Kognition - Neurobiologie, FU Berlin
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Kognition http://www.gfs-ebs.de/index.htm PD Dr. Bernd Grünewald Institut für Biologie – Neurobiologie www.ionenkanal.de Was ist Kognition? Mögliche Definitionen: „Kognition bezieht sich auf die Mechanismen, durch die Tiere Informationen aus ihrer Umwelt aufnehmen, verarbeiten, speichern und entsprechend handeln.“ Sara J. Shettleworth, Cognition, Evolution and Behavior. Oxford University Press, 1998 „Kognition ist ein Prozeß, bzw. eine Fähigkeit, interne neuronale (mentale) Repräsentationen der Umwelt zu bilden, zu speichern und abzurufen. Kognitive Neurowissenschaft beschäftigt sich mit den neuronalen Korrelaten von Kognition." Was ist Kognition? „...the process involved in knowing, or the act of knowing, which in its completeness includes perception and judgment. Cognition includes every mental process that can be described as an experience of knowing as distinguished from an experience of feeling or of willing. It includes, in short, all processes of consciousness by which knowledge is built up, including perceiving, recognizing, conceiving, and reasoning. Encyclopedia Britannica 2000 Kognitive Leistungen des menschlichen Gehirns: Kann sich das Gehirn selbst erkennen? Wahrnehmen, Handeln Lernen, Gedächtnis bilden Planen, Erwarten Regeln extrahieren, Abstraktion Sprachliche Kommunikation Denken, Vorstellen, Erinnern Ich Wahrnehmung, Meinigkeit des eigenen Körpers Realitätscharakter von Erlebtem, Unterscheidung von Realität und Vorstellung Bewußtsein Kognition • • • • • Lokalisation kognitiver Leistungen Aufbau des Neokortex Neuroimaging Gehirnentwicklung Bewußtsein Das menschliche Gehirn Großhirn (Cerebrum) Hirnstamm Kleinhirn (Cerebellum) Lokalisation kognitiver Leistungen im menschlichen Gehirn www.wik ipedia.org Die Phrenologie: ein sehr früher Versuch, mentale Eigenschaften Gehirnregionen zuzuordnen Franz Joseph Gall (1758-1828) Lokalisation kognitiver Leistungen im menschlichen Gehirn •Läsionen •Ischämien •elektrische Stimulationen •invasive und nicht•invasive Messmethoden H. Damasio et al. Sc ience 1994 http://www.math.tu-dresden.de/~belov /brain/ Der Neocortex Karten im Gehirn für Bewegungen Karte der Motorik für Körpergefühl Karte der Körperoberfläche Kortexareale im Säugergehirn Sensorischer Kortex Motorischer Kortex auditorisch Dudel, Menzel Schmidt, 2000 Kortexareale im Säugergehirn Sensorischer Kortex Motorischer Kortex auditorisch Assoziativer Kortex Dudel, Menzel Schmidt, 2000 Der Aufbau des visuellen Kortex Die Schichten des Kortex IV: Eingänge vom CGL VI: Ausgang der Pyramidenzellen II-III: intrakortikale Projektionen Der Aufbau des visuellen Kortex Die Schichten des Kortex Die Augendominanzbänder Die unterschiedlichen Rollen der beiden Hirnhemisphären Rechtes Sehfeld Linkes Sehfeld Primärer visueller Cortex Seitenspezifität der beiden Gehirnhemisphären für bewußtwerdende und nicht bewußte Handlungen Natrium Amytal: ein Narkotikum Die Asymmetrie der Gehirnhemisphären Meist linke Hemisphäre Sprachzentren Verständnis von Sprache Produktion von Sprache Bewußtsein von deklarativem Wissen (Wissen von Fakten, Orten, Begebenheiten) Meist rechte Hemisphäre Erkennen ohne Bewußtsein Emotionale Aspekte von Sprache und Musik Raumvorstellung Wie können wir die Aktivität des Gehirns messen? Kernspintomographie (= MRI, MRT) MRI – Scan: Anatomie Kandel, Schwartz, Jessel (2000) fMRI – Prinzip: BOLD-fMRI BOLD = blood oxygen level dependent. deoxy-Hb: effizientes Dephasing - schnelle Signalabnahme oxygeniertes Hb: langsameres Dephasing - stärkeres MRI Signal Kandel, Schwartz, Jessel (2000) Aktivitätsverteilung bei realer und vorgestellter Bewegung rot: wahrgenommene Bewegung grün: vorgestellte Bewegung gelb: überlappende Bereiche Positronen-Emissions Tomography - PET 11C-Alpha-Methyl-Tryptophan PET Image zeigt die Verteilung des Neuromodulators Serotonin im Gehirn eines Kindes mit Epilepsie PET - Prinzip Injektion eines radioaktiven Kontrastmittels in die Blutbahn Kontrastmittel erreicht das Hirn (Radionuklide: Positronenstrahler) Messung lokalen Blutflusses oder regionaler Metabolismus (Gammastrahlung) instabile Isoptopen (1 Proton zu viel) 1 Proton - 1 Neutron = 1 Positron 1 Positron + 1 Elektron - Auslöschung + Gammastrahlung (Energie) PET scan = Gamma Detektor array Substanzen, die injiziert werden: Glukose: 18F-fluorodeoxyglucose Blutfluß: H215O Liganden für Rezeptoren: 18F-DOPA Kandel, Schwartz, Jessel (2000) PET Messungen vorn Hören von Wörtern Sprechen von Wörtern Sehen von Wörtern Denken von Wörtern hinten Hirnentwicklung Limbisches System ab 6. Woche der Embryonalentwicklung Hippokampus ab 22. Woche der Embryonalentwicklung, (Verknüpfung mit den Korttexarealen später) Assoziativer Kortex nach der Geburt bis zum Erwachsenenalter (nach Spektrum der Wissenschaft) Die Dichte der Synapsen im frontalen Kortex nimmt in den ersten fünf bis acht Lebensjahren zu und dann langsam ab, aber ein Hinweis darauf, wann man was lernt oder lernen sollte, ist das nicht Dichte von Synapsen im frontalen Kortex des Menschen (Synapsen/ mm3 . 103) Lebensjahr Gibt es eine beste Zeit im Leben zum Lernen? NACHGEBURTLICHE HIRNENTWICKLUNG Dendritenentwicklung und Synapsendichte Visueller Cortex: Höhepunkt der Dendritenentwicklung und Synapsendichte mit einem Jahr, dann Reduktion bis zum 11. Jahr. Broca-Areal: Ausreifung ab Ende des dritten Jahres. Frontallobus: Höhepunkt der Dendritenentwicklung und Synapsendichte mit 1 Jahr (doppelt so hoch wie im visuellen Cortex). Reduktion ab 5-7 Jahren, Ende mit ca. 16 Jahren. Es mehrere und verschiedene Formen des Bewußtseins, die sich bestimmten Hirnarealen zuordnen lassen AUTORSCHAFTS-B. KÖRPER-B. VERORTUNGS-B. AUFMERKSAMKEITS -B. HANDLUNGSPLANUNGS-B SPRACHLICHES ICH ETHISCHMORALISCHES B. SENSORISCHES ERLEBNIS-B. AUTOBIOGRAPHISCHES ICH Bewusstseinszustände als Funktionen der Großhirnrinde: Vortrag Gerhard Roth Wer lernen will, muss vor allem reden und begreifen Anteil des Behaltenen
