Lutz Jäncke. Lehrbuch Kognitive Neuro wissenschaften

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1 Lutz Jäncke Lehrbuch Kognitive Neuro wissenschaften

2 Programmleitung: Tino Heeg Lektorat: Sonja Hinte, Bremen Herstellung: Jörg Kleine Büning Umschlaggestaltung: Claude Borer, Basel Druckvorstufe: Claudia Wild, Konstanz Druck und buchbinderische Verarbeitung: FINIDR, Český Těšín Printed in Germany Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Anregungen und Zuschriften bitte an: Verlag Hans Huber Lektorat: Psychologie Länggass-Strasse 76 CH-3000 Bern 9 verlag@hanshuber.com 1. Auflage 2013 (E-Book-ISBN [PDF] ) (E-Book-ISBN [ EPUB] ) ISBN

3 Lutz Jäncke Lehrbuch Kognitive Neurowissenschaften Verlag Hans Huber, Lehrbuch Psychologie Wissenschaftlicher Beirat: Prof. Dr. Guy Bodenmann, Zürich Prof. Dr. Dieter Frey, München Prof. Dr. Lutz Jäncke, Zürich Prof. Dr. Franz Petermann, Bremen Prof. Dr. Hans Spada, Freiburg i. Br. Prof. Dr. Markus Wirtz, Freiburg i. Br.

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5 Lutz Jäncke Lehrbuch Kognitive Neurowissenschaften Verlag Hans Huber

6 Programmleitung: Tino Heeg Lektorat: Sonja Hinte, Bremen Herstellung: Jörg Kleine Büning Umschlaggestaltung: Claude Borer, Basel Druckvorstufe: Claudia Wild, Konstanz Druck und buchbinderische Verarbeitung: FINIDR, Český Těšín Printed in Germany Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Anregungen und Zuschriften bitte an: Verlag Hans Huber Lektorat: Psychologie Länggass-Strasse 76 CH-3000 Bern 9 verlag@hanshuber.com 1. Auflage 2013 (E-Book-ISBN [PDF] ) (E-Book-ISBN [ EPUB] ) ISBN

7 5 Inhaltsverzeichnis Vorwort Kognitive Neurowissenschaft Was ist das? Einführung Geschichte der kognitiven Neurowissenschaften Beziehung zwischen Psychologie und Hirnforschung Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur Das menschliche Gehirn: Eine kurze Einführung Orientierung im Gehirn Grobe Einteilung des menschlichen Gehirns Graue Substanz, weiße Substanz und das Ventrikelsystem Hierarchische Organisation des zentralen Nervensystems Zerebraler Kortex Basalganglien Limbisches System Zwischenhirn Hirnstamm Hirnnerven Hirnhäute Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur 60

8 6 Lehrbuch Kognitive Neurowissenschaften 3. Nervenzellen, Module, Kabel und Netzwerke Einführung Enzephalisationsquotient Neurone und Gliazellen Brodmann-Areale Von der Phrenologie zu Netzwerken Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur Reifung des Gehirns Allgemeines zur Reifung und Entwicklung des Gehirns Embryonalentwicklung Von der Neurulation zum Gehirn Neurogenese Migration Verknüpfung der Neurone und Dendritisierung Synaptogenese und programmierter Zelltod Myelinisierung Zusammenfassung der wichtigsten Entwicklungsschritte in der Embryonalphase Gehirnentwicklung in den ersten Lebensjahren bis zur Adoleszenz Gehirnentwicklung in der Adoleszenz Hirnentwicklung und Verhalten Kritische Phasen Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur 114

9 Inhaltsverzeichnis 7 5. Methoden der kognitiven Neuro wissenschaften Einleitung Klassische Methoden aus der kognitiven Psychologie Bildgebung Magnetresonanztomografie das Grundprinzip 119 Strukturelle Bildgebung 123 Funktionelle Bildgebung Elektrophysiologie Frequenzbezogene Analysen Ereigniskorrelierte Potenziale Elektrophysiologische Grundlage von EEG und ERP Dipolanalysen und elektrische Tomografie Magnetenzephalografie (MEG) Nahinfrarotspektroskopie Biofeedback von kortikaler Aktivität Beeinflussung des Gehirns Läsionsstudien Übersicht über die Methoden der kognitiven Neurowissenschaften Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur Hemisphärenasymmetrie Allgemeines Funktionelle Links-rechts-Asymmetrien Sprachlateralisierung Händigkeit Experimentalpsychologische Verfahren Neurophysiologische Asymmetrien Zusammenfassung der funktionellen Asymmetrien Befunde aus der Neurologie 176

10 8 Lehrbuch Kognitive Neurowissenschaften 6.3. Corpus callosum und interhemisphärischer Informationsaustausch Split brain Corpus-callosum-Anatomie Anatomische Asymmetrien Sylvische Fissur Globale Links-rechts-Unterschiede Die Planum-temporale- und Planum-parietale-Asymmetrie Weitere anatomische Asymmetrien Verhaltensauffälligkeiten und atypische Asymmetrien Dynamik der Asymmetrien Asymmetriewechsel bei auditorischer Wahrnehmung Interaktionen zwischen beiden Hemisphären beim motorischen Lernen Ursachen der Asymmetrien Geschlechtsunterschiede bei Asymmetrien Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur Allgemeines zur Wahrnehmung Bedeutung der Wahrnehmung Was ist Wahrnehmung? Ablauf der Wahrnehmung Psychophysik Bottom-up- und Top-down-Verarbeitung Beziehung zwischen Top-down- und Bottom-up-Verarbeitung Bindungsproblem und dynamische Kopplung Synästhesie Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur 229

11 Inhaltsverzeichnis 9 8. Visuelle Wahrnehmung Vom Auge zum Gehirn Retina Sehbahn Rezeptive Felder Visueller Kortex Visuelle Areale 238 Dorsaler und ventraler Informationsweg Verschaltungsprinzip im visuellen Kortex Retinotopie Blindsight Blindsicht Einfache und grundlegende Wahrnehmungsleistungen Tiefenwahrnehmung Farbwahrnehmung Bewegungswahrnehmung Objektwahrnehmung Das Problem der Objektwahrnehmung Theoretische Konzepte zur Erklärung der Objektwahrnehmung Kortikale Repräsentation der Objektwahrnehmung Raumwahrnehmung Störungen der visuellen Wahrnehmung Visuelle Vorstellungen Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur Auditorische Wahrnehmung Einleitung Akustische Signale Lautstärke und Isophone 295

12 10 Lehrbuch Kognitive Neurowissenschaften 9.4. Auditorisches System Ohr Zentrale Verarbeitung akustischer Reize Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur Aufmerksamkeit Das Wesen der Aufmerksamkeit Bewusstsein Aufmerksamkeit Kontrollierte und automatische Prozesse Aufmerksamkeitsmetaphern und Aufmerksamkeitsinstanzen Die «Filter»-Metapher Die «Spotlight»-Metapher Die «Spotlight-in-the-brain»-Metapher Die «Attention-as-vision»-Metapher Top-down-Ansätze Bottom-up-Ansätze Hybrid-Ansätze Neuropsychologie der Aufmerksamkeit Taxonomie der Aufmerksamkeit nach Zoomeren-Sturm «Biased-competition»-Modell der Aufmerksamkeit Neuroanatomie der Aufmerksamkeit 346 Aufsteigendes retikuläres aktivierendes System (ARAS) 346 Colliculi superiores 348 Thalamus 349 Parietallappen 351 Anteriores Cingulum 351 Lateraler Frontalkortex Neurophysiologie der Aufmerksamkeit Verstärkung neuronaler Aktivität Aufmerksamkeit und elektrische Hirnoszillationen 259

13 Inhaltsverzeichnis Neurochemie der Aufmerksamkeit 360 Noradrenerges System 361 Serotonerges System 362 Cholinerges System Zeitlicher Verlauf von Aufmerksamkeitsprozessen Neurophysiologie bewusster und reflexiver Aufmerksamkeitssteuerung Aufmerksamkeitsmodelle Aufmerksamkeitsmodell nach Posner 367 Orientierungsnetzwerk 368 Vigilanz-Daueraufmerksamkeitssystem 370 Exekutives Aufmerksamkeitssystem Aufmerksamkeitsmodell nach Mesulam Aufmerksamkeitsmodell nach Mirsky Aufmerksamkeitsmodell nach Corbetta und Shulman Aufmerksamkeitsstörungen Neglekt Bálint-Holmes-Syndrom Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur Exekutive Funktionen Was sind exekutive Funktionen? Theoretische Überlegungen zu den exekutiven Funktionen System der überwachenden Aufmerksamkeit Handlungstheoretische Modelle Arbeitsgedächtnismodelle Theorie der somatischen Marker Reduktion auf Basisprozesse Konzept der exekutiven Funktionen nach Drechsler 393

14 12 Lehrbuch Kognitive Neurowissenschaften Anatomie der exekutiven Kontrolle Anatomisch-funktionelles Netzwerk der exekutiven Funktionen Rolle der Basalganglien Frontalkortex Modelle der Frontalkortexfunktionen Domänenspezifisch oder funktionsspezifisch Hierarchische Modelle Dorsolaterales präfrontales Kontrollsystem 409 Verhaltenshemmung und -initiierung 409 Verhaltensplanung 413 Selbstkontrolle Ventromediales präfrontales System 415 Parietales Kontrollsystem 416 Cinguläres Kontrollsystem Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur Motorische Kontrolle Faszination der Bewegung Das motorische Transformationsproblem Ein einfaches Modell der menschlichen Bewegungskontrolle Regelung und Steuerung Das motorische Programm Motorareale Organisation der Motorareale Funktion einzelner kortikaler Areale der Informationsfluss im motorischen System 437 Primärer motorischer Kortex M1 437 Prämotorische Areale 439 Parietallappen 441 Kleinhirn 442 Basalganglien 445

15 Inhaltsverzeichnis Planung von Bewegungen Bewegungsvorbereitung und Willenshandlungen Bewegungslernen Bewegung, Vorstellung und Sprache Störungen der Motorik Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur Allgemeines zum Gedächtnis Warum das Gedächtnis so wichtig ist? Gedächtnissysteme Gedächtnisprozesse Messung des Gedächtnisses Taxonomie des Langzeitgedächtnisses Gedächtnis auf der zellulären Ebene Habituation und Sensitivierung Langzeitpotenzierung und Langzeitdepression Veränderung der Synapsen beim Lernen Zusammenfassung der synaptischen Mechanismen Neuronale Netze Mesiotemporales Gedächtnissystem Von der zellulären Ebene zum übergeordneten System Konsolidierung im deklarativen Gedächtnis Gedächtnis und Emotionen Zusammenfassung Fragen und Aufgaben Weiterführende Literatur 504