutungen? o Vergleich Aktivierung beim Lesen mit Wortbedeutung
gegen Lesen ohne Wortbedeutung
Was ist das faktorielle Untersuchungsdesign?
- Interaktion: o Seheindruck – Aktivierung beim Lesen? o AV: Aktivierung o UV1: Hirnareal A1 vs. A2 o UV2: Modalität der Worterfassung (Lesen/Ertasten) o Interaktion, wenn Aktivierung beim Lesen signifikant
stärker als beim Ertasten - Vergleich Aktivierungen bei Gruppen:
o AV: Aktivierung prämotorisches Areal o UV1: Gruppenzugehörigkeit (gelähmt vs. Gesund) o UV2: Aufgabe (Imagination Bewegung rechts vs. Links) o Gruppe x Aufgabe – Interaktion, wenn Areal bei
imaginierten rechten Bewegungen für Gruppe stärker aktiviert als für linke
- Haupteffekt: o Bezogen auf vorheriges Experiment: o Haupteffekt für Faktor Gruppe, wenn prämotorisches
Areal bei Gesunden stärker aktiviert als bei gelähmten - Konjunktionsanalyse:
o Welche Areale bei Finger- und Fußbewegungen signifikant aktiviert?
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Was ist das parametrische Untersuchungsdesign?
- Korrelation: o Wie korreliert Aktivierung mit zunehmender
Geschwindigkeit der Wortpräsentation? o Konstante Veränderung einer UV o Getestet, ob AV sich systematisch mit verändert
Was sind Ziele von fMRT-Studien? Wie werden diese interpretiert? Was sind deren Grenzen?
- Ziel: o Komplex verteilte neuronale Netzwerke kartieren o Bei gesundem Gehirn o Bei mentalen Aktivitäten
- Interpretation: o Signifikante BOLD-Signale heißen nicht, dass dort
psychische Aktivität verortet werden kann o BOLD-Signale sind Differenzmaße o Signifikanter Teil der Differenz von
Aktivierungsverteilungen o Subtrahierte Teile sind aber nicht bedeutungslos für die
psychische Funktion o Daher psychische Aktivitäten unter verschiedenen
Bedingungen untersuchen o Dadurch reliable/valide Funktionszuordnung
- Grenzen: o Problem der Zuordnung eines psychischen Prozesses zu
neuronalen Prozessen/ zu Aktivitätsänderungen o Aus BOLD-Signalen nicht ablesbar, welche psychische
Prozesse ablaufen o Und nicht, welchen semantischen Gehalt sie haben
(Lügendetektoren) o Ohne Kenntnis mentaler Aufgaben/ Art + Weise der
Bearbeitung, ob intra-/interindividuell gleich vorgenommen keine Zuordnung von Prozessen zu Aktivitätsmustern
o Messung Blutsauerstoffkonzentration in Muskel: Teile des Muskels aktiv (man weiß aber nicht warum, außer man beachtet die Aktivität des gesamten Organismus)
o Muster der Blutsauerstoffverteilung muss Bewegungsmuster zugeordnet werden können -> dann Relevanz der Aktivitätsänderung
o Also vorher klar, welche psychische Funktion mit dem BOLD-Signal korreliert ist
o Dann Korrelation, nicht Kausaliät o Keine Punkt-zu-Punkt-Zuordnung
- Korrelation: o Nomisch o Psychoneuronale Paare
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Was ist nomische Korrelation?
- Zusammenarbeit Wahrnehmungs-/Handlungspsychologie – Neuropsychologie/Neurologie
- Nomische Korrelation zwischen neuronalen und psychischen Zuständen
- Zustände: Vorkommnisse in Zeit und Raum - Psychische Zustände nur als raum-zeitliches Vorkommnis? - Nomische Korrelation = kein psychisches Vorkommnis ohne
neuronales Vorkommnis - Keine Annahme über Kausalverhältnis neuronale-psychische
Vorkommnisse - Beide kommen gleichzeitig vor - Daher psycho-neurale Paare
Was sind psycho-neurale Paare?
- Ein neuronaler und ein psychischer Prozess, die überzufällig häufig gleichzeitig auftreten
- Dadurch aber kein kausaler Zusammenhang - Für Handeln/Verhalten relevant - Methodologisch: neuronaler Paarling lässt sich nur mit Hilfe des
psychischen Paarlings identifizieren - Ausschließlich neuronale Vorkommnisse lassen nicht auf
psychische schließen - Probleme:
o Ist eine Überzeugung von P1 nicht nur zum Zeitpunkt t, sondern auch zu t1/t2 etc. zu finden?
o Ist die Paarung auch bei P2/P3 usw. zu finden? o Überzeugungen stets auch mit anderen Überzeugungen
und mit Weltwissen gepaart o Nomische Korrelation daher zwischen semantischem und
neuronalem Netz o Durch Beobachtungsdaten nicht lösbar o Mentales kann also nicht durch die Neurowissenschaften
erklärt werden
Was ist die TMS? - Transkranielle Magnetstimulation - Kortikale Funktion wird durch ein von außen angelegtes
Magnetfeld beeinflusst - 1ms dauernde, erregende/hemmende Stimulation - Zugeordnete Funktionen können hervorgerufen/verhindert
werden - Lokalisation/ Funktion kleinster Hirnareale kann beschrieben
werden - Bewegung kleiner Finger (Stimulation des motorischen
Kortexareals) - Bewegungserkennung - Sprachproduktion
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Was sind Verfahren zur Erfassung peripherer Aktivität?
- EKG - Blutdruckmessung - Photoplethysmographie - Erfassung elektrodermaler Aktivität - EMG - EOG - Biosignale werden erfasst, die indikativ für psychische Funktionen
und Reaktionen sind - Durchblutung des Körpers wird gemessen - Transport im Blut: Sauerstoff, Energie, Hormone - Abbildung der Leistungen des Körpers - Oder Hinweis auf motorische Aktivität/ Erregung des VNS
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Was ist das EKG? - Elektrokardiogramm - Spannungsveränderungen werden aufgezeichnet - Durch Aktivität der Herzkammern - Durch Elektroden erfasst - Elektroden auf Haut aufgesetzt - Standardisierte Ableitungen - Typischer Verlauf der Spannungsänderungen - Berge, Spitzen, Täler -> P bis U - R-Zacke: Bestimmung der Herzfrequenz - Dauer RR-Intervall -> Schläge pro Minute - Weniger genau: Pulsfühlen, Erfassung der rhythmischen
Änderungen des Blutvolumens am Finger - Herzfrequenz variabel - Stabilisiert sich bei aktivierenden Bedingungen - Herzfrequenzvariabilität = Maß für länger dauernde tonische
Aktivierungen - Phasische Herzfrequenzänderungen:
o treten in Folge eines Reizes auf, o Differenz der Herzfrequenz nach Reiz zu Basisfrequenz, o Änderung bei Anforderungen:
Steigt bei Schmerz/ Angst Sinkt bei Entspannung/ Orientierung auf nicht-
aversive Reize/ Aufmerksamkeit - RSA = respiratorische Sinusarrhythmie:
o Systematische Veränderung der Herzfrequenz o Beim Einatmen schneller o Beim Ausatmen langsamer o Parallel zum EKG auch Atemfrequenz o Durch Nervus vagus verursacht o Je stärker dieser aktiv, desto höher Amplitude dieser
Veränderung o Im Schlaf/ bei Entspannung stark ausgeprägt o Bei hoher Anspannung wenig
- TWA = T-Wellen-Amplitude: o Amplitude der T-Welle o Verändert sich mit Sympathikus-Aktivität o Nimmt bei Erhöhrung der Sympathikus-Aktivität ab o Nimmt zu, wenn dessen Aktivität reduziert o Indikator für mentale/ emotionale Belastungen o Bei kognitiven Anforderungen sensibler als Herzfrequenz
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Was ist die Blutdruckmessung?
- Manschettendruck-Verfahren nach Riva-Rocci - Aufblasbare Manschette - Druck auf die Arterie - Dieser unterdrückt Blutfluss - Druck kontinuierlich reduziert - Bis zunächst stoßweise (Systole) - Dann kontinuierlich (Diastole) wieder Blut fließt - Druckwerte in mmHg bilden Blutdruck ab - Diastolisch: 80, systolisch 130 = Normblutdruck - Nur diskrete Blutdruckmessung in gewissen Abständen möglich - Alternativ: Erfassung des Blutdrucks in einem Blutgefäß (z. B.
Finger) - Blutdruck reagiert schnell auf psychische Belastungen - Veränderungen können stark ausfallen
Was ist die Photoplethysmographie?
- Periphere Durchblutung wird erfasst - Lichtquelle und Photosensor werden auf die Haut aufgebracht - In Abhängigkeit von Durchblutung - Mehr oder weniger des Lichts aus Lichtquelle reflektiert - Und mit Photosensor aufgenommen - Bezogen auf individuellen Basiswert - Aussagen über periphere Durchblutung - Diese ist durch die Vasomotorik bestimmt - Daher guter Indikator für Sympathikusaktivierung - Weil diese die periphere Durchblutung reduziert - Gefäße können sich auch stark erweitern - Daher periphere Durchblutung = guter Entspannungsindikator - Auch Aussagen über sexuelle Erregung (Durchblutung der
Genitalien)
Was ist die Erfassung elektrodermaler Aktivität?
- Anlegen einer kleinen Spannung - Erfassung des Stromflusses auf der Haut - Hautleitfähigkeit als Indikator der elektrodermalen Aktivität =
EDA - Beruht auf Aktivität der Schweißdrüsen der Haut - Diese werden nur durch Sympathikus erregt - Meist EDA von Handinnenfläche abgeleitet (viele Schweißdrüsen) - Verschiedene Maße:
o Grundniveau: immer wieder kurzzeitige Erhöhungen der Leitfähigkeit = Spontanfluktuationen -> Zahl wird erfasst
o Externe Reize: mit gewisser Latenz kurzfristige Erhöhungen = elektrodermale Reaktionen -> Latenzzeit + Amplitude werden erfasst
- Bei Aktivierung nehmen Leitfähigkeit und Spontanfluktuationen zu, z. B. bei Angst/Anspannung -> feuchte Hände
Was ist die EMG? - Elektromyogramm - Spannungszustand von Muskeln bestimmt - Elektroden auf Hautoberfläche -> leiten Muskelaktionspotentiale
ab - V. a. Unterarm und Stirn - Abbildung dauerhafter Spannungszustände (Stress) - Biofeedback: Bewusstmachen des Spannungszustands, z. B. über
Töne -> Unterstützung der Entspannung
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Was ist das EOG? - Elektrookulogramm - Augenbewegungen werden aufgezeichnet - Zwischen Netzhaut und Hornhaut besteht Polaritätsunterschied - Damit Auge = Dipol - Bei Augenbewegung durch Elektroden in der Nähe der Augen
Erfassung von Spannungsverschiebungen - Dadurch Erfassung der Augenbewegungen - Z. B. Blickverhalten beim Lesen
Was sind Verfahren zur Erfassung hormoneller Aktivität?
- Hormone über Blutkreislauf im Körper verteilt - Damit zu Effektororganen gebracht - Daher Konzentration des Hormons im Blut bestimmt - Invasives Vorgehen - Einflüsse:
o Hormonkonzentration sehr gering o Bestimmung daher fehleranfällig o Schwankungen der Hormonsekretion o Z. B. während Tagesrhythmus/ Menstruationszyklus
- Alternative: Erfassung der Hormonkonzentration z. B. bei Kortisol durch Speichelproben
- Oder: Radioimmunoessay: o Antikörper gegen Hormone -> o Verwendung von radioaktiv markierten Hormonen =
Tracer -> o mit gleichartigem unmarkiertem Hormon einem Assay
mit Antikörpern zugesetzt -> o konkurrieren um Bindungsstellen an den Antikörpern -> o nach Erreichen eines Reaktionsgleichgewichts -> o radioaktive Hormon-Antikörper-Komplexe gemessen -> o daraus auf Hormonkonzentration zurückrechnen