Biologische Psychologie, 7. Vorlesung, Methoden Der Biologischen Psychologie

Front 1

Häufige Methoden

Back 1

• Neuroanatomie: z.B. Rezeptordichte, axonale Verbindungen
• Direkte oder indirekte Messungen neuronaler Aktivität:
• Intrakranielle Elektrophysiologie
• Elektroenzephalographie (EEG)
• Magnetenzephalographie (MEG)
• Strukturelle Magnetresonanztomographie, funktionelle MRT (fMRT)
• Positronenemissionstomographie (PET)
• Beeinflussung neuronaler Aktivität:
• Pharmakologische Studien
• Läsionsstudien (Tierversuch)
• Transkranielle Magnetstimulation (TMS)
• Patientenstudien
• Genetische Studien
• Periphere Messwerte: Herzschlag, Atmung, Hautleitwert

Front 2

Neuroanatomische Methoden

Back 2

• Immunohistochemie: spezifische Antikörper für bestimmte Zellbestandteile (z.B. Rezeptoren) werden mit Farbstoff gekoppelt
man erkennt, welche Zelltypen, Rezeptoren, Transmitter etc. wo im Gehirn lokalisiert sind
• Axonale Tracer: Farbstoffe werden lokal injiziert, von Nervenzellen aufgenommen und innerhalb der Zelle weiter transportiert (Darstellung von efferenten und afferenten Verbindungen):
• Anterogrades Tracing: Farbstoffe werden um die Zellkörper injiziert und von der Zelle zu den
synaptischen Endknöpfchen transportiert
wo gehen Efferenzen hin?
• Retrogrades Tracing: Farbstoffe werden von den Endknöpfchen aufgenommen und zurück
zum Zellkörper transportiert
Von wo bekommen Neuronen Afferenzen?

Front 3

Messung neuronaler Aktivität

Back 3

• Grundidee
• Wahrnehmungen, Bewegungen, Gefühle und Gedanken sind im Gehirn durch charakteristi-
sche Aktivitätsmuster in Neuronenpopulationen repräsentiert
• Die Aktivität und/oder Lokalisation dieser Repräsentationen lassen sich messen
• Verständnis d. Verarbeitung erweitert Verständnis d. zugrundeliegenden psycholog. Prozesse
• Prinzip
• Experimentelle Präsentationen von Stimuli oder Verhaltensaufgaben
• Messung neuronaler Aktivität während dieser Aufgaben
• Vergleich mit Aktivität während Kontrollaufgabe
• Wichtig: Experimentelle Aufgabe und Kontrollaufgabe dürfen sich nur in der Variable unter-
scheiden, die untersucht werden soll

Front 4

Intrakranielle Elektrophysiologie

Back 4

• Invasive Methode: Operation notwendig (im Tierversuch oder bei Patienten, die sowieso eine Gehirn-OP benötigen, bei der es notwendig ist Elektroden einzuführen)
• Elektroden werden in ein oder wenige Gehirnareale implantiert
• Gemessen wird elektrische Aktivität (APs) einzelner Neurone o. Neuronenpopulationen Hohe
zeitliche Auflösung, hohe räumliche Auflösung
• Man erhält zwei Informationen: Feuerrate der Zelle und Synchronisation der Zelle mit anderen
Zellen eines Netzwerks
• Beispiel: Sind einzelne Zellen im Hippocampus für bestimmte Videoclips aktiv? Sind sie auch ak-
tiv, wenn diese Clips nur aus dem Gedächtnis abgerufen werden?
„Einzelableitung“ nur über diese Methode

Front 5

Elektrophysiologische Aktivitätsmuster

Back 5

• Tonische Aktivität: andauernde „Basis“-Aktionspotential-Aktivität, Neuron feuert immer wieder, regelmäßig, kontinuierlich andauernd
• Phasische Aktivität („Bursting“): Kurze Phasen erhöhter Feuerrate
• Einzelne Neurone können beide Muster kombiniert zeigen

Front 6

Elektroenzephalographie (EEG)

Back 6

• Nicht-invasiv: Elektroden werden außen am Schädel (auf der Kopfhaut) angebracht
• Gemessen werden Spannungsschwankungen im Vergleich zu einer Referenzelektrode
• Einzelne Neuronen nicht messbar, weil elektrisches Feld zu gering, sondern Summenaktivität
vieler (mehrerer 100.000) gleichzeitig aktiver Neurone
• Spannungsdifferenz wird nicht durch APs generiert, da sie zu kurz sind, um sich aufzusummieren
und Axone nicht gleich ausgerichtet sind (kein paralleler Verlauf wie bei Dendriten)
• Gemessen werden elektrische Felder durch dendritische Aktivität
EPSPs
• Vorteil: nicht invasiv, gute zeitliche Auflösung, günstig
• Nachteil: schlechte räumliche Auflösung und Verzerrung des Signals durch den Schädel

Front 7

Hintergrund: Rhythmische Vorgänge

Back 7

• Oszillation: regelmäßige Schwankung
• Frequenz: Häufigkeit pro Zeiteinheit (z.B. 10 Mal pro Sekunde, 10 Hz)
• Periode: Intervall der Wiederholung (z.B. 1 Sekunde)
• Amplitude: Größe der Schwankung (z.B. 50 μV),Spannung
• Phase: Schwingungsversatz an bestimmter Stelle und Zeit

Front 8

EEG-Spontanaktivität

Back 8

• EEG wird ohne äußere Stimulation o. Verhaltensaufgabe gemessen
• Dadurch lassen sich länger andauernde Zustände vergleichen (Wach/Schlaf, Augen auf/zu)
• Amplitude und Frequenz der Spannungsschwankungen werden gemessen
• Bestimmte Frequenzbänder sind in verschiedenen Zuständen regional besonders dominant

Front 9

EEG-Frequenzbänder (Sortierung von niedrigster zu höchster Frequenz, nicht alphabetisch)

Back 9

• Delta: 0,5-4 Hz, 20-200 μV; Tiefschlaf, niedrigste Frequenz, höchste Amplitude, gr. Zellverbände

• Theta: 4-8 Hz, 5-100 μV; Dösen und Schlaf

• Beta: 14-30 Hz, 2-20 μV; aktiver Wachzustand (z.B. wenn man sehr konzentriert ist)

• Gamma: >30 Hz, 2-10 μV; kurz anhaltende Synchronisierung bei Wahrnehmung und kognitiven Aufgaben (hohe Frequenz, kleine Amplitude, relativ kleine Zellverbände)

Front 10

EEG – Ereigniskorrelierte Potentiale (EKPs)

Back 10

• Untersuchung von neuronaler Aktivität im Zusammenhang mit Stimuli o. Aufgaben
• Reizgekoppelte Aktivität klein im Vergleich zu Hintergrundaktivität
Trick: viele gleiche Reize
präsentieren und Antwort mitteln
• Hintergrundaktivität (Rauschen) ist nicht an Stimuluspräsentation gekoppelt und mittelt sich
deshalb heraus
• Reizgekoppelte Aktivität deshalb deutlicher zu sehen
• EKPs haben verschiedene Komponenten – Beschreibung anhand von
• Latenz (Zeit seit Reizbeginn) in ms
• Polarität (positive o. negative Spannungsänderung)
• Topographie (Lage der Elektrode / der berechneten Quelle), z.B. frontal, parietal

Front 11

EEG-Frequenzanalyse

Back 11

• Nicht-invasiv: Detektoren messen magnetische Feldlinien oberhalb der Schädeloberfläche
• Physiologische Basis: postsynaptische (dendritische) Summenpotentiale über große Gruppen von
Neuronen (aus Sulci)
• Ca. 50.000 bis 100.000 Neuronen müssen gleichzeitig aktiv sein

Front 12

MEG und EEG im Vergleich

Back 12

• MEG hat bessere räumliche Auflösung als EEG (auf wenige Millimeter genau)
• Magnetfelder werden nicht durch Schädel gedämpft und verzerrt
• Signale nur aus Sulci, deshalb weniger komplex
• MEG hat bis zu 300 Sensoren, EEG 64 oder 128
• Nachteil d. MEG: Aufwand / Kosten
• Abschirmung gegenüber Störfaktoren nötig
• Hochempfindliche Detektoren (supraleitend, müssen mit flüssigem Helium gekühlt werden)
• Man muss stillhalten
• Zeitliche Auflösung und Analysen analog zu EEG • Spontanaktivität
• Ereigniskorrelierte Magnetfelder bzw. ereigniskorrelierte Frequenzanalysen