PPT - ARGE PuP Wien
Werbung
Neue Entwicklungen in der kognitiven Neuropsychologie Mit einer ausreichenden Zahl von Elektroden kann die elektrische Aktivität der Grosshirnrinde erfasst und eine “Erregungslandkarte” gezeichnet werden Der BOLD-Effekt (blood oxygen level dependent) Die funktionelle Magnetresonanztomographie nutzt die unterschiedlichen magnetischenfMRI lässt die Aktivität von von Tiefenstrukturen erkennen Eigenschaften sauerstoffreichem und weniger sauerstoffreichem Blut 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 30 15 Spontane Bewegung: RP: Bereitschaftspotential EMG: W: RP 1000 msec Handlung (Myogramm) Erlebter Willensentschluss W 500 msec EMG Der physiologische Prozess geht dem Erleben einer Willenshandlung voraus „Veto – Design“ 0 Veto Zeitpunkt 15 45 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 NMDARezeptoren 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 L7 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 Nucleus Sensory neuron 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] Somatosensorische Repräsentation beim Nachtaffen [Owl Monkey] Sensibilitätssteigerun g der Mittelfinger durch mehrmonatiges Training 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 1N 2L 3N 4L 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 ES 0 25 5 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 31 40 20 Freiwillige Feuerwehr Militär Polizei Rettungsorganisation Samariterbund Olfaktorische Reizung Olfaktorische Reizung bewirkt die stärksten emotionalen Reaktionen Belastungstest und Biofeedback-Training [email protected]
