Kapitel 5 Die Forschungsmethoden der Biopsychologie

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Kapitel 5 Die Forschungsmethoden der Biopsychologie Biologische Psychologie I Peter Walla

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Peter Walla. Biologische Psychologie I. Kapitel 5 Die Forschungsmethoden der Biopsychologie. Peter Walla. Methoden zur Untersuchung des NS. 1) Röntgenkontrastuntersuchung: - PowerPoint PPT Presentation

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Kapitel 5

Die Forschungsmethoden der Biopsychologie

Biologische Psychologie IBiologische Psychologie IPeter Walla

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Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NS

1) Röntgenkontrastuntersuchung:

Eine herkömmliche Röntgenaufnahme eines Gehirns liefert keine gehaltvollen Bilder, da die verschiedenen neuronalen Strukturen nur gering unterschiedlich Röntgenstrahlen absorbieren!

eine gewinnbringendeMöglichkeit ist, ein Kontrastmittelin eine gehirnversorgende Arteriezu injizieren und dann eineRöntgenaufnahme zu machen!

Mit dieser Methode werden so genanntecerebrale Angiogramme erstellt!Damit können vaskuläre Schäden imGehirn entdeckt und lokalisiert werden.Bei sichtbaren Verschiebungen vonBlutgefäßen kann auch die Lage eineseventuellen Tumors angezeigt werden!

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2) Computertomographie (CT):

Die CT ist ein computergestütztes Röntgenverfahren zurVisualisierung innerer Strukturen!

In einem Zylinder befinden sich eineRöntgenröhre und ein gegenüberliegenderRöntgenstrahldetektor. Dazwischen liegtder Kopf einer Testperson!

Die Röntgenröhre und der Detektor rotierenauf jeweils einer bestimmten Ebene um denKopf und erstellen so mehrere Aufnahmenaus verschiedenen Richtungen!Dieser Vorgang wird für mehrere Ebenendurchgeführt!

mit Hilfe bestimmter Software kanndann ein dreidimensionales Bild einesGehirns dargestellt werden!

Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NS

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Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NS

:: Beispiel eines CT-scans ::

keine sehr gute Auflösung!

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Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NS

3) Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT):

..in der Literatur oft auch als MRI bezeichnet (engl: Magnet Resonance Imaging)

Wasserstoffatome, die sich in verschiedener Zahl in verschiedenen Geweben befinden, werden über Radiowellen in einem starken Magnetfeld erregt.Durch das starke Magnetfeld werden die Atome von ihrer jeweiligen Position weg verschieden ausgelenkt und geben während der Rückkehr in ihre Ausgangsposition spezifisch Radiowellen ab.Diese Signale werden gemessen und letztlich in ein Bildformat umgerechnet!

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Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NS

Weitere Beispiele von strukturellen MRT-Resultaten zeigen, dass eine relativ hohe räumliche Auflösung möglich ist!

sagittal (axial) horizontal frontal (coronal)

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Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NS

Selbst dreidimensionale Rekronstruktionen sind möglich!

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Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NS

4) Positronen-Emissions-Tomographie (PET):

Bei der PET wird eine radioaktiv markierte Substanz in die Halsarterie injiziert, sodass diese dann im Gehirn verteilt wird und deren Lokalisation in weiterer Folge mit Hilfe bestimmter Detektoren festgestellt werden kann!

Entscheidenderweise bindet die Substanzan bestimmte Rezeptoren, die so sichtbargemacht werden können, oder es wird alsSubstanz 2-Desoxyglukose injiziert, welchevon aktiven Neuronen aufgenommen wird!

So können aktive Bereiche im Gehirn imZusammenhang mit gestellten Aufgaben,die kurz nach Injektion gestellt werden,sichtbar gemacht werden!

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Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NS5) Funktionelle Magnet-Resonanz-Tomographie (fMRT; oder fMRI):

Dieses Verfahren stellt eine Erweiterung der MRT dar.Es wurde erst Anfang der 90er Jahre entwickelt und wird seither intensiv im Rahmen der Kognitiven Neurowissenschaften eingesetzt!

Bei der fMRT werden Veränderungen in der Sauerstoffsättigung des Blutes gemessen (BOLD-Effekt; Blood Oxygen Level Dependency-Effekt!)!

Aktive Areale verbrauchen mehr Sauerstoff als inaktive Areale!

Beispiele

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Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NS6) Elektroenzephalographie (EEG)

Die EEG zeichnet elektrische Spannungsschwankungen (mV) auf, die im Zuge neuronaler Aktivität entstehen.

Die Spannungsschwankungen beruhen auf APen und PSPen (apikale Dendriten)!

Die so genannte „Spontan-EEG“ befasst sichhauptsächlich mit rhythmischen Hirnaktivitäten!

So genannte „Ereigniskorrelierte Potentiale“(EKPe) erlauben eine Untersuchung kurzerabgrenzbarer Funktionen, wie etwaGedächtnisprozesse im Zusammenhangmit bestimmten „Reizpräsentationen“!

(z.B. visuelle Wortpräsentationen!)

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Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NSEin EEG eines sensorischen Reizes beinhaltet sowohl Hintergrundaktivität (Rauschen) als auch die physiologische Antwort auf den Reiz selbst (Signal)!

Wie kann das Signal, welches im Rauschen verborgen ist, sichtbar und analysierbar gemacht werden?

durch Signalmittelung!

Das bedeutet, es werden viele gleicheReize präsentiert während simultanEEG aufgezeichnet wird.Bezugnehmend auf den Reizbeginnwerden dann alle Messungengemittelt, sodass sich dasSignal, welches an den Reizbeginngekoppelt ist, deutlich aus demRauschen hervorhebt.Die Rauschaktivität(Hintergrundaktivität) ist ja zeitlich nichtan den Reizbeginn gekoppelt und mittelt sich deshalb statistisch weg!

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Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NS

Ein EKP (in diesem Fall akustisch evoziert!)

Exogene und endogene Komponenten!

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Die EEG-Daten wurden ursprünglich gesammelt, um neurophysiologische Unterschiede zwischen explizitem und implizitem Gedächtnis zu erforschen.

Definitionen:

„Implizites Gedächtnis“ steht hier für Information, die nach ihrem Abruf nicht bewusst wird (und dennoch Verhalten beeinflussen kann)!

„Explizites Gedächtnis“ steht hier für Information, die nach ihrem Abruf bewusst wird!

(siehe z.B. Graf, 1994; Badgaiyan und Posner, 1997; Markowitsch, 1999)

„Intentionales Lernen“ steht hier für den beabsichtigten Versuch, sich Information anzueignen!

„Inzidentelles Lernen“ steht hier für beiläufiges Lernen (ohne bewusste Absicht)!

Lernen

Abrufen

Implizit

Explizit

Intentional

Inzidentell

Beispiel einer eigenen EKP-StudieBeispiel einer eigenen EKP-Studie

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EKP-StudieUntersuchungsdesign:

Studierphase:

Inzidentelles Lernen von Wörtern während einer einfachen alphabetischen Aufgabe !

WiegeGeröllLeiterAmpel

Sind der erste und der letzte Buchstabe jeweils in alphabetischer Reihenfolge?Instruktion:

Beispiel einer eigenen EKP-StudieBeispiel einer eigenen EKP-Studie

Ja oder Nein

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Testphase:

Wiedererkennen der Wörter aus der Studierphase, die vermischt mit der gleichen Zahl neuer Wörter erneut gezeigt wurden !

WiegeAnkerMantelAmpel

Haben Sie das jeweilige Wort vorher gesehen?Instruktion:

Ja oder Nein

Beispiel einer eigenen EKP-StudieBeispiel einer eigenen EKP-Studie

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Basierend auf diesen 4 Bedingungen wurden die EEG-Daten gemittelt und einer weiteren Analyse unterzogen!

Letztlich wurden die Bedingungen Hits, Misses und Correct rejctions miteinander verglichen.

Besonders interessant ist die Gegenüberstellung von Misses und Correct rejections, da die Antwort in beiden Fällen lautete: „nein, nicht gesehen!“

Tatsache Tatsache + Antwortgenauigkeit

alt Hits (richtig als alt klassifizierte Wörter)alt Misses (falsch als neu klassifizierte Wörter)neu Correct rejections (richtig als neu klassifizierte Wörter)neu False alarms (falsch als alt klassifizierte Wörter)

Entscheidende Bedingungen:

Beispiel einer eigenen EKP-StudieBeispiel einer eigenen EKP-Studie

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frontal

parietal

Correct rejection

Rugg, M.D., Mark, R.E., Walla, P., Schloerscheidt, A.M., Birch, C.S., and Allan, K. (1998). Dissociation of the neural correlates of explicit and implicit memory. Nature, 392: 595-598.

EEG spiegelt bewusstes Verhalten wider!

EEG spiegelt tatsächliche Natur der Wörter wider!

nicht bewusste Gedächtnisspurzw. 300ms und 500ms!!

Ergebnis:

Beispiel einer eigenen EKP-StudieBeispiel einer eigenen EKP-Studie

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Studierphase:Inzidentelles Lernen von Wörtern während einer einfachen

alphabetischen Aufgabe und einer semantischen Aufgabe !

Wenn vor dem jeweiligen Wort ein X zu sehen ist, dann lautet die Frage „sind der erste und der letzte Buchstabe jeweils in alphabetischer Reihenfolge?“ und wenn ein + zu sehen ist, dann lautet die Frage „ist die Bedeutung lebendig?“

Instruktion:

Ja oder Nein

XWiege+Igel+AmpelXGeröll

Zweite EKP-StudieUntersuchungsdesign:

Beispiel einer eigenen EKP-StudieBeispiel einer eigenen EKP-Studie

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Wiedererkennen der Wörter aus der Studierphase, die vermischt mit der gleichen Zahl neuer Wörter erneut gezeigt wurden !

WiegeAnkerMantelReiher

Haben Sie das jeweilige Wort vorher gesehen?

Ja oder Nein

Instruktion:

Testphase:

Beispiel einer eigenen EKP-StudieBeispiel einer eigenen EKP-Studie

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Basierend auf diesen 6 Bedingungen wurden die EEG-Daten gemittelt und einer weiteren Analyse unterzogen!

Letztlich wurden die Bedingungen Deep Hits, Shallow Hits und Correct rejections miteinander verglichen.

Tatsache Tatsache + Antwortgenauigkeit

alt Deep Hits (vorher semantisch verarbeitet)alt Shallow Hits (vorher alphabetisch verarbeitet)alt Deep Misses (vorher semantisch verarbeitet)alt Shallow Misses (vorher alphabetisch verarbeitet)neu Correct rejections (richtig als neu klassifizierte Wörter)neu False alarms (falsch als alt klassifizierte Wörter)

Entscheidende Bedingungen:

Beispiel einer eigenen EKP-StudieBeispiel einer eigenen EKP-Studie

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CORRECT REJECTIONCORRECT REJECTION

Ergebnis:

Rugg, M.D., Walla, P., Schloerscheidt, A.M., Fletcher, P.C., Frith, C.D., Dolan, R.J. (1998). Neural correlates of depth of processing effects on recollection: evidence from brain potentials and PET.Experimental Brain Research, 123: 18-23.

Beispiel einer eigenen EKP-StudieBeispiel einer eigenen EKP-Studie

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Methoden zur Untersuchung des NSMethoden zur Untersuchung des NS7) Magnetoenzephalographie (MEG)

Die MEG mißt Magnetfeldschwankungen, die durch neuronale Aktivität auftreten (Intrazelluläre Stromflüsse?)!

Die MEG ist so wie die EEG eine so genannte elektrophysiologische Methode!

Rechte Hand-Daumenregel!

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MEG-StudieUntersuchungsdesign

Letztlich wurde die Differenzaktivität „Wort mit Duft“ minus „Wort ohne Duft“für beide Gruppen ermittelt.

Studierwörter

Bewusstes Riechen und Wörter + DuftBewusstes Riechen und Wörter ohne DuftNicht bewusstes Riechen und Wörter + DuftNicht bewusstes Riechen und Wörter ohne Duft

Semantische Wortverarbeitung, wobei bei manchen Wörtern zeitgleich ein Duft präsentiert wurde!

Basierend auf einer anschließenden Befragung wurden die Testpersonenin „bewusste Riecher“ und in „unbewusste Riecher“ eingeteilt!

Entscheidende Bedingungen

Beispiel einer eigenen MEG-StudieBeispiel einer eigenen MEG-Studie

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Ergebnis

Zwischen 200ms und 500msgibt es vergleichbare duftinduzierteAktivitäten, während zwischen600ms und 900ms nur beibewusstem Riechen signifikanteAktivität zu verzeichnen ist!

Walla et al. (2002). Evidence of conscious and subconscious olfactory information processing duringword encoding: a MEG study.Cognitive Brain Research, 14: 309-316.

Bewusstes Riechen Nicht bewusstes Riechen

Beispiel einer eigenen MEG-StudieBeispiel einer eigenen MEG-Studie