Neue Entwicklungen in der kognitiven Neuropsychologie
Mit einer ausreichenden Zahl von Elektroden kann die elektrische Aktivität der Grosshirnrinde erfasst und eine Erregungslandkarte gezeichnet werden
Die funktionelle Magnetresonanztomographie fmri lässt die Aktivität von Tiefenstrukturen erkennen
Hans Berger (1873-1941)
Aufgenommen: 1922 Publiziert: 1929
Huber Rohracher (1902-1972)
Der 1935 von Rudolf von Ottenthal in Wien gebaute Verstärker
Rohrachers frühe EEG-Registrierungen
Erstes Schlaf-EEG 1935
Verschollene Publikationen
Frequenzanalysen mit Analoggerät
Kohärenzanalyse Hellmuth Petsche
(a) Mozart vs. Ruhe-EEG (b) Kopfrechnen vs. Ruhe-EEG
(a) Schönberg (b) Jazz
(a) Bach (b) Beethoven
Sensorisch evozierte Potentiale Event Related Potentials
Die (vergebliche) Suche nach Reizantworten
Objektive Audiometrie Kurt Burian & Gidon Gestring
Sensorisch evozierte Potentiale Abbild der Aussenwelt? Korrelat des Erlebens?
Das Potential ein Abbild des Erlebens
Langsame Hirnrindenpotentiale Gleichspannungspotentiale
Kornhuber & Deecke 1965 Hirnpotentialänderungen bei Willkürbewegungen und passiven Bewegungen des Menschen: Bereitschaftspotential und reafferente Potentiale
Bereitschaftspotential ~1000 msec Willkürbewegung
Current source density bei einfachen (links) und komplizierten (rechts) Fingerbewegungen: Frühe Phase 2.3 sec vor der Bewegung
Current source density bei einfachen (links) und komplizierten (rechts) Fingerbewegungen: Späte Phase 0.45 sec vor der Bewegung
Benjamin Libet 1982 Erleben einer Willenshandlung
0 45 Umlaufzeit: ~ 3 sec 15 30
Spontane Bewegung: RP: EMG: Bereitschaftspotential Handlung (Myogramm) W: Erlebter Willensentschluss RP W 1000 msec 500 msec EMG
Der physiologische Prozess geht dem Erleben einer Willenshandlung voraus
Veto Design 0 Veto Zeitpunkt 45 15 Geplanter Zeitpunkt 30
Veto - Zeitpunkt Geplanter Zeitpunkt
Slow Potential Topography
Verbale Aufgaben: Wald : Bäume = Wiese : Gras Raumorientierungsaufgaben: Mentale Rotation
Sprache Raum
Slow Potential Topography der Raumwahrnehmung
Brain Trigger Design
Änderungen des DC-Potentials um wenige Millionstel Volt beeinflussen unsere Leistungsfähigkeit
Selbstkontrolle durch Biofeedbacktraining Erstes DC Biofeedback: 1977 durch Lauber
Mit einer Echtzeitversion der low-resolution electromagnetic tomography LORETA wurden Probanden trainiert, die Stromdichte im vorderen gyrus cinguli zu erhöhen.
Rückmeldung der lokalen Oxigenierung in Echtzeit Christopher decharms et.al. - 2004 BOLD bei vorgestellten Bewegungen (A) vor dem Training und (B) nach einem Echtzeit-Biofeedbacktraining
Down-Regulation der parahippocampalen place area und Up-Regulation der supplementär motorischen area N. Weiskopf et. al. Gruppe Niels Birbaumer - 2005
(a) BOLD-Darstellung am Display des Versuchsleiters (b) Feedback-Schirm mit der Instruktion: grün = Zunahme, blau = Abnahme Diese Erregungsverteilung erleichterte die Einprägung von sinnvollem Material
Schmerzkontrolle durch rtfmri-feedback aus dem vorderen cingulären Cortex De Charms et.al. 2005
Rückmeldung des BOLD-Signals durch einen Graphen bzw. das Videobild einer Feuerstelle
Am Wiener Institut wurden von der Forschungsgruppe Herbert Bauer, Florian Fischmeister und Claus Lamm Verfahren entwickelt, die eine Simultanregistrierung von EEG und fmri möglich machen.
Simultanregistrierung von EEG und fmri
Vom Labor in die Lebenswelt
DC-Potential und Muskelentspannung
Aktiverungssteuerung durch Muskelrelaxation
Aktivierungssteuerung durch Atemkontrolle
Diese Techniken können wirksamer sein als ein Psychopharmakon
Meditation
E. R. Kandel Nobelpreis 2000 The molecular biology of memory storage: A dialogue between gens and synapses. [Science 2001]
Neurobiologie des Lernens
Vesikeln Endknopf Synapsenspalt Golgiapparat Mitochondrien Postsynaptische Membran Presynaptische Membran
Hebb Postulat 1949 Die synaptische Verbindung von zwei gleichzeitig erregten Zellen wird verstärkt
Hebb Postulat 1949 Die synaptische Verbindung von zwei gleichzeitig erregten Zellen wird verstärkt
Hebb Postulat 1949 Die synaptische Verbindung von zwei gleichzeitig erregten Zellen wird verstärkt
Bliss & Lomo 1973: Long term potentiation LTP
NMDA-Rezeptor: N Methyl D Aspartat Rezeptor Maximale Erregung bei: 1) Bindung von Glutamat an den Rezeptor 2) Postsynaptischer Depolarisation [Massiver Einstrom von Ca ++ ]
LTP tritt in Strukturen auf, die für das Lernen relevant sind Substanzen, welche die Lernfähigkeit beeinflussen, wirken auch auf die LTP Mausmutanten mit verminderten LTPs haben Lernschwierigkeiten
In Zusammenhang mit der LTP treten am NMDA-Rezeptor Veränderungen auf: Zunahme der Anzahl von Synapsen Veränderung ihrer Gestalt Vermehrung der postsynaptischen NMDA- Rezeptoren
Eric Kandel, 1929 in Wien geboren, begann in den 60er Jahren über die Neurobiologie des Lernens zu arbeiten
Die Meeresschnecke Aplysia [Seehase] besitzt nur rund 20 000 Neuronen
Die relativ grossen Neuronen können leicht Präpariert und sogar in vitro gehalten werden
Lernabhängige Veränderungen können untersucht werden
Kandels Modell für Lernprozesse war der Kiemenrückziehreflex der Aplysia
Gewebekulturen für einfache Lernschaltkreise
Das Motoneuron L 7 bewirkt eine rasche Kontraktion der Kieme
Von 24 sensorischen Neuronen werden durch einen Hautreiz 6 aktiviert. Diese leiten die Erregung an 6 Motoneuronen weiter, die den Kiemenreflex bewirken
Sensory neuron Nucleus Serotonin Receptor Motor neuron Reinforcement by increased release of glutamat Grundlage kurzfristiger Behaltensleistungen ist eine erhöhte Transmitterausschüttung.
Langfristige Behaltensleistungen beruhen auf einer Neubildung von Synapsen
Die Frage, warum Wachstum nur an aktivierten Synapsen auftritt, konnte an verzweigten Axonen untersucht werden, an denen die Lenkung von Proteinen aufgeklärt wurde
Nur an der Synapse, an welcher Serotonin appliziert wurde, treten Veränderungen auf
Neuronale Plastizität: Durch solche Umstrukturierungen kann sich sogar die Grösse von kortikalen Projektionsfeldern im Anschluss an Lernprozesse verändern [M. M. Merzenich 1990]
Sensibilitätssteigerun g der Mittelfinger durch mehrmonatiges Training Somatosensorische Repräsentation beim Nachtaffen [Owl Monkey]
Somatosensorische Areale der Fingerspitzen vor (li) und nach (re) dem Training
Auch das Dogma der Zellkonstanz ist nicht mehr aufrecht, da Nervenzellen auch postnatal gebildet werden können, wie Fernando Nottebohm erstmals am Vogelhirn gezeigt hat.
Dabei werden die neugebildeten Nervenzellen von Gliafasern geleitet
Solche Neubildungen finden auch im menschlichen Gehirn statt Die Neurogenese geht vom Ependym der Ventrikel aus Neurotropine (Neural Growth Factor) steuern dieses Wachstum
Eine grosse Zahl von Neuronen (~ 50%) geht durch Zelltod (Apoptose) wieder zugrunde Dabei tritt eine erhebliche Umbildung der synaptischen Verbindungen auf
Angst Stress - Belastung
Sport erwies sich als ideales Modell für die Stressforschung Klettern Fallschirmspringen Tischtennis Judo Orientierungslauf Eishockey Regattasegeln
Motivation unter Belastung
Approach Motivation 70 60 50 40 30 1 Stunde 5 Minuten Klettern 5 Minuten 1 Stunde
Approach Motivation 70 60 50 40 30 1 Stunde 5 Minuten Klettern 5 Minuten 1 Stunde
Die kognitive Einstimmung auf eine bevorstehende Belastung ist von entscheidender Bedeutung: Kognitive Coping-Strategien
Leistung unter Belastung: Manche werden besser
Andere schlechter als erwartet
Manche Menschen zeigen unter Belastung einen Leistungsverlust [ Trainingsweltmeister ], während andere gerade unter Druck besser werden.
80 60 40 20 0 1 2 3 4 N L N L Erfolgreiche Sportler Training Champions
Ergopsychometrie Nur der Vergleich der Testleistungen unter Neutralbedingungen und unter Belastung erlaubt eine Vorhersage der in kritischen Situationen auftretenden Leistungsänderungen
Trainingsbedingte Belastungen können für ergopsychometrische Testungen genützt werden
Realistische Simulationen sind wichtig: Ergopsychometrie auf der Ausreitbank
Ergopsychometrische Testungen ermöglichen eine verlässliche Vorhersage der Leistung unter Belastung [Bischof & Beiglböck - Orientierungsläufer] Wettkampfleistungen Testleistung unter Belastung TW 0 5 ES 25 1
Die Ursache für Veränderungen der Leistungsfähigkeit unter Belastung zeigte sich in neuropsychologischen Studien des Wiener Instituts
DC-Potential und Leistung Im mittleren Aktivierungszustand ist die Leistungsfähigkeit optimal
Leistung Aktivierung Unsere aktuelle Leistungsfähigkeit hängt vom Aktivierungsniveau ab
Leistung Aktivierung Zwischen Aktivierung und Leistung besteht eine umgekehrt u-förmige Beziehung
Leistung Aktivierung Menschen unterscheiden sich in ihrem habituellen Aktivierungsniveau
Leistung Aktivierung Jede Belastung hat eine Erhöhung des Aktivierungsniveaus zur Folge
Leistung Aktivierung Der habituell hoch Aktivierte wird dadurch zum Trainingsweltmeister
Die Therapie des Trainingsweltmeisters: Aktivierungssteuerung
Dissertationen an der SFU: Albel - Schrank - Wieser Mögliche Szenarien des Katastrophenterrorismus Auswirkungen auf First Responder Biofeedbacktherapie mit First Respondern Prävention von posttraumatischen Syndromen
Skalierung der emotionalen Wirkung der Situationen
Versuchsablauf der Arbeiten Albel - Schrank - Wieser
117 First Responder : 26 Freiwillige Feuerwehr 31 Militär 40 Polizei 20 Rettungsorganisation Samariterbund
Olfaktorische Reizung
Olfaktorische Reizung bewirkt die stärksten emotionalen Reaktionen
Belastungstest und Biofeedback-Training
Giselher.Guttmann@univie.ac.at