Grundlagen und Methoden der Psychophysiologie

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

Inhaltsverzeichnis 1. Kapitel: Grundlagen psychophysiologischer Methodik Von Gerhard Stemmler 1 Theoretische Grundlagen 1 1.1 Psychophysiologie - ein psychologisches Domaine-Programm? 2 1.2 Konstrukte und Assessmentmodelle 5 1.2.1 Konstrukte 5 1.2.2 Assessmentmodelle 6 1.2.3 Konstruktvalidierung 10 1.3 Zur Rolle der Psychophysiologie in Konzepten der Reiz-Reaktion Mediation 12 1.3.1 Reiz-Reaktion Mediation in ausgesuchten psychophysiologischen Forschungsprogrammen 12 1.3.2 Ein Modell der Reiz-Reaktion Mediation 14 1.4 Aktivierung 17 1.4.1 Aktivierung als physiologisches Konstrukt 17 1.4.2 Das Kovariationsproblem" 19 1.4.3 Erklärungen des Kovariationsproblems" 19 1.4.4 Konsequenzen aus dem Kovariationsproblem für die Messung von Aktivierung 22 2 Elemente psychophysiologischer Methodik 24 2.1 Kennwerte physiologischer Reaktionen 24 2.1.1 Reaktionsmeßwerte und implizierte Meßmodelle 24 2.1.2 Psychometrische Eigenschaften des Differenzwerts 29 2.1.3 Ausgangswerteabhängigkeiten und das Wildersche Ausgangswertegesetz 35 2.2 Spezifitäten 40 2.2.1 Formen der Spezifität 40 2.2.2 Methoden der Spezifitätsanalyse 42 2.3 Kovarianzzerlegung 45 3 Psychometrische Aspekte psychophysiologischer Untersuchungen 49 3.1 Quellen von Meßfehlern und anderer irrelevanter Varianz 50 3.2 Trends und die Definition von Ausgangswerten 52 3.3 Artefakte und Ausreißer 56 3.4 Reliabilität physiologischer Messungen 59

XII Inhaltsverzeichnis 3.4.1 Einflußfaktoren auf die Reliabilität/Stabilität 59 3.4.2 Die Untersuchung der Stabilität physiologischer Variablen... 61 3.5 Generalisierbarkeit Labor-Feld 65 Literatur 66 2. Kapitel: Biosignalanalyse Von Rolf Weitkunat 1 Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung 85 1.1 Signal und Information 86 1.2 Vom Analog- zum Digitalsignal 89 1.3 Technische und methodische Aspekte der A/D-Umsetzung 93 2 Zeitbereichsanalyse 97 2.1 Aufbereitung und Vorverarbeitung 98 2.2 Statistische Signalverarbeitung im Zeitbereich 109 3 Frequenzbereichsanalyse 120 3.1 Übergang zum Frequenzbereich 121 3.2 Signalverarbeitung im Frequenzbereich 134 4 Spezielle Analyseverfahren 149 4.1 Multivariate Analyse 149 4.2 Topographische Analyse 154 4.3 Weitere Verfahren 162 Literatur 172 3. Kapitel: Physiologische Grundlagen und Psychophysiologische Meßmethoden der Hirnaktivität Von Thomas Elbert, Markus Junghöfer, Brigitte Rockstroh und Walton T. Roth 1 Einfuhrung 179 2 Bildgebende Verfahren zur Untersuchung des Gehirns 184 2.1 Die Röntgen-Computertomographie (CT) 184 2.2 Die Single-Photon-Emissions-Tomographie (SPECT) 185 2.3 Die Positronenemissionstomographie (PET) 185 2.4 Die Magnetresonanz- oder Kernspintomographie (MRT) 188 2.5 Die TMS (transkranielle Magnetstimulation) 192 2.6 Bei der Rheoenzephalographie 192 2.7 Optische Methoden 192

Inhaltsverzeichnis XIII 3 Die Erfassung dynamischer Gehirnaktivität mittels EEG und MEG 193 3.1 Physiologische Grundlagen der Entstehung von EEG und MEG... 193 3.2 EEG-Ableitung 198 3.3 MEG-Ableitung 201 3.4 Signalanalyse von EEG und MEG 205 3.5 Signalanalyse Ereigniskorrelierter Aktivität 210 3.6 Quellenmodellierung mittels EEG, MEG und MRT 221 3.7 Perspektiven 230 Literatur 231 4. Kapitel: Physiologische Grundlagen, Meßmethoden und Indikatorfunktion der okulomotorischen Aktivität Von Niels Galley 1 Okulomotorik und Psychologie 237 2 Bulbusbewegungen 240 2.1 Sakkaden 246 2.2 Augengleitbewegungen 255 2.2.1 Augenfolgebewegungen 257 2.2.2 Optokinetischer Nystagmus 259 2.2.3 Vestibulärer Nystagmus 260 2.2.4 Vergenzbewegungen 260 2.2.5 Drift, Glissaden 263 2.3 Tremor 264 2.4 Meßmethodik für Drehbewegungen des Bulbus 264 2.4.1 Fragestellung und Augenbewegungsregistriermethode 264 2.4.2 Elektrookulogramm (EOG) 267 2.4.3 Infrarot-Limbustracker 268 2.4.4 Indirekte Cornealreflektrometrie 269 2.4.5 Direkte Cornealreflektometrie 270 2.4.6 Spulen-Haftgläser (Scleral coil) 271 2.4.7 Purkinje-Eye-Tracker 271 2.5 Augenbewegungsparameter als Indikatoren psychologischer Konstrukte 272 2.5.1 Sakkadengeschwindigkeit als Aktivierungsindikator 272 2.5.2 Sakkadenlatenz bzw. Fixationsdauer als Maß der kognitiven Schwierigkeit einer Aufgabe 273 2.5-3 Sakkadierung einer Augenfolgebewegung als Aufmerksamkeitsdefizit 274 3 Lidbewegungen und Lidstellung 280 3.1 Phänomenologie und Physiologie des Lidschlags 281 3.2 Meßmethodik 283

XIV Inhaltsverzeichnis 3.3 Indikatoren 284 3.3.1 Lidschlagrate 284 3.3.2 Lidschlagamplitude, -dauer, -geschwindigkeit 286 4 Pupillenbewegungen 288 4.1 Phänomenologie und Physiologie der Pupillenbewegung 288 4.2 Meßmethodik 291 4.3 Indikatoren 291 5 Linsenbewegungen und Linsenstellung 292 5.1 Phänomenolohie und Physiologhie 294 5.2 Meßmethodik 296 5.3 Indikatoren 296 6 Indikatorfunktion okulomotorischer Parameter Ein Ausblick 297 Literatur 299 5. Kapitel: Physiologische Grundlagen und Meßmethoden der Herz-Kreislaufaktivität Von Jochen Fahrenberg 1 Physiologische Grundlagen 317 1.1 Systemische Sichtweise 317 1.2 Ebenen der kardiovaskulären Regulation 320 1.2.1 Neuronale Kontrollsysteme 320 1.2.2 Neokortikale Ebene 321 1.2.3 Limbisches Vorderhirn und Mesenzephalon 322 1.2.4 Pontine und medulläre Ebene 325 1.2.5 Spinale Ebene, prä- und postganglionäre Neurone 328 1.2.6 Effektororgane und Rezeptorsysteme 330 1.2.7 Kontrollsysteme und Synergismen 332 1.3 Prinzipien der kardiovaskulären Regulation 333 1.3.1 Regulation des Gesamtkreislaufs 333 1.3.2 Kreislaufreflexe 335 1.3.3 Kardiorespiratorische Kopplungen 338 1.3.4 Sympathisch-vagale Kontrolle des Herzens 339 1.3.5 Lokale Durchblutungsregulation 342 1.3.6 Anpassung des Herzzeitvolumens 343 1.3.7 Phasische Regulation des arteriellen Blutdrucks 344 1.4 Muster der kardiovaskulären Regulation 347 1.4.1 Adrenerges und cholinerges Muster 348 1.4.2 Ergotropes und trophotropes Muster 349 1.4.3 Kardiovaskuläre Syndrome 350 1.4.4 Kreislauf als dynamisches System 351 1.4.5 Kreislauf als Verhalten 351

Inhaltsverzeichnis XV 1.4.6 Kardiovaskuläre Anpassung und kardiovaskuläre Verhaltensmuster 351 1.4.7 Modellierung von Komponenten kardiovaskulärer Regulation. 354 1.5 Überlegungen zur Taxonomie 355 2 Nicht-invasive Methoden 358 2.1 Übersicht 358 2.2 Kreislauf-Funktionsprüfungen 362 2.3 Reliabilität und Stabilität 364 2.4 Selektion und Kombination kardiovaskulärer Parameter 365 3 Meßmethodik 369 3.1 Herzfrequenz 369 3.2 Herzfrequenz- und Blutdruck-Variabilität 374 3.3 Systolenzeiten 385 3.4 Elektrokardiogramm 394 3.5 Impedanzkardiogramm 401 3.6 Arterieller Blutdruck 412 3.7 Arterienpulse 425 3.8 Pulswellengeschwindigkeit 435 3.9 Periphere Durchblutung und Hauttemperatur 439 3.10 Sonstige Meßmethoden 445 4 Statistiken ausgewählter kardiovaskulärer Parameter 448 Literatur 454 6. Kapitel: Physiologische Grundlagen und Methoden der respiratorischen Psychophysiologie Von Bernhard Dahme, Reinhard Maß und Rainer Richter 1 Anatomische Strukturen der Lungenatmung 486 2 Physiologische Grundlagen 487 2.1 Ventilation 487 2.2 Pulmonaler Gasaustausch 497 2.3 Gasgehalt im Blut und Säure-Basen-Balance 499 2.4 Neuroregulation der Atmung 501 3 Maße und Meßmethoden der Atmungsaktivität 504 3.1 Atemfrequenz- und Atemvolumenmessung 505 3.1.1 Atemgürtel 505 3.1.2 Thermistoren 506 3.1.3 Pneumotachographie 506 3.1.4 Spirographie 508 3.2 Messung des Atemwegswiderstands 508 3.2.1 Ganzkörperplethysmographie 508 3.2.2 Oszillometrie 511

XVI Inhaltsverzeichnis 3.2.3 Verschlußdruckmethode 513 3.2.4 Pneumometer 513 3.2.5 Pneumophonographie 515 3.2.6 Ballonsonden 515 3.3 Gasanalyse der alveolären Luft und des Blutgasgemischs 516 3.3.1 Sauerstoff- und Kohlendioxyd-Kennwerte im endexspiratorischen Gasgemisch 516 3.3.2 Partialdruck von Sauerstoff und Kohlendioxyd im Blut 517 3.4 Elektromyographie der Zwerchfell- und übrigen Atemmuskulatur... 519 3.5 Interoception 522 3.5.1 Interoception von Volumina 523 3.5.2 Interoception von Widerständen 525 3.6 Psychophysiologie des Atmungssystems 528 3.6.1 Atmung und psychische Belastung 529 3.6.2 Atmung und Entspannung 532 3.6.3 Atmung und Biofeedback 534 4 Schlußfolgerungen 539 Literatur 540 7. Kapitel: Physiologische Grundlagen und Meßmethoden der dermalen Aktivität Von Wolfram Boucsein 1 Physiologische Grundlagen dermaler Aktivität 551 1.1 Zentrale Mechanismen 551 1.1.1 Zerebrale Steuerung der Schweißdrüsenaktivität 553 1.1.2 Spinale Mechanismen der Schweißdrüsenaktivität 559 1.2 Periphere Mechanismen 560 1.2.1 Vegetative Innervation der Haut 560 1.2.2 Strukturen der Haut 561 1.2.3 Bau und Funktion der Schweißdrüsen 562 1.2.4 Thermoregulation und Hautdurchblutung 564 1.2.5 Schweißdrüsenaktivität und Thermoregulation 566 1.2.6 Elektrodermale Aktivität 569 2 Meßmethoden dermaler Aktivität 572 2.1 Elektrodermale Aktivität 572 2.1.1 Registriertechniken 573 2.1.2 Ableittechniken 577 2.1.3 Parametrisierung 581 2.1.4 Artefaktbehandlung und statistische Verarbeitung 584 2.1.5 Anwendungsbereiche elektrodermaler Aktivität 589 2.2 Meßmethoden der Hautfeuchte 592 2.2.1 Schweiß-Abdruckverfahren 592 2.2.2 Schweiß-Sammelmethoden 594

Inhaltsverzeichnis XVII 2.2.3 Kontinuierliche Schweißmessungen 596 2.2.4 Anwendung von Meßmethoden der Hautfeuchte in der Psychophysiologie 597 2.3 Meßmethoden der Hauttemperatur 599 2.3.1 Messung der Oberflächentemperatur 600 2.3.2 Messung der Wärmestrahlung 602 2.3.3 Anwendung der Hauttemperaturmessung in der Psychophysiologie 602 2.4 Meßmethoden der Hautdurchblutung 604 2.4.1 Meßverfahren 604 2.4.2 Anwendung der Hautdurchblutungsmessung in der Psychophysiologie 608 2.5 Reliabilitäten der unterschiedlichen Maße dermaler Aktivität im Vergleich 610 3 Zusammenfassung und Ausblick 611 4 Literatur 612 8. Kapitel: Physiologische Grundlagen und Meßmethoden der elektromyographischen Aktivität Von Frank Rösler 1 Untersuchungen der Muskelaktivität in der Psychophysiologie 625 2 Physiologische und anatomische Grundlagen der Muskelaktivität 627 2.1 Aufbau und Arbeitsweise des Skeletmuskels 627 2.2 Muskelmechanik 628 2.3 Regelung der Muskelkontraktion 629 2.4 Muskeltonus 630 2.5 Zentralnervöse Kontrolle der Skeletmuskulatur 631 2.5.1 Bewegungstypen und Entwicklung der motorischen Strukturen 631 2.5-2 Funktionseinheiten 632 2.5-3 Rückenmark 633 2.5.4 Zentrale Ursprünge der motorischen Faserbündel 634 2.5-5 Basalganglien 637 2.5.6 Kleinhirn 638 2.5.7 Kortex 638 3 Messung und Auswertung des Elektromyogramms 639 3.1 Messung der elektrischen Aktivität am Muskel 639 3.1.1 Elektroden 640 3.1.2 Elektrodenpositionierung 640 3.1.3 Verstärkung 642 3.1.4 Artefakte 642 3.2 Primäre Kennwertbildung 643 3.2.1 Integration 643 3.2.2 Frequenzanalyse 645

XVIII Inhaltsverzeichnis 3.3 Sekundäre Kennwertbildung 646 3.3.1 Zeitliche Dynamik des EMG-Signals 646 3.3.2 Räumliche Dynamik 647 3.3.3 Latenzmessungen 648 4 Perspektiven 650 Literatur 651 9. Kapitel: Ambulantes Monitoring und Assessment Von Jochen Fahrenberg und Michael Myrtek 1 Psychophysiologische Feldstudien für Forschung und Praxis 657 2 Feldstudie Laborexperiment 661 3 Prinzipien des ambulanten Monitoring und Assessment 667 3.1 Physiologische Messungen im Kontext 667 3.2 Registrierung physiologischer Funktionen 668 3.3 Protokollierung psychologischer Daten 672 3.4 Kontexte, Settings, Behavior Settings und Situationen 677 3.5 Auswahlstrategien, Stichprobentechnik, Zeitraster 679 3.6 Repräsentativität, typische Ausschnitte 685 3.7 Segmente, Episoden, Standardsettings 685 3.8 Methodenbedingte Reaktivität und Reaktanz 687 3.9 Akzeptanz und Compliance 690 3.10 Datenerhebungspläne und Assessmentstrategien 691 3.11 Psychophysiologisches Assessment: zwei Beispiele 700 4 Ambulantes Monitoring 708 4.1 Übersicht 708 4.2 Elektrokardiogramm 711 4.3 Blutdruck 725 4.4 Bewegungsaktivität 743 4.5 Elektroenzephalogramm und Polysomnogramm 748 4.6 Hämodynamische Parameter 749 4.7 Atmung 750 4.8 Temperatur 751 4.9 Elektrodermale Aktivität 751 4.10 Gastrointestinale Funktionen und Urodynamik 752 5 Ausblick 752 Literatur 754 Autorenregister 799 Sachregister 835