03411 1. Biologische Grundlagen V. Erfassungsmethoden der Biologischen Psychologie

Vorteile fMRT

• man kann auch komplexere mentale Prozesse neuronalen Aktivierungen zuordnen, z. B. Arbeitsgedächtnis, Raumgedächtnis, sprachliche Prozesse usw.
• Gegenüber PET: keine schädliche Wirkung durch Magnetfeld -> Messung kann recht oft wiederholt werden; Lokalisationsgenauigkeit (1-3mm) ist höher; höhere zeitliche Auflösung

Nachteil fMRT

• Herzschrittmacher oder Metallimplantate verhindern Untersuchung
• Enge Geräte -> klaustrophobische Wirkung
• Untersuchungsbedingungen in Röhre ermöglichen nicht die Arbeit mit komplexeren Paradigmen als welche die nur Knopfdrücken erforderlich machen

transkraniellen Magnetstimulation (TMS)

• beeinflusst die kortikale Funktion durch ein von außen angelegtes Magnetfeld
• 1 ms dauernde, erregende oder hemmende Stimulation ->  die zugeordneten Funktionen können hervorgerufen oder verhindert werden.
• Damit kann die Lokalisation und Funktion auch kleinster Hirnareale beschrieben werden

Elektrokardiogramm (EKG)

• zeichnet Spannungsveränderungen auf -> ergeben sich durch die Aktivität der Herzkammern ergeben, werden durch Elektroden erfasst
• Elektroden werden auf die Haut aufgesetzt (nach standardisierten Aufsatzorten)
• abgeleiteten Spannungsänderungen zeigen einen typischen Verlauf; Berge, Spitzen und Täler mit den Buchstaben P bis U bezeichnet werden
• R-Zacke: besonders gut zu identifizieren, wird zur Bestimmung der Herzfrequenz herangezogen -> Dauer des RR-Intervalls in die für die Herzfrequenz übliche Einheit „Schläge pro Minute“ umgerechnet

Herzfrequenzvariabilität

• gutes Maß für länger dauernde (tonische) Aktivierungen

phasische Herzfrequenzänderungen

• Herzfrequenzänderungen die in Folge eines Reizes auftreten
•  Bestimmt durch: Differenz der Herzfrequenz nach einem Reiz zu einer vorher erfassten Basisfrequenz
• Herzfrequenzänderung bei nahezu allen psychischen und physischen Anforderungen -> nimmt bei Schmerz- oder Angstreizen zu, bei Entspannung, der Orientierung auf nicht-aversive Reize oder Aufmerksamkeit nimmt sie ab

respiratorische Sinusarrhythmie (RSA)

• systematische Veränderung der Herzfrequenz
•  beim Einatmen schlägt das Herz schneller, beim Ausatmen reduziert sich die Herzfrequenz
• Um RSA Einfluss auf die Herzfrequenz zu kontrollieren, muss parallel zum EKG auch die Atemfrequenz zu erfassen
• RSA wird durch den Nervus vagus verursacht: je stärker dieser aktiv ist, desto höher ist die Amplitude dieser Veränderung -> im Schlaf oder bei tiefer Entspannung stark ausgeprägt, bei hoher Anspannung wenig

Manschettendruck-Verfahren nach Riva-Rocci

• herkömmlichste Art Blutdruck zu messen
• aufblasbare Manschette übt Druck auf Oberarm aus -> unterdrückt Blutfluss
• Druck wird kontinuierlich reduziert -> Blut stoßweise Systole, kontinuierlich Dystole, beide Werte bilden den Blutdruck
• Normblutdruck: 80 mmHG /130 mmHg
• Blutdruck reagiert stark auf psychische Belastung

Photoplethysmographie

• erfasst periphere Durchblutung
• Lichtquelle und ein Photosensor werden auf die Haut aufgebracht -> In Abhängigkeit von der Durchblutung wird mehr oder weniger des Lichts aus der Lichtquelle reflektiert und mit dem Photosensor aufgenommen
• Lässt in Bezug individuellen Basiswert Aussagen über die periphere Durchblutung machen -> Diese ist durch die Vasomotorik bestimmt und daher ein guter Indikator für die Sympathikusaktivierung ( der periphere Durchblutung reduziert)
• Gefäße können sich auch stark erweitern -> periphere Durchblutung gilt als guter Entspannungsindikator
• wird auch verwendet, um über die Durchblutung der Genitalien Aussagen zur sexuellen Erregung machen zu können

Erfassung elektrodermaler Aktivität

• Anlegen einer kleinen Spannung und der Erfassung des Stromflusses auf der Haut -> Hautleitfähigkeit wird als Indikator der elektrodermalen Aktivität (EDA) abgeleitet
• EDA beruht auf der Aktivität der Schweißdrüsen der Haut, werdendurch den Sympathikus erregt
• EDA wird meist von Handinnenfläche abgeleitet, deren Haut viele Schweißdrüsen enthält
• verschiedene Maße der Hautleitfähigkeit: Grundniveau -> Dabei kommt es immer wieder zu kurzzeitigen Erhöhungen der Leitfähigkeit, Spontanfluktuationen, deren Zahl erfasst wird; Elektrodermale Reaktion -> mit gewisser Latenz auf externe Reize folgen kurzfristige Erhöhungen der Leitfähigkeit, deren Latenzzeit und Amplitude erfasst werden können
• Grundsätzlich gilt -> Aktivierung -> Leitfähigkeit und Spontanfluktuationen nehmen zu, entspricht der Alltagsbeobachtung, dass in Angst- und Anspannungssituationen die Hände feucht

Elektromyogramm (EMG)

• bestimmt Spannungszustand von Muskeln
• Elektroden werden auf die Hautoberfläche aufgebracht -> leiten Muskelaktionspotenziale ab
• Muskeln an Unterarm und Stirn sind gute Indikatoren des Spanungszustands jener
• EMG wird auch verwendet, um dauerhafte Spannungszustände („Stress“) abzubilden
• Biofeedback: EMG nutzen um Personen den Spannungszustand ihrer Muskulatur bewusst zu machen, z. B. über Töne, unterstützt sie in Entspannung

Elektrookulogramm (EOG)

• zeichnet Augenbewegungen auf
• zwischen Netzhaut und Hornhaut ein Polaritätsunterschied besteht, Auge bildet einen Dipol
• Bei Augenbewegungen können durch in der Nähe der Augen aufgeklebte Elektroden, resultierende Spannungsverschiebungen und damit die Augenbewegungen erfasst werden
• Z.B. um das Blickverhalten beim Lesen zu erfassen

• Hormonkonzentration des interessierenden Hormons im Blut wird erfasst -> invasives Verfahren
• Ist verschiedenen Einflüssen ausgesetzt -> Hormonkonzentration im Blut ist sehr gering und macht Bestimmung daher fehleranfällig; Hormonsekretion unterliegt diversen Schwankungen (Bsp. Tagesrhythmus, Menstruationszyklus)

Radioimmunoassays

• weniger störanfällige Methode
• radioaktiv markiertes Hormon (sog. Tracer) wird mit einem gleichartigen unmarkierten Hormon einem Assay mit Antikörpern zugesetzt ->  konkurrieren um die Bindungsstellen an den Antikörpern -> mach Erreichen eines Reaktionsgleichgewichts werden die radioaktiven Hormon-Antikärperkomplexe gemessen -> daraus kann auf Konzentration des Hormons zurückgerechnet werden

Erfassung von Cortisol im Speichel

• sehr störanfällig
• nicht-invasiv und einfach, aber unterschiedlichsten Störeinflüssen ausgesetzt

Spontane Änderungen

• in biologischen bzw. physiologischen Variablen
• Bsp. Tagesrhythmik, Menstruationszyklus
• Phasen lasen sich psychisch und physiologisch (elektrische Aktivität des Gehirns) nachweisen

Variation biologische oder physiologischer Parameter in Studien/Experimenten

• Einfluss auf Erleben und Verhalten untersuchen
• Bsp. Auswirkungen psychotroper Substanzen, kognitive und emotionale Bewertung verschiedener Schmerzreize

Biologische Veränderungen in Folge von psychischen Veränderungen

• Bsp. Aktivität Gehirn beim Lösen von Matheaufgaben, Anstieg Herz-Kreislauf-Aktivität bei heftigen Emotionen

Interpretation von Biosignalen

• Biosignale variieren interindividuell stark -> Ausgangsproblematik
• Um dies zu umgehen bezieht man Signale auf einen individuell bestimmten Grundwert (Bsp. Puls von 85 bei belastendem Reiz ist anders zu Interpretieren wenn Person Ruhepuls von 60 oder 80 hat)

Reaktivität der Messung/Artefakte

• Apparate um physikalische oder chemische Größen abzuleiten können Reaktionsweise der Person beeinflussen -> Bsp. Messung des Blutdrucks während Leistungssaufgabe kann schon ablenken und Ergebnisse verfälschen
• Von Messapparaten aufgenommene Signale müssen verstärkt und/oder gemittelt werden -> kann auch verzerrende Effekte haben (Messartefakte, statistische Artefakte)

Nicht-Invasive Verfahren

• keine körperliche Verletzung
• werden in der Forschung in der Regel verwendet

Invasive Verfahren

• bereits kleinste Verletzung bei Blutabnahme
• Einsatz muss aus ethischen Gründen bestens überlegt sein, möglicher Einsatz nicht-invasiver Verfahren intensiv prüfen
• Arzt ist zu beteiligen
• Betroffene Person muss zustimmen und entsprechend informiert worden sein
• Im Forschungskontext: Zustimmung von Ethikkommission muss eingeholt werden wenn invasive Verfahren bei Mensch oder Tier

Röntgenbild

• liefert erste Aufschlüsse über Form und Struktur des Gehirns
• Röntgenstrahlen durchdringen Gehirn -> werden unterschiedlich stark absorbiert -> zweidimensionales Abbild ergibt sich
• Verschiedene Aufnahmewinkel lassen Rückschlüsse auf dreidimensionale Struktur zu
• Relativ hohe Strahlenbelastung
• Kontrastarme Aufnahmen
• Wird vor allem in Klinik zur Darstellung von Verletzungen genutzt

Computertomographie (CT)

• Weiterentwicklung der Röntgentechnik
• Röntgenröhre fährt 360° um Kopf, erstellt Schnittbilder im Abstand 1-10mm
• Kontrastreiches, räumliches Bild der Gehirnstrukturen entsteht
• Strahlenbelastung
• Vor allem Verwendung in medizinischer Klinik z.B. Darstellung degenerativer Prozesse des Gehirns die Demenz

Elektroenzephalogramm (EEG)

• zeichnet hirnelektrische Vorgänge auf
• Elektroden werden auf Schädeloberfläche aufgesetzt, zeichnen Potentialschwankungen (Spannungsschwankungen) auf
• Schwankungen entstehen durch exzitatorische oder inhibitorische Prozesse an den Neuronen des Kortex ->laufen in relativ großen Neuronenpopulationen synchron und gleichartig ab -> um die Neuronen aufgebaute elektrische Felder ändern sich aufgrund der Dipoleigenschaften -> wird durch Elektroden erfasst werden -> kann auf Zeitstrahl abgebildet werden
•  Eine Elektrode erfasst Spannungsänderungen die von 100.000 bis 1.000.000 Neuronen verursacht werden
• In der Regel werden Standardableitungen genutzt -> Festlegungen wo die Elektroden am Schädel zu platzieren sind

Spontan-EEG

• zeigt dauernd bestehende Grundaktivität des Gehirns, wird ohne spezielle Reizung abgeleitet
• zeigt rhythmische Potenzialänderungen mit Frequenzen zwischen 0,5 und 50 Hz, die Amplituden der Potentiale liegen zwischen 1 und 200 μV

Frequenzbänder (Frequenzbereiche)

• bestimmte treten häufiger miteinander auf -> lassen sich verschiedenen Aktivierungszuständen zuordnen
• Kinder und Hirnerkrankungen haben andere Muster als Erwachsene

Alpha-Wellen (α-Wellen)

• synchronisierte Wach-EEG, entspannter Wachzustand
• Frequenzbereich von 8 bis 13 Hz, Amplitude zwischen 5 und 100 μV
• entstehen durch Schrittmacherfunktion des Thalamus ->  wird seinerseits von der Formatio retikularis beeinflusst 

Beta-Wellen (β-Wellen)

• Frequenzbereich von 14 bis 30 Hz, Amplituden zwischen 2 und 20 μV
•  bei mentaler und körperlicher Aktivität.
• werden auf intrakortikale Neuronennetzwerke zurückgeführt