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WS25/26 Biopsychologie

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Lernen
M. M.
Diese Lernkarten vermitteln grundlegende und fortgeschrittene Konzepte der Biopsychologie mit Fokus auf Gehirnstrukturen, -funktionen und -prozesse. Sie behandeln Themen wie neuronale Aktivität, Schlafregulation, Sprachverarbeitung in spezifischen Hirnregionen (z. B. Cortex, Thalamus, Hypothalamus) sowie Methoden zur Messung und Stimulation dieser Prozesse. Ideal für Studierende der Psychologie oder Neurowissenschaften, um neurobiologische Grundlagen und klinische Anwendungen zu verstehen.
Karten
389
Lernende
2
Sprache
Deutsch
Kategorie
Psychologie
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
28.04.2025 / 22.07.2026
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Cartes-fiches

wie kann man Zentralnervöser Aktivität messen/ untersuchen?

  • Einzelnes Neuron
  • Synaptische Aktivität
  • Einzelne Ionenkanäle
  • Lokales Netzwerk
  • Systeme
  • Verhalten

Maße Zentralnervöser Aktivität – Methoden

 

Unterteilung: Räuml. Auflösung, Zeitl. Auflösung, Untersuchungstypus

Elektrophysiologische Methoden

  • EEG (Elektroenzephalographie)
  • MEG (Magnetenzephalographie) (basierend auf schwache magnetische momente entsethend durch elektrische aktivität)

Bildgebende Verfahren (meist Durchblutungsveränderungen)

  • Strukturelle & funktionelle Magnet-Resonanz-Tomographie
  • Positronen-Emissions-Tomographie
  • Optische Bildgebung (Nah-Infrarot-Spektroskopie)

Stimulationstechniken

  • Transkranielle Magnetstimulation
  • Transkranielle Gleichstrom-/Wechselstromstimulation

pro/ contra Elektrophysiologische Methoden

 

  • Hohe Zeitauflösung (ms)
  • Keine Aussage über strukturell-anatomische Korrelate mögl.

Bildgebung

 

 

  • genaue Lokalisation
  • indirektes maß neuronaler aktivierung
  • schlechte Zeitauflösung (1-3s)

EEG – Elektroenzephalographie

  • Entdeckung & Erstbeschreibung durch Hans Berger (1924)
  • Registrierung elektrische Aktivität des Gehirns, besonders der Großhirnrinde
  • Messung Spannungsschwankungen Cortexareale
  • Ableitung Schädeldecke (intrakraniell durch neurochirurgische Eingriffe theoretisch mögl.)
  • Aufgezeichnete Daten = Elektroenzephalogramm
  • messung meist in in Mikrovolt (nrmlw. 10-100)

 

EEG - Messapperatur

 

  • 10-20 System nach Jasper
  • Orientierung an Nasion (einbuchtung vorne an nase), Inision (hinten am kopf), präaurikulären Punkten (vor ohren)
  • Unterteilung der Distanz in 10% & 20% schritte

 

EEG - Elektroden Arten

  • Aktive (verstärkung in elektrode selbst) vs. passive Elektroden
  • Wichtig: Impedanzreduktion (Übergangswiederstand)
  • Nicht-polarisierende Ag-AgCl-Elektroden
  • Ionische, leitende Elektrolytpaste bzw. -lösung

EEG – Ableitung

  • Elektrische Spannung existiert nur zwischen zwei Punkten (-> Messung Spannungsdifferenz von Elektrode zu Referenz)

Referenzmöglichkeiten

  • Monopolar: (inaktive Referenz)
    • Problem: es gibt keine wirklich inaktiven Ableitort, monopolar is also relativ (Ohrläppchen/ mastoide( Nasenspitze)
  • Bipolar (aktive Referenz)
    • Eine / mehrere aktive Ableitorte (meist Cz) -> sesnitiv für Unterschiede zwischen Elektroden, sensitiv für lokale Flukuation (z.b lokalisation von spikes)
  • Offline Umrechnungen
    • gemittelte Mastoid-Referenz
    • Average Reference (MW aller EEG-Elektroden) - qusai inatktive elektrode wird sozusagen ausgemittelt, aber manche artefakte wie kiefer muskulatur mitteln sich rein

EEG – Verstärkung

  • Spannungsveränderungen am Kopf fluktuieren im Bereich weniger -> Verstärkung Signale Aufzeichnung um faktor 10^4 – 10^6
  • Abschirmung: elektrisch geschirmte Kabine, elektrische Leitungen, Akustische Schirmung zur Geräuschdämpfung

EEG – Digitalisierung Messapparatur

 

  • A-D Wandler
  • Wahl Abtastrate entsprechend Nyquist-Theorems: Anzahl Messwerte/s mind. Doppelt so hoch wie höchste im Signal vorkommende Frequenz
  • Aliasing: vorgetäuschte langsame Frequenz

EEG – Artefakte

Mögliche Artefaktquellen:

  • Nichts physiologisch (50 Hertz Netzspannung: Netzbrumm, Limitierung des Aufzeichnungsbereichs "clipping", Lockerung der Elektroden)
  • Physiologisch (Hauptpotentiale e.g. schweiß, Kardiovasukläre Artefakte)
  • Muskulär (Muskelbewegungen, Augenbewegungen - v.a. in frontalen elektroden)

Wie verhindern:

  • 50 Hz Rauschen: geschirmte kabine, gefilterte netzversorgung, erdung des probanden, 50 Hz Notch filter
  • Muskelbewegugn: Bewegung vermeiden (kauen), EMG-Messung & anschließend Eliminierung bzw. Korrektur kontaminierter Messung, Statistische Kontroll bzw. Augenscheinkontrolle
  • Augenbewegung (EOG-Koregistrierung, Ausschluss aller Trials in denen Augenbewegung statt fanden, EOG-Korrektur mit spezif. Algorithmen)

= > generell eigentl. Immer einsetzen Filter für reduzieren Artefakte/  interessantes hervorheben (Tiefpass – tiefe bleiben drin, gut filtern muskelaktivität vs. Hochpassfilter – hohe bleiben drin, gut filtern langsame drifts vs. bandpass - bestimmte frequenzen)

Typen der EEG-Aktivität

Spontan Aktivität (normal hat man so immer)

  • Ununterbrochen registrierbare Spannungsschwankungen
  • Frequenzen zwischen 0,5 und 50 Hz
  • Amplituden zwischen 1 und 200 µVolt
  • Frequenzbänder (= bevorzugte Frequenzbereiche)
  • Beispiel: Ruhe-EEG
  • Hat eine genetische Komponente

Evozierte Aktivität (ausgelöst durch gezieltes Ereignis)

  • Sensorische, motorische, endogene ereigniskorrelierte Potentiale, langsame Potenzialverschiebungen
  • Immer überlagert von Spontanaktivität

EEG-Auswertung

Zeitdomäne

  • Signal als spannungsmessung über konsekutive Zeitpunkte
  • Ereigniskorrelierte Potentiale

Frequenzdomäne

  • Signal wird hinsichtl. Der verschiedenen Frequenzkomponenten charakterisiert
  • Spontan-EEG

(basiert auf selbe Daten, nur hinsichtl. Was analysiert wird variiert)

 

Spektralanalyse

  • Frequenzverteilung des Spontan-EEG: prozentualer zeitlicher Anteil der verschiedenen Frequenzbänder innerhalb eines Zeitabschnitts
  • Fourier-Analyse: Zerlegung des EEG in Sinuskurven verschiedener Frequenz + Amplitude (Identifikation typischer Frequenzbänder)
  • Die Amplituden dieser einzelnen Sinuswellen werden dann extrahiert
  • Frequnzhistogramm: Anteil Frequenzen in Prozent
  • Powerspektrum: Quadrierte Amplituden jeweilige Frequenz (verdeutlicht zeitl. Variierende Dominanz bestimmter Frequenzen)

Frequenzbänder

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  • Typische Wellenformen Wach-EEG: Alpha- & Betawellen

wo Alpha-Rhythmus sichtbar?

 

  • Sehr regelmäßig
  • Induktion: Augen zu, wach, entspannt
  • Alphablockade bei Öffnen der Augen
  • sinusoidale Kurven, 8-13 Hz, große Amplituden
  • Synchronisiertes Wach-EEG
  • v.a. über dem okzipitallappen sichtbar

Beta-Rhythmus

 

  • Induktion: Augen auf (alpha-Block), mentale Aktivität
  • unregelmäßige Kurven, 14-30 Hz, kleine Amplituden
  • Mentale oder körperliche Aktivität, psychische Belastung
  • Desynchronisiert

Theta-Rhythmus

 

 

  • Großamplitudige Wellen niedriger Frequenz (4-7 Hz)
  • Auftreten im dösenden Wachzustand, Übergang zum Einschlafen, oder bei Meditation
  • Auftreten auch bei Zuständen hoher Konzentration möglich

Delta-Rhythmus

 

  • Sehr großamplitudige Wellen niedriger Frequenz (0.5-3 Hz)
  • Auftreten bei gesunden Personen nur im Tiefschlaf
  • Pathologisches Auftreten z.B. bei Koma, Intoxikation, cerebralen Läsionen

Gamma-Rhythmus (these)

 

  • Wurde lange für artefakt gehalten
  • unregelmäßige Kurven, 31-60 Hz (evtl. sogar noch höhere Frequenzen), kleine Amplituden (mehr als beta)
  • Repräsentation und Analyse von Wahrnehmungsobjekten
  • Kopplung räumlich relativ auseinander liegender Neuronengruppen zu einer eng synchronisierten Aktivität (Binding)
  •  Zusammenführung der unterschiedlichen Charakteristika eines Objekts zu einem homogenen Gesamtbild

Nutzung & Interpretation Spontan-EEG

  • Neurologie: Funktionsveränderung im Zusammenhang mit Kopfverletzungen/ Vergiftungen/ Durchblutungsstörungen/ Demenz, Epilepsie 
  • Psychologie/ Neurowissenschaften: Aufschluss über zerebrale Aktivierungsprozesse, Aufmerksamkeitsprozesse, Bewusstseinszustände & deren Veränderungen, Bestimmung von schlafstadien

Grand-Mal Epilepsie

auch tonisch-klonischer anfall

  • weite Teiele des Gehirns betroffen
  • Bewusstseinsverlust
  • Muskelkontraktionen

 

Petit-Mal Epilepsie

Absance

  • Spike-Wake-Komplexe  im EEG
  • häufig bei kindern

Ereigniskorreliertes Potential (EKP)

  • durch äußere & innere Ereignisse hervorgerufene Potetnialverläufe
  • eigenständig,e ereignisbezogene, hirnelektrische Erscheinugn, zusätzl. zu Spontanaktivität 
  • Arten: sensorisch, motorisch, endogen, langsame potentialverschiebung (vorbeitung auf motorische Reaktion, erwartung externer Reiz)

EKP - Erfassung

  • niedrig amplitudig (vergl. mit spontan-eeg, 5-20x)
  • aus den selben Rohdaten wie EEG -> elektrische Aktivität ü. Zeit & Raum
  • Mittlungsverfahren zum "Bereining" um Spontanaktivität
  • Nomenklatur: p/n (für positiv o. negative polarität) ungefähre latenzzeit (in ms) oder laufende nummer reihenfolge auftreten (oder bennenung nach mutmaßl. kogn. prozess e.g. mismatch negativity, error related negativity)

 

EKP: Komponenten

 

Einzelne Teile die mit bestimmter experimenteller Manipulation einhergehen (ganzes EKP = Aggregation verschiedene Komponente), Definition: über Latenz, Aspekte die über alle VPs/ UVs/ Orte kovariieren, neuronale Generatoren

  • Kennwerte
  • Exogene vs. endogene

Kennwerte

  • Amplitude inkulsive Polarität (neg/ pos)
    • Abweichung von Grundlinie (baseline-to-peak)
    • Differenz zwischen lokalen Extreme (peak-to-peak)
  • Latenz (Abstand Gipfel/ Tal vom Reizeinsatzpunkt aus) -> Bennenung Komponenten nach Latenzen in ms/ oder nach Reihenfolge  (je nachdem: pos./ neg.)
  • Elektrodenlokalisation (e.g. frontal o. parietal) - topografisch

 

Typische Visualisierung Kennwerte: 

 

  • Grand Average: Durchschnittl. EKP (ereigniskorreliertes Potentzieal) über alle Messungen -> Zeitabhängige Veränderung in der elektrokortikalen Dynmaik
  • Topografie: Amplitudenverteilung über den Schädel -> räuml. Position relevanter Effekte auf der Kopfhaut

 

Exogene vs. endogene Komponente:

  • Frühe (<200ms, exogen) vs. späte (endogene Komponente)
  • Exogen: primär sensorische Reizleitung/ analyse (beeinflussung auch durch Aufmerksamkeitsprozesse, teilw. Vergleichbare Komponente in unterschiedl. Bewusstseinstufen e.g. Schlaf)
  • Endogen: diffuse Reaktion großer Kortexareale, die mit psychischen Einflüssen (Überaschung, Kategorisierung, Entschiedungsvorgänge) zusammenhänge

Mismatch negativity (MMN)

bei stimulation die nicht in die reihen passt

 

EEG Auswertung

  • Frequenzdomäne: signal wird hinsichtl. verschiedener Frequenzkomponeten charakterisiert (-> spontan-eeg)
  • Zeitdomäne: Signal als Spannungsmessung über konsekutive Zeitpunkte (EKP)
  • Kombination: Zeit-Frquenz-Analyse (Aufteilung Zeitbereich in überlappende Epochen, für jede Epoche Spektralanalyse)

Genese des EEG-Signals (woher kommt das Signal)

  • EPSP
    • verlauf ist träge -> vielfältige Überlagerung mögl.
    • Via Mikroelektrode verifziert
    • Summarische elektrische Aktivität

(warum net AP: punktförmig, nur kurze entfernung, event. summation sehr neidrig)

  1. Kortikale Pyramidenzellen liegen in großer Zahl senkrecht zur Kortexoberfläche
  2. Thalamokortikale oder intrakortikale Afferenzen laufen in höheren Kortexschichten (I und II) ein
  3. Auslöungs EPSP -> lokale Depoalrisation -> Dipol innerhalb Zelle + entgegengesetzter Stromfluss außerhalb der Zelle

Unterscheidung: inhibitorisch/ exhibitorisch, oberflächennah/ tieferliegend (Kortexschicht)

Evoziertes EEG:

 

  • Summarische elektrische Aktivität
  • Apikale Dendriten
  • Pyramidnezelle an Kortexoberfläche
  • IPSP weniger vertreten

Was generiert Alpha-Rhythmus

 

  • Schirttmacherzellen im Thalamus

Was generiert Beta-/ Gamma-Rhythmus

  • Intrakortikale oszillatorische Neuronennetwzwerke

EKPS Auslöser

  • Synchrones Auftreten postsynaptischer potenziale größerer Zellverbände
  • Positivierung vs. Negativierung: Hemmung/“Abbau“ von Mobilisierung vs. Mobilisierung (Grund für häufig vertauschte Achsenorientierung

Magnet- Enzephalographie (MEG)

  • Elektrische Dipole in Großhirnrinde generieren schwache magnetische Felder
  • Registrierung der magnetischen Felder oberhalb der Schädeloberfläche 
  • höhere räuml. Auflösung, da anders als beim EEG weniger Verzerrungen & Dämpfungen des Signals durch Volumenleitung des Schädels 
  • misst v.a. Aktivität der Sulci (EEG aber auch Gyri)
  • ähnl. zeitl auflösung wie EEG
  • Geräte: SQUIDS (kühlung mit flüssigem helium), OPMs (ohne kryotechnik, auf basis optischer phänomene) -> großer technischer aufwand, hohe kosten, nicht so mobil, klinisch sher spezialisierte umgebung gefordert

Computertomographie (CT)

  • Frühste Bildgebungstechnik
  • Wie Röntgen -> Abschwächung Röntgenstrahlung in Abhängigkeit von Gewebedichte (aber bessere Auflösung)
  • CT-Bild: aus vielen einzelnen Röntgenaufnahmen mathematisch ermittelte/ bildlich dargestellte Dichteverteilung des Körpergewebes (3D Bildung)
  • Schnittbilder, Darstellung Schicht für Schicht

CT Vorteile

 

 

  • Einfcahe, robuste Technik
  • Kostengünstig
  • Untersuchugn sogar während Eingriffen mögl

CT Nachteile

 

  • Strahlenbealstung
  • Je nach Untersuchung gabe von Kontrastbildern nötig

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