Einführung in die Kogn. Neurowissenschaften

Aus Psycho
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140918 Einführung in die kognitiven Neurowissenschaften

Buch: Lutz Jähnke Kognitive Neurowissenschafften Kuhles Buch zur Gehirnforschung: Michael Hagner, Geniale Gehirne (zur Geschichte der Elitegehirnforscung)

Was ist die Kignitive Neurowissenschaft?

clinical neuroscience, audf der Suche nach klinischen und Biologischen Markern von Krankheiten.

Zusammenführung von 2 Disziplinene, Kognition und Neurowissenschaften

if brain imaging is the answer what is the question ? Wenn eine Diszipline die Antwort sein soll, muss sie auch eine Frage haben, man muss das gemessene auch konzeptuell erklären können.

Man kann nie Theoriefrei messen, Ergebnisse müssen in psychologische Theorien eingeordnet werden

Eine Mehthode, egal wie gut sie ist, wird nie ausreichen um das menschliche Verhalten zu verstehen.

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Geschichte

Die erste kulturelle nennung des Begriffes Gehirn als Hieroglyhe auf Folie 12, gefunden in Edmin Smith Papyrusrollen. Operationsanweisungen, mit denen man Operationen an Menschen vornehmen soll, datiert auf 2000 v. Chr. (Ägypter haben sich gedanken zu Operation des Gehirns gemacht)

Die Ägypter hatten schon das Gefühl das das Menschliche Gefühl wichtig für die Steuerung des menschlichen verhalten sei (Aristoteles Später hat gemeint das Hirn sei ein Kühlorgan, wissen verloren)

Phrenologie (Unsinn aber unterhaltsam)

Gall und Spurzheim haben schädeloberflächen von lebenden und toten ertastet und bumps in the Brain gesucht. Entwicklung von phrenologischen Karten Leute fanden das super!

Wir sind anfällig für jeden blödsinn, um uns nur zu verstehen

Tierforscher hatten zur damaligen Zeit bereits

Gegenbewegungen zu Phrenologie Operationen bei Tieren und willentliche Lsionen bei den Tieren durchgeführt und verhalten beobachtet. Friedrich leopold Golz: hat hunden teile des Hirnes entfernt und nachher den Tieren noch Tricks beigebracht. Er wollte Zeigen das unser Gehirn ein Netzwerk ist und nicht phrenologisch in spezielle Karten eingeteilt ist, aber damals erschien den Leuten die Phrenologie eingängiger.

Highlings Jackson (ein Held für Jähnke)

Hat mit neurologsichen Patienten (besonders Epileptiker gearbeitet) Epileptische anfälle beginnen oft fokal und breiten sich dann aus. (Ganz spezifische Symptome)

 Warum fangen epileptische Anfälle fokal an und breiten sich dann aus
 -> Gehirnbereich der für körperteil zuständig ist beginnt, hat also hitrnaufbau herausgefunden, untershiede zwischen linkshemisphärischen und rechtshemisphärischen Anfällen.

Rechtshemisphärisch räumlich schlecht linkshemisphärisch verbal schlecht

Durch ausbreitung erschloss er den Aufbau des Gehirns.

Wernicke & Broca

Paul Broca

Läsionen im Linken Forntalcortex am fusse der 3 stirnhirnwindung (Gyrus frontalis inferior) Aphasien in diesem Bereich: Broca Aphasie (Monsieur Tan) Beispiel einer schweren Aphasie. Tantan hatte aber globale aphasie, nicht nur Broca apahsie

Wernicke

Hat sich mit Sprachwahrnehmungsstörungen befasst, bei Patient linksseitiger Temporallappen lädiert Sprachwahrnehmungsstörung - wernicke apahasie

Sprache Links lokalisiert, wurde cvon diesen zwei Herren herausgefunden

Phineas Gage

Geschichte aus J1S1 "Aquired Sociapath" Hat antonia da Magio sehr interessiert, dieser hat Luete untersuch die wege Frontalhirnläsionen ihr Sozialleben veränderten. Man hat den Schädel dann genutzt zur Rekonstruktion der Läsion Durchtritsstelle Modelliert und das liess die Läsion ziemlich genau beschriben. Nicht nur die höheren kognitiven funktionen werden durch das Gehirn determiniert, sondern auch sozialverhalten, alles wird durhc das Gehirn determiniert.

Wilder Penfield

Introcortikale Stumulationen, hat somatotopische Karten entwickelt. Hat die Somatosensorik kartiert, der Mann wird in Kanada verehrt. Leider kein Nobelpreis. Dem Penfield wurde gesagt das schon der Fritsch die experimente damals bei Tieren durgeführt hat. (Grösster Teil der alten Literatur ist deutsch udn daher auch auf deutsch) ein wenig Rückschwung der Phrenologie, einfach tiefer

Karl Lashley

hat zuerst mit Ratten und Mäusen gearbeitet und bei den Tieren Läsionen gesetzt. ihm ist aufgefallen wire vernetzt das Hirn ist: Hirn ist ein Netzwerk das in sich anpassbar ist. Gegenpol zur Lokalisationstheorie

Kleist & Goldstein

Kleist ist Protagonist einer neuenneurologie, welche sich im ersten Weltkrieg entwicklet hat. im 1 Weltkrieg wurde extrm schnelle Munition verwendet, Läsionen welche nur kleine Löcher waren. Kleist war versicherungsarzt und hat sich mit Hirnverletzten auseinannder setzen müssen.

Kartierung von Funktionen durcgefährt (Kleist Karten) Lokalisiertung pur!

Kleist wurde oberasistent in GRankfurt, zum Chef Kurt Goldstein Der Mann war vielseitig ein (Gestalt-)Psychologe und ein Neurologe (also sehr vielseitig)

Goldstein

holistische Netwerkverarbeitung, das volle Gegenteil von Kleist Goldstein war Jüdisch, wurde von Kleist denuziert

EIn neues Menschenbild - Kein neues Menschenbild

Die Hirnfrschung ist in aller Munde

Arbeitsmethoden

Experimantalpsychologie

Klassische Psychologische experimente, Viele psychologische Modelle sind auf der basis klassischer Psychologischer Experimente entwicklet worden

Computermodelle

Simulationsexperimente kompliziert anumtende verhaltensweisen von maschinen (& menschen) sind durch einfach elektirsche schaltrkeise hervorrufbar. Schaltkreise können in jeder situation verhalten auslösen, ohen das Gründe, motivationen etc. zugrunde liegen müssen.

Tierforschung

Forschungen an Tieren

Läsionsarbeiten

Folie35 Heuzutage ist es möglich Virtuelle Läsionen zu erzeuhgen, durch Magnetspulen werden magnetfelder apliziert, es kann elektrische aktivität induziert werden, so kann die Verhaltensweise verändert werden. Risikoverhalten lsst sich durch aktivitätsveränderung des frontalcortex verändern

EEG

Folie38

Evoziere Potentiale

man misst durchgehend EEG und spielt z.b einen ton, nun kann man um den Reiz herum ein mittleres EEG messen -> evozierte Potentiale

Problem dabei ist das die evozierten Potential wunderschön an der Schädeloberflöche gemessen werden kann, es kommt nun aber das Problem der inversen Lösung dazu (Helmoltz)

Inverses Problem

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vorwärtslösung: man wiess woher die spannung kommt, bei eeg rückwärts, man hat eine spannungsverteilung und versucht nun den ursprung anhand der spannungsverteilung herauszufinden: problem: es gibt unendlich viele lösungen

mit 31 elektroden hat man im schlimmsten fall eine genaugkeit von ca. 500 mm, der Knickpunkt ist ca bei 60 Elektroden, ab dann geht es fast nicht mehr genauer.

Magnetenzephalograhie

Mann misst die Magnetfelder an der Shcädeloberfläche Man misst senkrecht austretende Magnetfelder (man kann nur einen Teil der Magnetischen aktivitt messen)

Kernspintomographie

EEG wird noch immer stark genutzt. Mit dem EEg können kontinuierlich die gerhirnaktivität gemweesssen werde, es können aber auch evozierte Potentiale gemessen werden. (Aufsummieren und mitteln, dadurch geht das Rauschen verloren und das kernsignal auf den Reiz tritt zum Vorschein)

Folie39

Aufgrund der elektischen Feldern versucht man auf die zugrunde liegenden Dipole zu schliessen, Schätzgenauigkeit hängt von der Anzahl der Elektroden ab (bis ca 63 die grösste Verbesserung) Bei 63 mm Fehler liegt bei ca. 2 cm für psychologische Fragestellungen relativ genau.

Mann kann auch intrazerebralle Zellen erschliessen

MEG

Mann misst magnetfelder an der Schädeloberfläche. Auch dhier ist das Gerät mit Helium gekühlt. Man kann nur die senkrechtenen Magnetfelder messen, die Tangentialen lassen sich nicht messen.

MRI

Geräte von Philips, Siemens & GE. Röhre generiert starke magnetfelder (fürher 1.5 Tesla 20faches der Erdanziehung) Heute wird mit 3-7 Tesla gemessen

bei vielen Damen artefakte bei messungen, Waschmittel oder Haarspray mit Glitzer führt zu Magnetfeldstörungen.

Schwieig bei Experimenten, es müssen kernspinkompatible Geräte verwendet werden (nicht magnetisch)

Das Magnetfeld beeinflusst die Wasserstoffatome im Gehirn. (wie kliene Stabmagneten) Man hat leicht Paramagnetische Moleküle. Diese Moleküle richten sich in eine Richtung aus wenn sie im starken Magnetfeld liegen. Danach werden Radioimpulse reingejagt, woraufhind die Moleküle ausschwingen und dann langsam zurückschwingen, die Relaxation, diese ist jeweils typisch für unterschiedliche Gewebetypen.

Anhand der lokalen Ralaxationszeiten kann man dann erschliessen was für ein Gewebe an welcher Stelle ist. Folie45

Man kann also Anatomie messen. Brain Tutor von Brainvoyager

BOLD effekt

Blood oxygen Level Dependent Wenn man nun einen visuellen Reiz sieht wird der in V1 verarbeitet, die Nervenzellen in V+ sind stark elektrisch aktiv. Sie verbrauchen Energie (Zucker & Suaerstoff) Wenn sie aktiv werden, fliesst auf einmal mehr sauerstoffreiches But in das jeweilige Gewebe. (Blutflussteigerung) je mehr blut reinfliesst desto besser das Signal. IN dem moment wo die Nervenzellen aktiv sind holen sie sich die Energie aus dem Hämoglobin aus dem Blut, Suaerstoff wird aus den Zellen gelöst, es entsteht Desoxyhämoglobin, ganz leicht negativ geladen -> Magnet in magnetfeld macht ein Artefakt, da Zwei Magnetfelder aufeinander Treffen. Am Anfang geht das Kernspinsignal runter (initial Dip) Sauerstoffreiches Blut fliesst kompensatorisch rein, relative Konzentration von Suaerstofftreichen Blut nimmt zu) Signal wird klarer.

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BOLD effekt misst doppelt indirekten Effekt. Wir messen den Überschuss an sauerstoffreichen Blut, nicht den Energieverbrauch und nicht das Signal selber.

Maximum in V1 trifft ca 6-8 Sekunden nach präsentation des Visuellen Reizes auf! sehr träge es schwingt sogar, post stimulus undershoot. Doppelt indirekte Messung und sehr langsam und träge. Mite dem EEG kann man in ms messen.

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Mit statistischen analysen kann man dan Bilder produzieren, es sind keine Blutflusssignale, sonder statistische Signale! Folie48 Erzeugen den Eindruck das einzelne Regionen ganz klar verantwortlich sind statistischer Trugschluss

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Jede Messung hat ihre Vor und Nachteile

Evolution des Gehirns

Gehirngrösse müssen in verhätlnits zu Körpergrösse gemessen werden Encephalisatinsquotient. Wir haben bezogen zur Körpergrösse ein grösseres Gehirn im Vergleich zu anderen Tieren. Folie52/53

Man hat von verschiedenen Spezies die Körpergrösse und die Gehirngrösse Nun hat man eine Regressionsgerade (je grösser körper desto grösser gehirn) Beim Mensch ist das gehirn aber ca 7-8 mal grösser als es aufgrund der Körpergrösse zu erwartet wäre.

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Bei der Katze ist das Gehirn so gross wie man es anhand der Körpergrösse annehmen könne. Früher dachte man das das der Ausdruck für die Intelligenz (Delfine haben auch hohen EQ) Seit neuestem geht man von anderen Zusammenhängen aus, man kann schäztzen wieviele Neuronen im Gehirn sind Mensch verfügt über die Grösste Anzahl Neurone im Cortex 11.5 Mia Am Meisten Neurone bei Allen gehinrnen (Anzahl neurone pro kubik und extreme Menge der Neurone. Menschliche Neurone auch besonders stark verknüpft jedes Neuron hat im schnitt 10'000 Verbindungen zu anderen.

Anzahl der Neuronen und Vernetzung macht Menschliches Gehirn aus

Take Home:

  • Sie können den Begriff „Kognitive Neurowissenschaften“ einsortieren
  • Neurowissenschaften können nie isoliert den Menschen und damit menschliches Verhalten erklären.
  • Es ist immer eine Theorie aus der Psychologie notwendig!
  • Neurowissenschaftliche Phänomene (Neuroanatomie, Plastizität, Neurophysiologie) können ohne Psychologie auskommen!
  • Sie können die wesentlichen geschichtlichen Strömungen der Kognitiven Neurowissenschaften einordnen!
  • Sie kennen den aktuellen Stellenwert der Kognitiven Neurowissenschaften und haben eine kritische Distanz!
  • Sie kennen die wichtigsten Methoden der Kognitiven Neurowissenschaften!
  • Sie kennen den Stellenwert und die Vor- und Nachteile der Methoden !
  • Sie kennen die Besonderheiten des menschlichen Gehirns!
  • Sie kennen die wesentlichen Probleme der Kognitiven Neurowissenschaften!