Grundlagen und Methoden der Psychophysiologie

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1 Grundlagen und Methoden der Psychophysiologie herausgegeben von Prof. Dr. Frank Rösler, Marburg Hogrefe Verlag für Psychologie Göttingen Bern Toronto Seattle

2 Inhaltsverzeichnis 1. Kapitel: Grundlagen psychophysiologischer Methodik Von Gerhard Stemmler 1 Theoretische Grundlagen Psychophysiologie - ein psychologisches Domaine-Programm? Konstrukte und Assessmentmodelle Konstrukte Assessmentmodelle Konstruktvalidierung Zur Rolle der Psychophysiologie in Konzepten der Reiz-Reaktion Mediation Reiz-Reaktion Mediation in ausgesuchten psychophysiologischen Forschungsprogrammen Ein Modell der Reiz-Reaktion Mediation Aktivierung Aktivierung als physiologisches Konstrukt Das Kovariationsproblem" Erklärungen des Kovariationsproblems" Konsequenzen aus dem Kovariationsproblem für die Messung von Aktivierung 22 2 Elemente psychophysiologischer Methodik Kennwerte physiologischer Reaktionen Reaktionsmeßwerte und implizierte Meßmodelle Psychometrische Eigenschaften des Differenzwerts Ausgangswerteabhängigkeiten und das Wildersche Ausgangswertegesetz Spezifitäten Formen der Spezifität Methoden der Spezifitätsanalyse Kovarianzzerlegung 45 3 Psychometrische Aspekte psychophysiologischer Untersuchungen Quellen von Meßfehlern und anderer irrelevanter Varianz Trends und die Definition von Ausgangswerten Artefakte und Ausreißer Reliabilität physiologischer Messungen 59

3 XII Inhaltsverzeichnis Einflußfaktoren auf die Reliabilität/Stabilität Die Untersuchung der Stabilität physiologischer Variablen Generalisierbarkeit Labor-Feld 65 Literatur Kapitel: Biosignalanalyse Von Rolf Weitkunat 1 Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung Signal und Information Vom Analog- zum Digitalsignal Technische und methodische Aspekte der A/D-Umsetzung 93 2 Zeitbereichsanalyse Aufbereitung und Vorverarbeitung Statistische Signalverarbeitung im Zeitbereich Frequenzbereichsanalyse Übergang zum Frequenzbereich Signalverarbeitung im Frequenzbereich Spezielle Analyseverfahren Multivariate Analyse Topographische Analyse Weitere Verfahren 162 Literatur Kapitel: Physiologische Grundlagen und Psychophysiologische Meßmethoden der Hirnaktivität Von Thomas Elbert, Markus Junghöfer, Brigitte Rockstroh und Walton T. Roth 1 Einfuhrung Bildgebende Verfahren zur Untersuchung des Gehirns Die Röntgen-Computertomographie (CT) Die Single-Photon-Emissions-Tomographie (SPECT) Die Positronenemissionstomographie (PET) Die Magnetresonanz- oder Kernspintomographie (MRT) Die TMS (transkranielle Magnetstimulation) Bei der Rheoenzephalographie Optische Methoden 192

4 Inhaltsverzeichnis XIII 3 Die Erfassung dynamischer Gehirnaktivität mittels EEG und MEG Physiologische Grundlagen der Entstehung von EEG und MEG EEG-Ableitung MEG-Ableitung Signalanalyse von EEG und MEG Signalanalyse Ereigniskorrelierter Aktivität Quellenmodellierung mittels EEG, MEG und MRT Perspektiven 230 Literatur Kapitel: Physiologische Grundlagen, Meßmethoden und Indikatorfunktion der okulomotorischen Aktivität Von Niels Galley 1 Okulomotorik und Psychologie Bulbusbewegungen Sakkaden Augengleitbewegungen Augenfolgebewegungen Optokinetischer Nystagmus Vestibulärer Nystagmus Vergenzbewegungen Drift, Glissaden Tremor Meßmethodik für Drehbewegungen des Bulbus Fragestellung und Augenbewegungsregistriermethode Elektrookulogramm (EOG) Infrarot-Limbustracker Indirekte Cornealreflektrometrie Direkte Cornealreflektometrie Spulen-Haftgläser (Scleral coil) Purkinje-Eye-Tracker Augenbewegungsparameter als Indikatoren psychologischer Konstrukte Sakkadengeschwindigkeit als Aktivierungsindikator Sakkadenlatenz bzw. Fixationsdauer als Maß der kognitiven Schwierigkeit einer Aufgabe Sakkadierung einer Augenfolgebewegung als Aufmerksamkeitsdefizit Lidbewegungen und Lidstellung Phänomenologie und Physiologie des Lidschlags Meßmethodik 283

5 XIV Inhaltsverzeichnis 3.3 Indikatoren Lidschlagrate Lidschlagamplitude, -dauer, -geschwindigkeit Pupillenbewegungen Phänomenologie und Physiologie der Pupillenbewegung Meßmethodik Indikatoren Linsenbewegungen und Linsenstellung Phänomenolohie und Physiologhie Meßmethodik Indikatoren Indikatorfunktion okulomotorischer Parameter Ein Ausblick 297 Literatur Kapitel: Physiologische Grundlagen und Meßmethoden der Herz-Kreislaufaktivität Von Jochen Fahrenberg 1 Physiologische Grundlagen Systemische Sichtweise Ebenen der kardiovaskulären Regulation Neuronale Kontrollsysteme Neokortikale Ebene Limbisches Vorderhirn und Mesenzephalon Pontine und medulläre Ebene Spinale Ebene, prä- und postganglionäre Neurone Effektororgane und Rezeptorsysteme Kontrollsysteme und Synergismen Prinzipien der kardiovaskulären Regulation Regulation des Gesamtkreislaufs Kreislaufreflexe Kardiorespiratorische Kopplungen Sympathisch-vagale Kontrolle des Herzens Lokale Durchblutungsregulation Anpassung des Herzzeitvolumens Phasische Regulation des arteriellen Blutdrucks Muster der kardiovaskulären Regulation Adrenerges und cholinerges Muster Ergotropes und trophotropes Muster Kardiovaskuläre Syndrome Kreislauf als dynamisches System Kreislauf als Verhalten 351

6 Inhaltsverzeichnis XV Kardiovaskuläre Anpassung und kardiovaskuläre Verhaltensmuster Modellierung von Komponenten kardiovaskulärer Regulation Überlegungen zur Taxonomie Nicht-invasive Methoden Übersicht Kreislauf-Funktionsprüfungen Reliabilität und Stabilität Selektion und Kombination kardiovaskulärer Parameter Meßmethodik Herzfrequenz Herzfrequenz- und Blutdruck-Variabilität Systolenzeiten Elektrokardiogramm Impedanzkardiogramm Arterieller Blutdruck Arterienpulse Pulswellengeschwindigkeit Periphere Durchblutung und Hauttemperatur Sonstige Meßmethoden Statistiken ausgewählter kardiovaskulärer Parameter 448 Literatur Kapitel: Physiologische Grundlagen und Methoden der respiratorischen Psychophysiologie Von Bernhard Dahme, Reinhard Maß und Rainer Richter 1 Anatomische Strukturen der Lungenatmung Physiologische Grundlagen Ventilation Pulmonaler Gasaustausch Gasgehalt im Blut und Säure-Basen-Balance Neuroregulation der Atmung Maße und Meßmethoden der Atmungsaktivität Atemfrequenz- und Atemvolumenmessung Atemgürtel Thermistoren Pneumotachographie Spirographie Messung des Atemwegswiderstands Ganzkörperplethysmographie Oszillometrie 511

7 XVI Inhaltsverzeichnis Verschlußdruckmethode Pneumometer Pneumophonographie Ballonsonden Gasanalyse der alveolären Luft und des Blutgasgemischs Sauerstoff- und Kohlendioxyd-Kennwerte im endexspiratorischen Gasgemisch Partialdruck von Sauerstoff und Kohlendioxyd im Blut Elektromyographie der Zwerchfell- und übrigen Atemmuskulatur Interoception Interoception von Volumina Interoception von Widerständen Psychophysiologie des Atmungssystems Atmung und psychische Belastung Atmung und Entspannung Atmung und Biofeedback Schlußfolgerungen 539 Literatur Kapitel: Physiologische Grundlagen und Meßmethoden der dermalen Aktivität Von Wolfram Boucsein 1 Physiologische Grundlagen dermaler Aktivität Zentrale Mechanismen Zerebrale Steuerung der Schweißdrüsenaktivität Spinale Mechanismen der Schweißdrüsenaktivität Periphere Mechanismen Vegetative Innervation der Haut Strukturen der Haut Bau und Funktion der Schweißdrüsen Thermoregulation und Hautdurchblutung Schweißdrüsenaktivität und Thermoregulation Elektrodermale Aktivität Meßmethoden dermaler Aktivität Elektrodermale Aktivität Registriertechniken Ableittechniken Parametrisierung Artefaktbehandlung und statistische Verarbeitung Anwendungsbereiche elektrodermaler Aktivität Meßmethoden der Hautfeuchte Schweiß-Abdruckverfahren Schweiß-Sammelmethoden 594

8 Inhaltsverzeichnis XVII Kontinuierliche Schweißmessungen Anwendung von Meßmethoden der Hautfeuchte in der Psychophysiologie Meßmethoden der Hauttemperatur Messung der Oberflächentemperatur Messung der Wärmestrahlung Anwendung der Hauttemperaturmessung in der Psychophysiologie Meßmethoden der Hautdurchblutung Meßverfahren Anwendung der Hautdurchblutungsmessung in der Psychophysiologie Reliabilitäten der unterschiedlichen Maße dermaler Aktivität im Vergleich Zusammenfassung und Ausblick Literatur Kapitel: Physiologische Grundlagen und Meßmethoden der elektromyographischen Aktivität Von Frank Rösler 1 Untersuchungen der Muskelaktivität in der Psychophysiologie Physiologische und anatomische Grundlagen der Muskelaktivität Aufbau und Arbeitsweise des Skeletmuskels Muskelmechanik Regelung der Muskelkontraktion Muskeltonus Zentralnervöse Kontrolle der Skeletmuskulatur Bewegungstypen und Entwicklung der motorischen Strukturen Funktionseinheiten Rückenmark Zentrale Ursprünge der motorischen Faserbündel Basalganglien Kleinhirn Kortex Messung und Auswertung des Elektromyogramms Messung der elektrischen Aktivität am Muskel Elektroden Elektrodenpositionierung Verstärkung Artefakte Primäre Kennwertbildung Integration Frequenzanalyse 645

9 XVIII Inhaltsverzeichnis 3.3 Sekundäre Kennwertbildung Zeitliche Dynamik des EMG-Signals Räumliche Dynamik Latenzmessungen Perspektiven 650 Literatur Kapitel: Ambulantes Monitoring und Assessment Von Jochen Fahrenberg und Michael Myrtek 1 Psychophysiologische Feldstudien für Forschung und Praxis Feldstudie Laborexperiment Prinzipien des ambulanten Monitoring und Assessment Physiologische Messungen im Kontext Registrierung physiologischer Funktionen Protokollierung psychologischer Daten Kontexte, Settings, Behavior Settings und Situationen Auswahlstrategien, Stichprobentechnik, Zeitraster Repräsentativität, typische Ausschnitte Segmente, Episoden, Standardsettings Methodenbedingte Reaktivität und Reaktanz Akzeptanz und Compliance Datenerhebungspläne und Assessmentstrategien Psychophysiologisches Assessment: zwei Beispiele Ambulantes Monitoring Übersicht Elektrokardiogramm Blutdruck Bewegungsaktivität Elektroenzephalogramm und Polysomnogramm Hämodynamische Parameter Atmung Temperatur Elektrodermale Aktivität Gastrointestinale Funktionen und Urodynamik Ausblick 752 Literatur 754 Autorenregister 799 Sachregister 835