Zentralnervöse Messmethoden - Fachschaft Psychologie Freiburg

Zentralnervöse Messmethoden
Forschungsstrategien
1.) Physiologie als UV – Verhalten als AV
a. In Tierexperimentellen Studien
b. In Biologischer Psychologie + Neuropsychologie
Bsp: bei Menschen: Urbach-Wiethe Syndrom: Defizite bei Emotionserkennung, wenn Amygdala
beschädigt
2.) Verhalten als UV – Physiologie als AV
a. Psychophysiologie. Registrierung/Messung physiologischer Vorgänge in Abh. Von
Verhaltensänderungen ( experimentell (Verhaltensmanipulation z.B durch Stimuli)) oder
korrelativ)
b. Zentralnervöse, funktionell – bildgebende Verfahren z.B. fMRT: Messung von validen
Korrelationen der Hinraktivität während Verhaltens – oder Denkprozessen
Bsp.: gibt es spezifisches neuronales Substrat bei Emotionserkennung
Bsp.: Zusammenhang zwischen
Hippocampusvolumen und
Berufserfahrung bei Taxifahrern
Überblick Messmethoden zur Messung der Hirntätigkeit
Zeitliche + räumliche Auflösung gängiger Verfahren
Transkranielle Magnetstimulation
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Kurzzeitige Induktion/Modulation neuronaler Aktivität durch Magnetstimulation ( kurze Impulse)
o Induktion eines magnetischen FeldesPotenzial im Nervengewebeneuronale Aktivität
o z.b. unwillkürliche motorische Aktivität bei Stimulation über motorischen Kortex
Repetitive TMS
 Mehrere Reize auf einmal
 1 Hz: inhibitorisch
 20 Hz: exizatorische Wirkung
Elektroenzephalographie (EEG)
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Messung der summierten elektrischen Aktivität ( postsynaptische dendritische Potenziale, v.A. an
Pyramidenzellen) durch Aufzeichnung der Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche
Entstehung d. EEG
 Dipolstruktur d. Kortex
 Erzeugung langsamer Hirnpotenziale durch Polarisation d. Kortex (intra- und extrazelluläre
Ionenbewegung) Aktivierung der apikalen Dendriten der Pyramidenneuronen durch
Afferenzen aus dem Thalamus
 Extrazelluläre Ströme erzeugen an der Kopfhaut bei zeitl. + räumlicher Summation messbare
Potenziale
Spontan EEG
 Spontane Potenzialänderung in Ruheelektrische Aktivität immer vorhanden
 Amplitude + Frequenz sehr niedrig ( <100 Mikrovolt, 1-100Hz)
 Vermutlich über Thalamus synchronisierte regionale kortikale Aktivität
 Frequenzbänder nach Frequenz unterteilt:
o Alpha 8-13 Hz: normaler Wachzustand
o Beta >13 hz: wachzustand + visuelle Aufmerksamkeit
o Delta, gamma theta pathologische Muster
Evozierte Potenziale
 Potenziale die mit sensorischen, motorischen oder psychischen Ereignis in Zusammenhang
stehen ( nicht spontan)
 Mit bloßem Auge nicht erkennbar im EEG Mittelung (spontan EEG wird rausgemittelt)
EEG – Ableitung
 Standartisierte ElektrodenpositionenVergleichbarkeit
ERP: Ereigniskorrelierte Potentiale ( evozierte Potentiale)
 Seltene bedeutsame Reize vs. Häufige (irrelevante) Reize
ERP: Komponenten:
 Seltene / bedeutsame Reize lösen relativ zu häufigen (irrelevanten) Reizen Kaskade von
Potenzialen aus
 Frühe evozierte Potenziale vs. Späte, langsame Potenziale
 Hat verschiedene Phasen
Zusammenfassung EEG
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Summatorische neuronale Aktivität wird in den apikalen Dendriten d. Pyramidenzellen d.
Neokortex und den unspezifischen Afferenzen des Thalamus generiert
Hohe Zeitliche Auflösung ( ms), relativ geringe räumliche Auflösung
Zeitgetreue Abbildung neuronaler + psychischer Prozesse
Für genaue Lokalisation d. neuronalen Substanz eines psychischen Prozesses eher ungeeignet,
aber Quellenlokalisationsmodelle ( Hi – density – EEG)viele Elektroden
Erlauben keine Aussagen über strukturelle – anatomische und metabolische Veränderungen
während geistiger Tätigkeit
Funktionelle Magnetresonanztomographie
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MRT: 1 Bild, hohe Auflösung strukturelle Aufnahme
fMRT: viele Bilder, niedrige Auflösungfunktionelle Aufnahme
Magnet: supraleitend, gekühlt mit flüssigem HeliumSpule hat kein Widerstand, immer an
Gradientenspulen: im Gehäuse d. Hauptmagneten, dienen der Modulation des
Hauptmagnetfeldes
Sende - /Empfangspulen: dienen Erzeugung von HF – Pulsen ü Registrierung des MR – Signals
Kontrollraum: Außerhalb d. Schirmung d. MagnetenSteuerung
Visuelle + akustische Stimulation: Video – Brillen Sysmetn zu Darbietung visueller Stimule
Blickbewegung: Exe – Tracker
Probandenantwort: Taster
Psychophysiologie: Verstärker
MRT – Physik
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Magnetfeld richtet Atomkerne in best. Richtung aus ( Ausrichtung d. Spin im Magnetfeld)
Hochfrequenzanregung durch Radiowellen führt zu Rotation der Kerne
Nach abschalten der Radiowellen wider Ausrichtung zum MagnetfeldZeit= Relaxionszeit
- für unterschiedliche Elemente unterschiedlich langunterschiedliche Helligkeiten
Möglichkeit, unterschiedliches Gewebe zu unterschieden
BOLD – Effekt
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Wie kann Hirnaktivität im MRT gemessen werden?
2 Grundvoraussetzungen
o 1.) magnetische Eigenschaft des Hämoglobins
 Magnetische Körper führen zu Inhomogenität in einem FeldAbnahme des MR
– Signals
 Magnetische Eigenschaft hängt von Sauerstoffgehalt abwenn Sauerstoff
geladen, dann magnetisch neutralZunahme des MR – Signals
o 2.) Regionale Celebraler Blutfluss:
 Neurone verbrauchen bei Aktivierung SauerstoffReaktion der Körpers:
Überkompensation im betreffenden Areal ( erhöhter Sauerstoff)kann man
messen
Korrelation mit neuronaler Aktivität: Kontrolle durch Tiefenelektrodekorreliert ( mit
Zeitverzögerung!)
Ablauf: viele Schritte notwendig!
fMRT: Möglichkeiten
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Zuordnung psychischer Funktionen, Leistungen, Prozessen zu neuronalen Strukturen (
Makroebene)
Untersuchung d. funktionellen Zusammenspiels einzelner Hirnregionen bei psychischen
Vorgängen
Erforschung neuronaler Grundlagen von Erleben + Verhalten
Identifizierung funktioneller Beeinträchtigungen von Hirnstrukturen bei psychischen Störungen/
Erkrankungen
Diagnostik und Prognostik: Erfassung von Personeneigenschaften auf physiologischer Ebene, die
d. Beobachtung bisher nicht zugänglich sind
Therapieplanung: Differenzialindikation für spezifisch wirksame Interventionen
Therapieevaluation: Wirksamkeitsüberprüfung
Grenzen fMRT
Setting:
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Lagerung des Probanden
o Rückenlage, Fixierung d. Kopfesmassive Einschränkung d. Bewegungsfreiheit
o Begrenzung der Dauer auf ca. 30 min. funktionelle Messung
Akustische Stimulation
o Sehr laut, Dämpfung durch Kopfhörer, Stimulation deshlab nur begrenzt möglich
Probandenantwort: nur einfach Reaktion durch Taster möglich, keine größeren Bewegungen,
keine Verhaltensbeobachtung möglich
Messmethoden
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Räumliche Auflösung:
o 2-3 mm, nach Vorverarbeitung geringer
o Geringer als strukturell – bildgebende Methoden ( MRI) + zu gering für funktionelle
Differenzierung kleiner Strukturen ( bsp. Amygdala)
o Theoretisch Einsatz höherer Auflösung möglich, Einsatz spezieller Sequenzen
Zeitliche Auflösung:
o Bereich von Sekunden
o In ms möglich
o Auflösung von psysiologischem Prozess ( BOLD – Antwort) – begrenzt
Statistik
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Aktivierung = Kontrast
o Aktivierung erfolgt immer im Vergelich zwischen 2 Bedingungen
o Frage nach adäquater Kontrollbedingung
Alpha – Fehler Kumulierung
o Hohe Wahrscheinlichkeit falscher positiver Tests ( da sehr viele)
o Für jedes Vocel ein t- Test!!
o Komplexe Korrektur des Alpha – Niveaus bzw. willkürliche Wahl d. Signifikanzniveaus
o Eingeschränkte Vergleichbarkeit von fMRT Studien
Zusammenfassung fMRT