M3a - Wahrnehmung, Aufmerksamkeit und Gedächtnis/ Sprache, Drnken, Urteilen, Entscheiden und Bewusstsein

• Lange Tradition
• zentrale Bedeutung für die Entwicklung von Theorien
• Entwicklung von Untersuchungsparadigmen
• Nutzung des Experiments zur Theorietestung

Computer-Metapher: Informationsverarbeitung beim Menschen wie bei Computer-Programmen 

-> Annahme: schrittweise, serielle Verarbeitung (ein Prozess nach dem Anderen)

Bottom-up: reizgesteuerte Informationsverarbeitung 

Reiz -> Aufmerksamkeit -> Wahrnehmung

Netzwerk-Metapher: Informationsverarbeitung durch einfache Einheiten im Netzwerk 

-> schnell & parallel, automatische Aktivationsausbreitung

Top-down: Einflüsse von Vorwissen/Erwartungen beeinflussen Aufmerksamkeit & Wahrnehmung (interaktive Aktivation)

• erster systematischer Ansatz zur Erforschung menschlicher Kognition
• Entwicklung zentraler Theorien und Paradigmen

• verwendete Aufgaben haben oft geringe ökologische  /externe Validität
• kaum Generalisierung möglich 
• Verwendung indirekter Maße (z.B. Akkuratheit)
• Teilweise unpräzise, verbale Theorien 
• kein übergreifendes Modell der Kognition als Ganzes

Untersuchung der kognitiven Leistung von Patienten mit Hirnschädigungen 

-> Ziel: direkte Aussage über Verbindung zwischen Gehirn & Kognition UND etwas über Gesetzmäßigkeiten der Kognition zu lernen, nicht nur über materiellen Aufbau des Gehirns

• funktionale Modularität (Vorhandensein von unabhängigen Verarbeitungseinheiten)
• anatomische Modularität (spezifische Gehirnregion pro Verarbeitungseinheit) 
• Einheitlichkeit der funktionalen Architektur (personenübergreifend)
• Subtraktivität (KEINE Plastizität!)

Annahme: Schädigungen im Gehirn führen zu spezifischen Ausfällen von Modulen, ein Mensch kann diese Ausfälle nicht durch andere Module kompensieren -> diese Annahme ist in großen Teilen widerlegt, bspw. durch neuronale Plastizitätsannahmen

Sie verbindet die Experimentelle Kognitive Psychologie mit der kognitiven Neurowissenschaft

Ist die theoriebasierte Abgrenzung kognitiver Funktionen haltbar? Sind sie abhängig oder unabhängig? Bsp: Findet Wahrnehmung & Gedächtnis unabhängig von der Informationsverarbeitung von sozialen Reizen statt?

• einfache Dissoziation 
• Doppel-Dissoziation 
• Untersuchung von Assoziationen

Experimentalgruppe: Patienten mit spezieller Hirnschädigungen, Kontrollgruppe: Patienten ohne spezielle Hirnschädigungen, sollten gleich sein im Bezug auf Alter, Geschlecht…

-> Vergleich der Leistungen beider Gruppen bezüglich unterschiedlicher Aufgaben (LZG, KZG…)

Zwei Patientengruppen: unterschiedliche Schädigungen, bspw. LZG vs. KZG. 

-> Vergleich der Leistungen 

-> Es gibt überzeugende Evidenz für die Abgrenzung von Funktionen & relevanten Gehirnregionen

Symptome der Leistungseinschränkung in Aufgabe X und Y treten bei Patientengruppen verstärkt gemeinsam auf 

-> Annahme einer gemeinsamen Ursache, das heißt dann Syndrom

• Doppel-Dissoziationen: starke Evidenz für Modularitäten, 
• Nachweis kausaler Verbindungen zwischen Hirnschädigung & kognitiver Leistung -> wichtig in Forschung zu Gedächtnis & Sprache

• Modularitätsannahmen zu stark 
• Patienten entwickeln Kompensationsstrategien 
• neuronale Plastizität, Hirnschädigungen betreffen mehrere Module 
• Verbindungen zwischen kognitiven Prozessen werden zu wenig beachtet 
• interindividuelle Unterschiede existieren

Wie ist das Hirn vernetzt?, Intensive Untersuchung des Gehirns: 100 Mrd. Neuronen, komplex vernetzt

Theorie der komplexen Topologie / Vernetzung (Bullmore & Sporns 2012)

2 Prinzipien:

1. Prinzip der Kosten-Kontrolle (wenig Verbindungen, kurze Distanzen)
2. Prinzip der Effizienz (Fähigkeit, Infos über der Gehirn hinweg zu integrieren)

1. Lattice Topology: geringe Effizienz, geringe Kosten
2. Komplexe Topologie (das ist die vorgestellte Theorie), Mittelweg zwischen Kosten und Effizienz, beides okay
3. Random Topology: hohe Effizeinz, hohe Kosten

Es gibt viele Module (kleine Areale, intern eng vernetzt) 

& Hubs (stark vernetzte Verteilerzentren)

6 Stück:

1. Einzel-Ableitung
2. EPRs
3. PET
4. fMRT
5. MEG
6. TMS/rTMS

Mikroelektrode wird im Gehirn zur Messung der elektrischen Ladung von Zellen implantiert

Zeitlich/Räumlich: gut

Problem: Invasiv, ethisch schwierig

Aufzeichnung elektrischer Gehirnaktivität durch Elektroden auf der Kopfhaut, 

Zeitlich: gut | Räumlich: geringe Auflösung 

Problem: viele Wiederholungen notwenig, Sub-Kortikale Aktivität nur schwer messbar

Aufzeichnung der Bewegung schwach radioaktiver Substanz im Gehirn, 

Zeitlich: schlecht | Räumlich: Gut 

Problem: invasiv, Strahlenbelastung

Messung von Gehirn-Aktivität über Sauerstoffgehalt des Blutes 

-> unterschiedliches Drehverhalten im starken Magnetfeld, 

Zeitlich: mittel | Räumlich: sehr gut

Problem: laut und unbequem, nur eingeschränkte Möglichkeit zur Präsentation von Stimuli

Messung magnetischer Aktivitäten des Gehirns, welche durch Stromfluss erzeugt werden

Zeitlich: exzellent | Räumlich: gut

Problem: sehr teuer, neue Technologie (nicht überall verfügbar)

Hemmung spezifischer Bereiche des Gehirns durch starkes magnetisches Feld, temporäre Läsion (!)

-> Kausalschlüsse möglich bezüglich Beteiligung von Hirnarealen 

Problem: Auswirkungen komplex & nicht vollkommen verstanden, Lokalisierung nicht vollkommen klar, Sicherheit der Probanden

Eine Kombination erlaubt sehr gute zeitliche / räumliche temporäre Auflösung, 

funktionale Spezialisierung & Integration kann nachvollzogen werden, TMS erlaubt Kausalschlüsse

• Befunde werden überinterpretiert
• Es ist schwierig, Hirnaktivität & kognitive Theorien aufeinander zu beziehen
• methodische Probleme -> oft Alpha-Fehler (da wenig Probanden)
• Neuroimaging Illusions

Komputationales Modelling: 

• Programmierung von Modellen, die Aspekte der menschlichen Kognition nachbilden
• Modell der Zusammenhänge & Schritte der Informationsverarbeitung 
• Klare Abgrenzung der Komputationalen Kognitionswissenschaft von artifizieller Intelligenz (diese will möglichst intelligente Ergebnisse)

1. Konnektionistiches Netzwerk (Rummelhart&McCelland, 1986)
2. Produktionssysteme (kognitiver Architektur)