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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

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