KNP-3: Methoden der kognitiven Neuropsychologie II

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1 KNP-3: Methoden der kognitiven Neuropsychologie II Geschichte der kognitiven Neurowissenschaft (1) Funktionelle Neuroanatomie (2) & (3) Methoden der kognitiven Neurowissenschaft I (4) Methoden der kognitiven Neurowissenschaft II (4) Objekterkennung (5-6) Aufmerksamkeit und Selektion (7) Aufmerksamkeit und Kontrolle (Exekutivfunktionen) (12) Gedächtnis und Lernen (8) Doppeltermin 11-15h Emotion (13) /Entwicklung & Plastizität (15) Sprache (9) 1

2 Gliederung - Ursachen neurologischer Erkrankungen - Läsionsstudien - Tiermodelle - Virtuelle Läsionen - Strukturelle Bildgebung - Funktionelle Bildgebung - Elektrophysiolgie 2

3 Strukturelle Bildgebung 3

4 Strukturelle Bildgebung: Verfahren 4

5 Strukturelle Bildgebung: Verfahren 5

6 1,5 Tesla vs 3 Tesla 1.5T 3.0T 6

7 Magnetresonanztomographie (MRT / MRI): Erfassung der Dichte und Schwingungs eigenschaften magnetisch erregter Wasserstoffkerne (Protonen). 7

8 Magnetresonanz und Relaxationszeiten: T1 und T2 8

9 Strukturelle Magnetresonanztomographie 9

10 Strukturelle Bildgebung: Volumetrie 10

11 Strukturelle Bildgebung: Voxel-basierte Morphometrie (VBM) 11

12 Strukturelle Bildgebung: Pixel-Counting 12

13 13

14 Funktionelle Bildgebung 14

15 Neurovaskuläre Kopplung Sensorischer Reiz (Stimulus) Neuronale Antwort? EEG MEG PET SPECT fmri Vaskuläre Antwort Abbildung der Hirnfunktion 15

16 Funktionelle Bildgebung: PET 16

17 O 2 Verbrauch des Organismus: 250 ml / Minute Ruhe 20% für Gehirnstoffwechsel (50ml) Großhirnrinde: 8 ml / 100g / Minute Weiße Substanz: 1ml / 100g / Minute 17

18 Positronen-Emission-Tomographie (PET) 15 O 8 Protonen / 7 Neutronen 18

19 Versuchsperson Schizophrener Patient 19

20 PET: Subtraktionslogik 20

21 Kognitive Subtraktion 21

22 PET: Subtraktionslogik Probleme: Pure Insertion / Interaktion Baseline 22

23 Das Baseline Problem Wortartikulation = Lesen vs Betrachten? 23

24 Warum kitzelt es nicht, wenn man sich selbst kitzelt? (Efferenzkopie) Ward 60 24

25 Kognitive Konjunktionen und faktorielle Designs minimieren das Problem der pure insertion ermöglichen Interaktionsanalysen (Differenzen von Differenzen) 25

26 Parametrische Designs 26

27 Funktionelle Integration - Funktionelle Lokalisation - Effektive Konnektivität - Konnektivitäten und Diskonnektivität - Friston & Frith (1995) 27

28 Neurovaskuläre Kopplung Sensorischer Reiz (Stimulus) Neuronale Antwort? EEG MEG PET SPECT fmri Vaskuläre Antwort Abbildung der Hirnfunktion 28

29 Funktionelle Magnetresonanztomographie fmrt Erhöhter zellulärer Energiebedarf bei neuronaler Aktivierung. Zunahme von sauerstoffarmem (desoxy.) Hämoglobin (HG). Blutflußzunahme übersteigt die erhöhte Sauerstoffzufuhr erheblich. Desoxy. HG nimmt ab. => langsamere T2 Relaxationszeiten Konzentrationsänderung des desoxy. HG ruft Magnetfeldinhomogenitäten hervor (intrinsisches Kontrastmittel). Blood-Oxygen-Level-Dependend (BOLD-Signal). 29

30 Der BOLD Effekt (blood oxygen level dependent) - Desoxy HG sec 10 sec Time 30

31 Der BOLD Effekt: Scaling & Superposition 31

32 Der BOLD Effekt: Lineare Additivität 32

33 Funktionelle Bildgebung: PET vs. fmrt 33

34 Funktionele Magnetresonanztomographie SPM ZEIT 34

35 Funktionelle Bildgebung: Designs 35

36 Funktionelle Bildgebung: Designs 36

37 Einfaches visuelles Experiment stimulus control slice positioning 37

38 Signalverlauf cont. stim. cont. stim. cont. stim. cont. stim EPI, TE=30ms, TR=2s 38

39 Korrelations-Analyse P. A. Bandettini et al., Magn. Reson. Med., 30, 161 (1993) 10 8 stimulus r = 0.95 r = 0.90 Y Data 6 r = r = r = 0.30 correlation map (r = 0.7)

40 Superposition anatomical information functional information 40

41 Wahl der Korrelationsschwelle r = 0.9 r = 0.7 r = 0.5 r =

42 Funktionelle Bildgebung: Datenanalyse 42

43 Datenanalyse: Smoothing 43

44 Interpretation: Exzitation/ Inhibition Aktivation / Deaktivation 44

45 Die Baseline Problematik 45

46 Interpretation When brain imaging is the answer, what is the question? 46

47 Funktionelle Bildgebung / Läsions-basierte Ansätze 47

48 Disagreements and solutions. 48

49 49

50 Big Brother? 50

51 51

52 52

53 53

54 54

55 Brain Imaging: Spatial and Temporal Resolution 55

56 56

57 Hans Berger (1929): Über das Elektroenzephalogramm des Menschen 57

58 Die Elektrogenese des EEG 58

59 Dipolorientierungen 59

60 EEG: Zeitreihenanalytische Verfahren: Ereigniskorrelierte Potentiale 60

61 61

62 Brain Mapping 62

63 EKP: Endogene Komponenten: Das Bereitschaftspotential 63

64 EKP: Endogene Komponenten: Die N400 64

65 EKP Korrelate von Vertrautheit und Erinnern Frontaler alt/neu Effekt Vertrautheit Erinnern Parietaler alt/neu Effekt alt neu Mecklinger (2000) Rugg et al (1998) Curran (2000) 65

66 66

67 67

68 68

69 69

70 70

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