Vorlesung Einführung in die Biopsychologie

Transkript

1 Vorlesung Einführung in die Biopsychologie Kapitel 5: Forschungsmethoden der Biopsychologie Prof. Dr. Udo Rudolph SoSe 2018 Technische Universität Chemnitz, Germany

2 Forschungsmethoden in der Biopsychologie Lernziele für diese Sitzung: 1. die wichtigsten bildgebenden Verfahren kennen und benennen, welche Informationen diese liefern; 2. die wichtigsten psychophysiologischen Messungen kennen (und Beispiele nennen können); 3. die wichtigsten invasiven Verfahren kennen (und Beispiele nennen können); 4. die psychopharmakologische Methoden (und Beispiele nennen können); 5. die wichtigsten Verhaltensmethoden kennen, insbesondere zur Untersuchung des Tierverhaltens. Insbesondere die Punkte 1 und 2 erfordern es, bestimmte Ergebnisse anhand von Abbildungen und Diagrammen erfassen und interpretieren zu können. Hierfür gebe ich im Laufe der heutigen Sitzung eine Reihe von Beispielen. 2

3 Forschungsmethoden in der Biopsychologie Übersicht: 1. Methoden zur Erforschung des Nervensystems Bildgebende Verfahren Psychophysiologische Messungen Invasive physiologische Untersuchungsmethoden Psychopharmakologische Untersuchungen [Gentechnik] 2. Verhaltensmethoden Neuropsychologische Untersuchungen Verhaltensbiologische Verfahren Tierverhalten 3

4 Bildgebende Verfahren: 1.1 Methoden der Röntgenkontrastdarstellung Prinzip: Kontrastmittel, welches Röntgenstrahlen unterschiedlich absorbiert Pneumencephalographie: Ersetzung der Cerebrospinalflüssigkeit durch Luft; Lokalisation von Gehirnschäden (z.b. Degeneration) Angiographie: Gabe eines Kontrastmittels ins Blut über Hirnarterie, Lokalisation von Gefäßschäden. 4

5 Beispiel für eine Angiographie: Cerebrales Angiogramm eines gesunden Menschen. 5

6 Bildgebende Verfahren: 2. Computer-Tomographie (CT) Computergestütztes Verfahren zur 3-dimensionalen Darstellung des Gehirns, das auch als CT-Scan oder als Tomogramm bezeichnet wird. Das Verfahren basiert wiederum auf einer unterschiedlichen Absorption der Röntgenstrahlung im Gehirn. 3. Magnet-Resonanz-Tomografie (auch Kernspin-Tomographie) Das Magnetfeld des MRT ändert die Ausrichtung des schwach positiv magnetischen Eigendrehimpulses (Kernspin) der Wasserstoff-Protonen (H+). Aus den resultierenden Ablenkungen des Magnetfeld werden dann die Bilder berechnet. Hierbei gilt, dass in aktiven Gebieten viel Wasserstoff vorhanden ist. 6

7 Schematische Darstellung der Funktionsweise einer Computertomographie. 7

8 Schematische Darstellung der Funktionsweise einer Magnetresonanz- Tomographie 8

9 Beispiel für eine MRT, die einen Tumor im Bereich der rechten Hemisphäre sichtbar macht. 9

10 Beispiel für eine MRT, die einen Tumor im Bereich der rechten Hemisphäre sichtbar macht. 10

11 Beispiel für eine MRT, die einen Sagittalschnitt durch ein menschliches Gehirn liefert. 11

12 Beispiel für eine MRT, die eine dreidimensionale Darstellung eines menschlichen Gehirns liefert. 12

13 Bildgebende Verfahren: 4. Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Informationen über die Aktivität des Gehirns durch Gabe von 2-Desoxy-Glukose in die Halsschlagader, die von den Neuronen zur Energieaufnahme verbraucht wird. Hierbei werden verschiedene Aktivitätsniveaus in verschiedenen Farben dargestellt. 5. Funktionelle Magnetresonanztomografie (fmrt) Informationen über die Aktivität des Gehirns durch Sichtbarmachung der erhöhten Sauerstoffversorgung. 13

14 Beispiel für eine Positronen-Emissions-Tomographie. 14

15 Beispiel für ein funktionelle Magnetresonanztomografie. 15

16 Psychophysiologische Messungen: 1. Elektro-Encephalographie (EEG) Ableitung der elektrischen Aktivität des Gehirns über Elektroden an der Kopfhaut und zwar die Summe aller (anliegenden) elektrischen Aktivitäten, über die eine Signalmittelung erfolgt. großer Vorteil: hohe zeitliche Auflösung wichtige Arten von abgeleiteter Aktivität: Ereignis korrelierte Potentiale Evozierte Potentiale 16

17 Beispiele für typische EEG-Muster bei unterschiedlichen Wach-Schlaf-Zuständen. 17

18 Beispiel Wie sieht es aus, wenn eine EEG-Ableitung gemacht wird? 18

19 Beispiel Normales Hintergrund-EEG (ohne Aktivität) versus evoziertes Potential (nach einem Ton), jeweils einzelne Ableitungen sowie deren Mittelung. 19

20 Beispiel für eine (gemittelte) P-300-Welle in sehr hoher zeitlicher Auflösung, wie sie typischer Weise nach persönlich bedeutsamen Ereignissen auftritt, die eine Änderung der Aufmerksamkeit bewirken. 20

21 Beispiel für die Kombination einer Kernspin-Tomographie mit einer (gemittelten) EEG- Ableitung während der Bearbeitung einer Gedächtnisaufgabe. 21

22 Andere Psychophysiologische Messungen: 2. Elektro-Myographie Elektrophysiologische Messung der Muskelspannung wobei eine größere Amplitude des abgebildeten Signals für eine höhere Muskelspannung steht. Auch hier: Signalintegration wie beim EEG. 3. Elektro-Occulographie (EOG) Elektrophysiologische Registrierung der Augenbewegungen (anhand der Muskeln am Auge) 4. Messung der elektrodermalen Aktivität (Hautleitfähigkeit) Aufgrund der Thermoregulation durch die Schweißdrüsen ändert sich die Leitfähigkeit der Haut, die anhand des Skin-Conductance-Levels (SCL) gemessen werden kann. 5. Kardiovaskuläre Aktivität Elektrokardiogramm (EKG; Herzschlagfrequenz), Blutdruck (Systole versus Diastole) und Blutvolumen (Plethysmographie) 22

23 Beispiel für ein einzelnes (unbearbeitetes) sowie ein integriertes EMG-Signal zur Registrierung der Muskelspannung. 23

24 Beispiel für die Ableitung eines EOGs mit Elektroden an der rechten und linken Augenseite (horizontale Augenbewegungen) versus an der oberen und unteren Augenseite (vertikale Augenbewegungen). 24

25 Beispiel die kombinierte Messung von Hautleitfähigkeit und EKG nach drei identischen Reizdarbietungen mit deutlicher Habituation für die Reaktion der Hautleitfähigkeit. 25

26 Invasive Physiologische Messungen: 1. Läsionsverfahren A. Stereotaktische Chirurgie B. (Andere) Läsionsmethoden Aspirationsläsionen, Radiofrequenzläsionen, Schnitt-Techniken, Kryogene Blockade, Bilaterale und unilaterale Läsionen. 2. Verfahren zur elektrischen Stimulation Elektrische Stimulation zur Auslösung art-typischer Verhaltenssequenzen. 3. Invasive Ableitungsmethoden Intra- versus extrazelluläre Ableitung, Summenableitung, Invasive EEG - Ableitung. 26

27 Invasive Physiologische Messungen: Beispiel für die Anwendung der stereotaktischen Chirurgie: (1) Erstellung eines Zielatlas', (2) Bohrung eines Lochs in den Kopf, (3) Verankerung einer Elektrode mit Steckkontakt. 27

28 Invasive Methoden Beispiel für eine sub-corticale Läsion, in diesem Fall die Durchtrennung der vorderen Kommissur mithilfe eines speziellen Skalpells. 28

29 Invasive Methoden Beispiel für eine Kryosonde die im Gehirn implantiert wird, die Sondenspitze ist nicht isoliert und reduziert die Temperatur des unmittelbar umliegenden Gewebes, wobei die Sonde selbst so klein ist, dass umliegendes Gewebe praktisch nicht (kaum) zerstört wird. 29

30 Invasive Methoden 30

31 Psychopharmakologische Methoden: 1. Selektive chemische Läsionen 2. Messung der chemischen Aktivität des Gehirns 2-Desoxyglucose-Technik: Aktive Neurone nehmen diese Substanz sehr schnell auf; nachfolgende Gehirnschnitte zeigen dann die aktiven Neurone an. 3. Lokalisation von Neurotransmittern und Rezeptoren 31

32 Psychopharmakologische Methoden Beispiel für Gehirnschnitte nach Anwendung der 2-Desoxyglucose-Technik mit Aktivitätsverteilung nach monokularem Sehen (Versuchstier). 32

33 Verhaltensmethoden Neuropsychologische Untersuchungen A. Basisdiagnostik für Intelligenz, Gedächtnis, Aufmerksamkeit, Informationsverarbeitung. B. Spezifische Tests für Sprache, Sprachlateralität, Exekutive Funktionen 33

34 Verhaltensmethoden Beispiel für einen Test der höheren exekutiven Funktionen, hier Wisconsin-Kartensortier- Test. Die Aufgabe besteht darin, ein Prinzip für das Ablegen neuer Karten zu finden. 34

35 Verhaltensmethoden Beispiel für die Bildpaar- Subtraktionstechnik, einem Verfahren der kognitiven Neurowissenschaften, hier eine PET-Untersuchung zur Wortverarbeitung, bei der die Signale von 5 Probanden gemittelt werden. 35

36 Tierverhalten A Paradigmen zur Bewertung des artspezifischen Verhaltensrepertoires: Open-Field-Test, Aggressions-, Defensiv- und Sexualverhalten B C Traditionelle Konditionierungsparadigmen Klassisches und operantes Konditionieren Seminatürliche Lernparadigmen Konditionierte Geschmacksaversion, radiales Labyrinth, Morris sches Wasserlabyrinth, Konditioniertes defensives Vergraben. 36

37 Tierverhalten Beispiel für ein radiales Labyrinth zur Prüfung des Orientierungsvermögens. 37

38 Tierverhalten Beispiel für ein Morris sches Wasserlabyrinth. 38

39 Tierverhalten Beispiel für konditioniertes defensives Vergraben eines Testobjektes. 39

40 Forschungsmethoden in der Biopsychologie Nächstes Thema: Visuelles System & Mechanismen der Wahrnehmung