Modul A2 Neurokognitive Grundlagen basaler Lern

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MODUL A2
NEUROKOGNITIVE GRUNDLAGEN
BASALER LERN- UND
GEDÄCHTNISPROZESSE
TU Dresden
SS 2013
Seminarleitung: Dr. Hannes Ruge
Was machen wir diese Stunde?
• Fragen zur letzten Stunde?
• Web download: alles klar?
• Sehr, sehr kurzer historischer Blick
• Ideen & Konzepte der Lern- und Gedächtnisforschung
• Thematische Einstimmung am Beispiel Lernen & Verhalten
• Latentes Lernen
• Deklarative vs. pragmatische Gedächtnisrepräsentation von
Verhaltensregeln
• Konditionierung und zielgerichtetes Verhalten
• Neurowissenschaftliche Perspektive
• Sehr, sehr kurzer Überblick Methoden
Sehr, sehr kurzer historischer Blick
Einprägen bitte
ZEK
POM
ULS
KES
LIF
1
Notieren…
Einprägen bitte
SIR
PLU
KIP
REF
SOT
2
Notieren…
Woran erinnert Sie das?
Ebbinghaus
Vater der experimentellen Lern/Gedächtnispsychologie
• Sinnlose Silbe
• Vergessenskurve
• Ersparnismethode
Warum nicht einfach
Reproduktionsleistung
nach Behaltensinterval
als AV?
Originaltexte (English) http://psychclassics.yorku.ca/topic.htm
Gedächtnis = gelernte Assoziationen
Assoziationismus (Aristoteles ca. 350 a.d.)
Gesetze:
Raum-zeitliche Nähe
Häufigkeit
Ähnlichkeit
Offenkundige Beispiele
• Vokabeln lernen
• Episodische Erinnerungen
Weniger offenkundige Beispiele
• perzeptuelles Lernen (Babies)
• Sinnlose Silben (Ebbinghaus)
• CS-US
• CR-US
Daraus ableitbare 10 Lerntipps von Gluck
(Auswahl)
Quelle: Gluck 2010; Lernen & Gedächtnis
Zehn Tipps für ein besseres Gedächtnis
Quelle: Gluck 2010; Lernen & Gedächtnis
Zehn Tipps für ein besseres Gedächtnis
Quelle: Gluck 2010; Lernen & Gedächtnis
Zehn Tipps für ein besseres Gedächtnis
Quelle: Gluck 2010; Lernen & Gedächtnis
Zehn Tipps für ein besseres Gedächtnis
Quelle: Gluck 2010; Lernen & Gedächtnis
Zehn Tipps für ein besseres Gedächtnis
Quelle: Gluck 2010; Lernen & Gedächtnis
Philosophische Fragen
• Gene vs. Lernen (Nature vs. Nurture)
• Leib-Seele (mind-body) Problem
Gene vs. Lernen (Nature vs. Nurture)
Gene vs. Lernen (Nature vs. Nurture)
Empirismus (Aristoteles; John Locke)
• Wissen und Können allein durch Erfahrung (Tabula Rasa)
Nativismus (Platon; Leibnitz)
• Potential
• Baldwin-Effekt (Baldwinische Evolution):
„Suppose a species is threatened by a new predator and there is a
learnt behavior that makes it more difficult for the predator to kill
individuals of the species. Individuals who learn the behavior more
quickly will obviously be at an advantage. As time goes on, the
ability to learn the behavior will improve (by genetic selection), and
at some point it will seem to be an instinct”
Dennett, D (2003), "The Baldwin Effect, a Crane, not a Skyhook" in: Weber, B H.; Depew, D J. (2003).
Evolution and learning: The Baldwin effect reconsidered. Cambridge, MA: MIT Press. pp. 69–106.
Leib-Seele (mind-body) Problem
http://de.wikipedia.org/wiki/Philosophie_des_Geistes#Duali
stische_Antworten_auf_das_Leib-Seele-Problem
Dualismus vs. Monismus
Thematische Einstimmung am Beispiel
Lernen & Verhalten
Lernen ohne Verhaltensänderung?
• [Vgl. implizites vs. explizites Lernen/ Gedächtnis;
z.B. Sequenzlernen]
• latentes Lernen (z.B. Tolman)
• Deklarative vs. pragmatische
Gedächtnisrepräsentation von Verhaltensregeln
• Konditionierung und zielgerichtetes Verhalten
•
Instrumentelles Konditionieren, Gewohnheiten & klassisch
konditionierte Reflexe
Latentes Lernen (Tolman)
Tolman & Honzik 1930:
3 Gruppen
• R (=Reward): bekam Überall
Futter
• NR (=Non-Reward): bekam
niemals Futter
• NR-R: bekam ab dem 11. Tag
Futter
• Ratte wird beim Startpunkt
eingesetzt…
… wenn sie das Ziel erreicht hat
wird sie wieder herausgenommen
… oder wenn sie zu lange braucht
(zählt als Fehler)
Latentes Lernen (Tolman)
Reward ist nicht relevant
für Lernen?
Hull I: V=D x H [R]
Hull II: V=D x H [R] X A
Zielantizipation ist wichtig!
Relativierung: Jensen, R. (2006). "Behaviorism, latent learning, and cognitive maps: needed revisions in
introductory psychology textbooks." The Behavior analyst / MABA 29(2): 187-209.
Deklaratives vs. pragmatisches
Assoziationsgedächtnis
Verbale Selbstinstruktion im Arbeitsgedächtnis:
Press firmly given red light
Press gently given blue light
Normal behavioral pattern
Luria, 1973, page202
Deklaratives vs. pragmatisches
Assoziationsgedächtnis
Parietale Läsion
Luria, 1973, page202
Deklaratives vs. pragmatisches
Assoziationsgedächtnis
Frontale Läsion
Dissoziation “Deklaratives Assoziationsgedächtnis” und
Pragmatisches Assoziationsgedächtnis”
Luria, 1973, page202
Die S-R-E Dreifachkontingenz und
zielgerichtetes Verhalten
S-R-E Dreifachkontingenz (Skinner):
S1 (Licht an) – R1 (Strippe ziehen) – E (Futter)
S2 (Piepton) – R2 (Hebel drücken) – E (Futter)
Thorndike: S-R Assoziation wird gelernt, Belohnung ist nur der „Katalysator“!
„Differential Outcome“ + spez. Devaluation wichtig um
unspezifische Triebaktivierung auszuschließen!
S1 (Licht an) – R (Hebel drücken) – E1 (Futterpille)
S2 (Piepton) – R (Hebel drücken) – E2 (Zuckerwasser)
S (Piepton)
S (Piepton)
– R1 (Strippe ziehen) – E1 (Futterpille)
– R2 (Hebel drücken) – E2 (Zuckerwasser)
Die S-R-E Dreifachkontingenz und
zielgerichtetes Verhalten
1. Verhalten ist zielgerichtet, wenn eine Handlung
ausgewählt wird, um einen bestimmten Effekt
herbeizuführen
2. Zielgerichtetes Verhalten ist kontextabhängig, d.h.,
Organismus muss aktuelle Situation berücksichtigen, um
Erfolg kalkulieren zu können!
Bedingungen instrumentellen Verhaltens:
Konkurrierende „Reflexe“
Hershberger, W. A. (1986). An Approach through the Looking-Glass.
Animal Learning & Behavior, 14(4), 443-451.
Futter bewegt sich 1/2x so
schnell wie die Maus in deren
Laufrichtung
Futter bewegt sich 2x so schnell
wie die Maus in deren
Laufrichtung
Maus
*
Futterschale
Ziel (glitter-tape)
Frage wird die Ratte lernen, entgegen des klassisch konditionierten
Reflexes (Futterschale  Annährung) instrumentelles Verhalten zu zeigen?
Maus
Futterschale
*
Bedingungen instrumentellen Verhaltens:
Konkurrierende „Reflexe“
Ziel (virtuell)
Bedingungen instrumentellen Verhaltens:
Konkurrierende „Reflexe“
Hershberger 1986
Klassisch vs. Instrumentell
• Instrumentelles Konditionieren
• S – R – E (Ton – Hebeldruck – Futterkonsumption)
• Frühe Phase des Lernens: SD  E (Futter antizipiert)  CR
(Verstärker Devaluation wirkt)
• Späte Phase des Lernens: S-R
(Verstärker Devaluation wirkt nicht)  Gewohnheiten (habits)
• Klassische konditionierte Reflexe (Pavlov)
• S – R – E (Ton – Speichel/ Annährung – Futterkonsumption)
• CS (Ton/ Anblick Futter) US (Futter antizipiert)  CR (Speichel/
Annährung)
• Was ist der Unterschied zwischen IK und KK?
Neurowissenschaftliche Perspektive
Was ist das Anliegen der kognitiven Neurowissenschaft?
• Wie sind Lern- und Gedächtnisfunktionen im Hirn
implementiert?
 Primäres Interesse am Gehirn
• Können wir etwas aus Hirnprozessen über ablaufenden
kognitive Prozesse lernen?
 Primäres Interesse Blick in die „Black-Box“: was geschieht
zwischen direkt beobachtbarem Input und Output
Neurowissenschaftliche Perspektive
Neurowissenschaftliche Methoden
• Korrelative Methoden
• Stimulationsmethoden
• Läsionsmethoden
• [Simulationsmethoden]
Korrelative Methoden
• Elektrophysiologie
• EEG
• MEG
• Einzelzellableitungen
• Haemodynamik
• PET
• fMRT
• NIRS
• Struktur – Verhaltensbeziehungen
• sMRT; DTI; PET receptor mapping
Stimulationsmethoden
• Elektrophysiologisch
• Direkte intrakraniale Elektrostimulation (Penfield: Homukuli)
• TMS
• tDCS
• Pharmakologisch
• Optogenetisch
Läsionsmethoden
• „Virtuelle Läsion“: TMS, tDCS
• Irreversibel (z.B. Lashley frühes 20. Jahrhundert: Auf der
Suche nach dem Engramm)
• Reversibel
• [natürlich auftretende  Neuropsychologie]
EEG/ MEG Funktionsprinzipien
EEG/ MEG Funktionsprinzipien
EEG/ MEG Funktionsprinzipien
Regelhaft ausgerichtete
„apicale Dendriten“
Fig. 1. Model cortical pyramidal cell showing the patterns of current flow caused by two modes of synaptic activation at an excitatory (EPSP) synapse
localized at the level of the distal apical dendrite and an inhibitory (IPSP) synapse localized at the level of the soma, respectively. Typically, the apical
dendrites of these cells are oriented toward the cortical surface. (Left) Current flow caused by the activation of an excitatory synapse causes a
depolarization of the postsynaptic membrane, that is, an excitatory postsynaptic potential or EPSP, and the flow of a net positive current, that is, an
EPSC. This current flow creates a current sink in the extracellular medium next to the synapse. The extracellularly recorded EPSP drawn at the top
left has a negative polarity at the level of the synapse. At the proximal part of the apical dendrite exists a distributed passive current source resulting in
an extracellular potential of positive polarity. (Right) Activation of an inhibitory synapse at the soma creates extracellularly at this level an active
source and passive sinks at the level of the distal dendrites. Note that both cases show a dipolar source-sink configuration, with opposite polarities.
This illustrates the fact that not only the nature of the synaptic potential determines the polarity of the potentials at the cortical surface, but that the
position of the synaptic sources within the cortex is also important (adapted from Niedermeyer et al.
SOURCE: Lopez-DaSilva2004.)
EEG Phasensynchronisation
Zusätzliche EEG Literatur zum Sitzung Arbeitsgedächtnis I:
Review paper mit vielen einfach verständlich gemachten methodischen Grundlagen zur
Phasensynchronisation (ginge auch für sich ohne zusätzliches empirisches Paper):
Fell, J., and Axmacher, N. (2011). The role of phase synchronization in memory processes.
Nat. Rev. Neurosci. 12, 105-118.
Empirische Studie zu Phasensynchronisation; vermutlich nur in Verbindung mit (1)
verstehbar:
Payne, L., and Kounios, J. (2009). Coherent oscillatory networks supporting short-term
memory retention. Brain Res. 1247, 126-132.
Empirische Studie zu Phasensynchronisation zwischen Frequenzbereichen. Vielleicht
interessanter, aber auch komplexer als (2); vermutlich nur in Verbindung mit (1) verstehbar:
Sauseng, P., Klimesch, W., Heise, K.F., Gruber, W.R., Holz, E., Karim, A.A., Glennon, M.,
Gerloff, C., Birbaumer, N., and Hummel, F.C. (2009). Brain Oscillatory Substrates of Visual
Short-Term Memory Capacity. Curr. Biol. 19, 1846-1852
TMS/ tDCS Funktionsprinzipien
Vereinfacht: Dreht vorheriges Prinzip um!
Haemodynamik Funktions-prinzipien
(PET, fMRT, NIRS)
• Sensitivität für relative molekulare Zusammensetzung des
Blutes (z.b. Sauerstoffgehalt; radioaktiv markierte Moleküle)
• neuronale Aktivität (a) verändert diese Zusammensetzung
direkt (b) ist vaskulär gekoppelt
• Physikalische Messprinzipien
Haemodynamik Funktionsprinzipien
Neurovaskuläre Kopplung
Cerebral Cortex, Vol. 12, No. 3, 225-233, March 2002
© 2002 Oxford University Press
Blood Capillary Distribution Correlates with Hemodynamic-based Functional Imaging in Cerebral Cortex
Robert V. Harrison, Noam Harel,1, Jaswinder Panesar and Richard J. Mount
Relative Vor- und Nachteile?
-
Invasivität
Interpretierbarkeit (Kausalität, Lokalisation)
Praktikabilität, Kosten
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