Kognitive Leistungen des menschlichen Gehirns
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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 Emotionen, Affekte, Bedürfniszustände Ich Wahrnehmung, Meinigkeit des eigenen Körpers Realitätscharakter von Erlebtem, Unterscheidung von Realität und Vorstellung Bewußtsein Lokalisation kognitiver Leistungen im menschlichen Gehirn Läsionen Ischämien elektrische Stimulation invasive und nichtinvasive Messmethoden Die unterschiedlichen Rollen der beiden Hirnhemisphären Rechtes Sehfeld Linkes Sehfeld Primärer visueller Cortex Seitenspezifität der beiden Gehirnhemisphären für bewußtwerdenede und nicht bewußte Handlungen Natrium Amytal: ein Narkotikum Schlüssel Ring Sprache Ring Linke Hand Schlüssel Patient mit durchtrenntem Corpus callosum Der hintereder Bereich des rechten ist für die Erkennung von komplexen Leistungen linken und Temporallobus rechten Hemisphäre Darstellungen zuständig 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 Elektrische Reize der Gehirnoberfläche erzeugen Wahrnehmungen und Bewegungen Karten im Gehirn: für Bewegungen Karte der Bewegungen und für Körpergefühl Karte der Körperoberfläche Nichtinvasive Methoden *Elektroenzephalogramm (EEG) Summenableitung der elektrischen Oberflächenaktivität *Computertomographie (CT) Schichtweise Abtastung durch dünnes, flaches Röntgenstrahlbündel *Positronen-Emissionstomographie (PET) Isotopen (C11, N13, F 18, O15) senden Positronen aus, die bei Verschmelzung mit Elektronen Gammastrahlung erzeugen, die gemessen wird. Dabei wird die Menge des Blutflusses angezeigt, und damit indirekt die aktiven Gehirnbereiche. *Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) Homogenes Magnetfeld richtet Moleküle mit Ladungen (Dipole) unterschiedlich aus *funktionelle MRT (fMRT) unterschiedliche magnetische Eigenschaften von Desoxihämoglobin und Oxihämoglobin stellt die „aktiven“ Bereiche im Gehirn dar (metabolische GehirnAktivität als Indikator für aktive Gehirnbereiche) Wie kann man die Gehirnarbeit messen? Nicht invasive Methoden der Messung der Gehirnaktivität (über Sauerstoffzufuhr): PET (Positronen Emissions Tomographie) und funktionelle Kernspintomographie Positronen Emissions Tomographie funktionelle Kernspintomographie PET Methode Mit diesen Methoden wird die lokale Durchblutung gemessen. Zeit (sec) Es müssen immer zwei Messungen gemacht werden: Testsituation/Kontrolle. Die Bilder werden dann von einander abgezogen. Da die Signale sehr klein sind, muss dies viele Male wiederholt werden (Mittelwert). vorn PET Messungen Hören von Wörtern Sprechen von Wörtern Sehen von Wörtern Denken von Wörtern hinten Aktivitätsverteilung bei realer und vorgestellter Bewegung (funktionelle Kernspin Tomographie) rot: wahrgenommene Bewegung grün: vorgestellte Bewegung gelb: überlappende Bereiche Die Sehwelt ist im Gehirn viele Male abgebildet. Diese Karten sind für immer wieder verschiedene Aspekte der Sehwelt zuständig. Ihr Anordnung im Gehirn folgt einer Regel Wo Wo Was Was Die „Wo“ und „Was“ Ströme der visuellen Verarbeitung im Kortex Synchronisation von Neuronen, die zu unterschiedlichen funktionalen Zellverbänden gehören Wire together, what fires together! Nach Singer et al.., verändert Neuromodulatorische Systeme Noradrenerges System/Noradrenalin/Locus coeruleus: Aktivierung, Erregung, unspezifische Aufmerksamkeit Serotonerges System/Serotonin/Raphe-Kerne: Dämpfung, Beruhigung, Wohlbefinden Dopaminerges System/Dopamin/VTA und Nucleus accumbens: Antreibend, belohnend, Neuigkeit Cholinerges System/Acetylcholin/basales Vorderhirn: Gezielte Aufmerksamkeit, Gedächtnissteuerung Aufmerksamkeit Arbeitsgedächtnis für Objekte Raum Anteriores cinguläres Aufmerksamkeitszentrum Visuelle Orientierung Wortbedeutung Visuelle Objekteigenschaften Gazzaniga, Ivry, Mangun: Cognitive Neuroscience Hypothalamus (nach Spektrum der Wissenschaft, verändert) Limbisches System Furchtgedächtnis 2 3 4 1 Amygdala 6 5 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) Jahre 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. Frontalcortex: 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. Kognitive Fähigkeiten nehmen im Alter ab, aber die individuellen Unterschiede sind sehr groß. Kognitive Leistungen relative Werte Alter in Jahren Degeneration von Neuronen bei Alzheimer Erkenntnistheoretische Aspekte der Neurowissenschaft Zwar verstehen Neurowissenschaftler noch nicht wie Bewußtsein, Ich Erfahrung, Sprache im menschlichen Gehirn entsteht, es gibt aber keinen Grund anzunehmen, daß andere als physikalische und chemische Gesetze auch den höchsten kognitiven Leistungen des menschlichen Gehirns zugrunde liegen. Ausgangspunkt Geistige, von Bewusstsein begleitete Zustände werden von uns als wesensmäßig verschieden von „materiellen“ Zuständen („Dingen“) der äußeren Welt empfunden. Hieraus resultiert der theologischphilosophische wie auch der alltagspsychologische Dualismus von Geist und Körper/Gehirn. Danach kann Geist prinzipiell nicht naturwissenschaftlich erklärt werden. Johannes Müller Vortrag Gerhard Roth, 02 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 Emergenz des Psychischen aus dem Neuronalen Aufgrund seiner besonderen Verknüpfungsstrukturen erzeugt das Gehirn unterschiedliche Ebenen von Binnenbeschreibungen, die sich aufeinander beziehen und dadurch als eigenständig empfinden. Dies erzeugt die Sphäre des „rein Geistigen“. Diese kann – muss aber nicht – völlig eigene Gesetze haben. Johannes Müller Vortrag Gerhard Roth, 02 Die Hirnforschung kann erklären, unter welchen neuronalen Bedingungen im Gehirn Geist und Bewusstsein entstehen. Geist findet im Rahmen bekannter Naturgesetze statt, er transzendiert diese nicht. Die Hirnforschung kann auch plausibel machen, wie es im Gehirn zu psychischen Zuständen kommt, die „nur sich selbst erleben“, ebenso wie psychosoziale Phänomene. Die Hirnforschung muss nicht erklären, was Geist und Bewusstsein wesensmäßig sind. Ein „Wesen der Dinge“ gibt es nicht. Johannes Müller Vortrag Gerhard Roth, 02
