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Vorlesung Methoden 5 - WiSe

Vorlesung Methoden 5 - WiSe

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Set of flashcards Details

Flashcards 22
Students 13
Language Deutsch
Category Psychology
Level University
Created / Updated 18.01.2020 / 03.02.2023
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Beschreiben Sie Methoden zur Messung der Hirnaktivität. Was  wird dabei gemessen? Bewerten Sie diese kurz anhand zweier ausgewählter Kriterien (zeitl./räuml. Aufl.).

hohe zeitliche ( Millisekunden - Sekunde) und geringe räumliche (Gehirn - Areal) Auflösung: 

- EEG (=Elektroenzephalogramm): elektrische Aktivierung des Gehirns

- ERP (=event resulted potentials): Ereigniskorrelierte Potential; elektrische Aktivierung aufgrund von Ereignis

- MEG (=Magnetenzephalogramm): Messung der magnetischen Aktivität des Gehirns 

hohe zeitliche ( Millisekunden - Sekunde) und hohe räumliche (Areal - Kolumne) Auflösung 

- TMS (=transkranielle Magnetstimulation): gar nix wird gemessen; Magnetfelder induzieren Aktivierungspotenziale oder hemmen sie 

geringe zeitliche (Sekunde - Stunde) und hohe räumliche (Areal - Kolumne) Auflösung

- CT (=Computertomographie): Absorptionswerte von durch den Körper tretenden Röntgensignalen

- MRT (=Magnetresonanztomographie): Induzierung eines elektrischen Signals in Atomkernen, die zurückstrahlen

- PET (=Positronenemissionstopographie): Messung der radioaktiven Aktivität von Radiokuliden, die dem Körper zugefügt werden

- fMRT (=funktionielle Magnetresonanztomographie): Funktionsweise wie MRT, nur dass man die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von noxygeniertem und desoxygeniertem Blut ausnutzt, um Aktivierungen abzubilden 

hohe zeitliche (Millisekunden) und sehr hohe räumliche (Synapse) Auflösung: 

- Einzelzellableitung und Mikrostimulation: Aktivierungspotenziale

 

 

Wie funktioniert ein EEG? Was misst es? Durch welche Prozedur lassen sich EEG-Daten kognitiven Prozessen zuordnen?

- entwickelt von Hans Berger 1924 in Jena

- Die Elektroenzephalographie misst die summierte elektrische Aktivität des Gehirn, indem sie die Sapnnungsschwankungen an der Kopfoberfläche misst 

- sehr geringe räumliche Auflösung --> besser ist das Elektrokortikogramm = dasselbe direkt auf Hirnrinde bei geöffnetem Schädel (< 1cm)

- Das Elektroenzephalogramm ist die grafische Darstellung dieser Schwankungen 

- man misst zum Beispiel über die 10-20-Methode

- es misst Spannungen im 5-100 Mikro-Volt Bereich --> Verstärker nötig 

- Fourier-Transformation: Amplitude als Funktion der Frequenz (statt Zeit) --> unterschiedliche Frequenzbänder (Delta, Theta, Alpha, Beta, Gamma) 

- EEG-Daten --> kognitive Prozesse --> Analyse von ereignisskorrelierten Potenzialen 

- Wie entsteht das Signal? --> Ionenströme Richtung Schädeldecke durch elektrochemische Aktivität der Neurone

Nennen Sie einige kognitive Korrelate (EKPs) im EEG-Signal. 

P3/P300 (= 3. Positivierung / Positivierung nach 300 ms)
- nicht gebunden an ein Sinnessystem
- tritt auf, wenn subjektive Erwartung nicht erfüllt wird
- kann recht lange dauern (bis zu 1 Sekunde)


N100
- durch auditorische Stimuli ausgelöst
- sensitiv bzgl. Stimulus-Vorhersagbarkeit


N1
- Visuelle Onsets, Offsets, Veränderungen
- moduliert durch Aufmerksamkeitsprozesse


ERN (Error-related negativity, “oh shit”-Response)
- 80-150 ms nach Beginn einer falschen Reaktion
- evtl. verwandt: FRN, 250-300 ms nach feedback (feedback-related negativity, worse/different than expected)

Was ist der Unterschied zwischen PET und fMRT? Welche Methode würden sie aus welchen Gründen bevorzugen?  

PET

- Moleküle werden mit einem radioaktiven Element „markiert“ (z.B. 11C, 13N, l5O, or 18F) z.B. Glucose

- Markierte Moleküle verteilen sich in spezifischen Arealen

- Positron wird von markiertem Molekül abgegeben

- Kollidiert (meist innerhalb von 1 mm) mit einem freien Elektron
-> Energie-Materietransformation

- Gamma Strahlung wird im Winkel von 180° abgegeben

Unterschied zum fMRT: v.a. invasive Methode 

Vorteil: Messung des „Verbrauchs“ bestimmter psychologisch interessanter Moleküle im Gehirn (sowie Verteilung bestimmter Rezeptorsysteme)!

fMRT

0. Wasserstoffatome im Körper haben Dipol-Charakter und drehen sich (normalerweise) zufällig im Raum (Spin)
1. Ein starkes Magnetfeld richtet die Spins der Wasserstoffatome entlang einer Achse aus
2. Ein radiofrequenter Puls (RF-Puls) beeinflusst die Spinaktivität: Er „kippt“ die Protone (den Spin des Atomkerns) und bewirkt, dass alle phasengleich rotieren
3. Mit dem Ende des RF-Pulses „kippen“ die Atome zurück (T1-Signal) und rotieren wieder in individueller Phase (T2 bzw. T2*-Signal, dephasing) --> Geschwindigkeit, mit der T2*-Prozess abläuft, sagt etwas über den Sauerstoffgehalt des Blutes aus --> gemessenes Signal

- grundsätzlich würde  ich fMRT immer vorziehen, weil es keine invasive Methode ist, wenn aber bestimmte Rezeptorsysteme oder Moleküle interessant sind, die man tracen kann, dann eher PET

Warum appliziert man beim fMRI einen radiofrequenten Puls, wenn doch sowieso bereits ein Magnetfeld anliegt? Welche zwei Prozesse werden dabei ausgelöst und was bedeuten sie?  

- externes Magnetfeld B0 führt zu paralleler Ausrichtung der Wasserstoffatome

--> Protonenspins rotieren um die Längsachse des Magnetfelds = Präzession 

--> Frequenz der Präzession = LARMOR Frequenz (y[H] = 42,5 MHz/T)

--> Lamorfrequenz ist proportional zur Feldstärke des externen Magnetfeldes BO 

- externes, horizontales Magnetfeld (RF-Pulse) 

--> Wird im rechten Winkel zum vertikalen Magnetfeld angebracht und von Hochfrequenzspule ausgesendet
--> Die vom linken Magnetfeld parallel ausgerichteten Atome werden über einen kurzen Radiowellen-Puls (RF-Pulse) bzw. Hochfrequenzpuls (HF-Pulse) blitzartig bewegt (kurz „angetippt“): gepulste Kernresonanz

--> Durch RF-Puls kippen die Protonen aus ihrer vertikalen (longitudinalen) Lage

--> RF-Puls führt bei den Atomen zur synchronen Präzession
(= Schwingen in Phase)

--> Nach Ende des RF-Pulses (nach dem „Antippen“) kippt der Kernspin wieder zurück in die (durch das vertikale Magnetfeld aufgezwungene) gleichförmige vertikale Ausrichtung

T1-Relaxation = longitudinale Relaxation --> Rückkehr der Protonenspins in vertikale (longitudinale) Ausgangslage
= Wiederaufbau der Längsmagnetisierung

- T1 = Zeitpunkt, an dem 63% der Längsmagnetisierung wieder erreicht ist

T2-Relaxation (spin spin-Relaxation) = transversale Relaxation

--> Nach RF-Puls verlieren die Protonen auch die Synchronizität der Präzession, d.h. sie gehen „außer Phase“ (dephasing)

--> Messbar als Reduktion der transversalen Magnetisierung

--> die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von oxygeniertem und desoxygeniertem Blut spiegel sich als Unterschied in der T2 Relaxionszeit wider

Was ist ein Block-Design beim fMRT und gibt es Alternativen dazu?

- Block-Design = Zuordnung von experimentellen Bedingungen zu distinkten Blöcken, so dass jede Bedingung für längere Zeitperioden dargeboten wird 

- eine als optimal erachtete Blocklänge etwa bei motorischen Paradigmen, liegt bei uns bei 10 bis 20 Sekunden 

Vorteile: 

• die Effektivität (d.h. Detek1erbarkeit von Unterschieden) ist optimal

• Aufbau der Experimente sowie Auswertung und Interpretation der Ergebnisse sind recht einfach

• die Auswertung ist recht robust gegenüber Ungenauigkeiten in den angenommen Signalverläufen

• die Experimente sind relativ unempfindlich gegen Zeitungenauigkeiten bei der Messung

Nachteile: 

• sehr unsensibel gegenüber der Form der hämodynamischen Reaktion

• die Paradigmenwahl ist sehr eingeschränkt (viele Prozesse können gar nicht untersucht werden)

• Reihenfolge‐ und Wiederholungseffekte können nur eingeschränkt kontrolliert werden

Alternative: Event-Related-Design

• Darbietung von diskreten, kurz dauernden Ereignissen, deren Timing und Reihenfolge randomisiert werden kann.

• Ermöglicht die Korrelation mit individuellem Verhalten bei bestimmten Aufgaben (Reaktionszeiten, richtige/ falsche Reaktion, subjektive Einschätzungen von Valenz oder Erregung)

Vorteile 

• Auswahl von Paradigmen nahezu unbegrenzt • Reihenfolge der Stimuli und Bedingungen kann randomisiert werden • bessere zeitliche Auflösung (Schätzung der HDR) • Veränderung von der Baseline können festgestellt werden • post‐hoc Trial Sorting möglich • bessere Vergleichbarkeit der Ergebnisse mit anderen psychophysiologischen Befunden

Nachteile

• erheblich geringere Signalstärke • komplizierte Auswertung • Auswertung hängt stark von den Annahmen über die Form der hämodynamischen Reak1on ab • Planung und Aufbau der Experimente ist viel schwieriger und die Aktivierung weniger gut vorhersagbar

Wie kann man den zeitlich andauernden Ausfall eines Areals bei gesunden Probanden simulieren?  

- mithilfe einer TMS: 

--> Applikation eines kurzen starken Magnetpulses
--> Induziert elektrischen Stromfluss im Gehirn
--> Führt je nach Stimulationsfrequenz zur Exzitation oder Inhibition entsprechender Neuronenpopulationen

Was ist der Unterschied zwischen overter und coverter Aufmerksamkeit, und was hat das mit active/passive vision zu tun?

- overte Aufmerksamkeit: Organismus (z.B. Kopf) oder sein Rezeptorsystem (z.B. durch sakkadische Blickbewegung) richtet sich entsprechend aus 

- coverte Aufmerksamkeit: Individuum kann Objekt "verdeckt aufduchen", indem es bei fixiertem Blick seinen Aufmerksamkeitfokus in die Peripherie verlagert

- passive vision: Sinn-Denken-Handeln, die klassische Sichtweise der Kognition: Die Welt wird über die Sinne wahrgenommen und die Informationen werden vom Gehirn verarbeitet, was zu einer Handlung führt. In dieser Sichtweise ist das Sehen die passive Verarbeitung der Informationen, die auf die Netzhaut fallen.

- active vision: In den meisten natürlichen Systemen ist das Sehen jedoch sehr aktiv, wie die Tatsache zeigt, dass das menschliche Auge über Photorezeptoren verfügt, die die Welt wahrnehmen, aber auch über extraokulare Muskeln, die die Orientierung des Auges steuern. Basierend auf den sensorischen Informationen und dem Top-Down-Wissen steuert und strukturiert das Gehirn aktiv den visuellen Input. Aus dem Fühlen resultiert nicht nur das Handeln, sondern auch das Fühlen.