Biopsych

• Janke
  • Weit:„Biopsychologie ist ein Teilgebiet der Psychologie, das sich mit der Verknüpfung „biologischer“ und „psychologischer“ Sachverhalte befasst“ – Janke, 1993
  • Enger: Nur die Verbindung Somatischer und psychischer Prozesse betrachtet.
  • Noch enger: Nur die Verbindung von Nervensystem und psychischer Prozesse betrachtet
• Birbaumer&Schmidt
  • „Die Biologische Psychologie untersucht diejenigen physiologischen Vorgänge, die für das Verständnis von Verhaltensleistungen von Bedeutung sind.“
  • „Die Biologische Psychologie erforscht die Zusammenhänge zwischen biologischen Prozessen und Verhalten. Dabei werden die Lebensprozesse aller Organe des Körpers, nicht nur des Gehirns, betrachtet.“

→ nicht nur die Auswirkungen des Gehirns werden untersucht, sondern die aller Organ

→ als beobachtbares Verhalten wird alles untersucht, was der Körper an beobachtbaren Reaktionen/Aktionen produziert

• Rosenzweig
  • „In this book we explore the many ways in which the structures and actions in the brain produce mind and behavior.“
  • „We are also interested in the ways in which behavior in turn modifies the structures and actions of the brain.“
  • „The brain controls behavior, and in turn behavior alters the brain.“

→ diese gegenseitige Beeinflussung wird als Bidirektionalität bezeichnet (z.B. beeinflusst beim Lernen sowohl das Gehirn das Verhalten, aber auch das Verhalten das Gehirn)

• Es macht wenig Sinn, die Definition auf die Funktionsweise des Gehirns einzuschränken:
  •  Andere Einflussgrößen (Herz, Atmung, Verdauung, Hormone usw.) sind auch relevant für Erleben & Verhalten

Lebenswissenschaften:

▪ Definition: Wissenschaften, die sich mit belebter Natur beschäftigen z.B. Biologie, Biomedizin, Biopsychologie

• ist ein kleiner Teil der Lebenswissenschaften

• Neuroanatomie
  • Aufbau und Struktur des Nervensystems
  • Benennung und Abgrenzung seiner Komponenten
• Neurophysiologie
  • Funktionsweise und Signalübertragung zwischen Neuronen im Nervensystem
  • vor allem Signalgenerierung und Weiterleitung
• Neurochemie
  • Chemische Vorgänge zwischen Nervenzellen (an Synapsen) oder an einzelnen Rezeptoren --> Neurotransmittersysteme

• Materialistischer Monismus
  • Es gibt nur Materie (also keine Seele!)
  • Psychisches Erleben und Verhalten vollständig beschreibbar durch neuronale Prozesse
  • Biopsychologische Perspektive!!!
• Idealistischer Monismus
  • es gibt nur Geist
  • eine Existenz des Mteriellen wird grundsätzlich ausgeschlossen
  • Menschliches Erleben ist unabhängig von Materiellem
• Dualismus
  • Geist und Materie existieren nebeneinander und beeinflussen sich gegenseitig
  • Descartes

Physiologische Psychologie

• UV
  • Somatische Merkmale (umfasst physiologische/biologische Vorgänge und Strukturen in denen diese Vorgänge ablaufen) z.B. Läsionen
• AV
  • Psychische Variablen z.B. durch Verhaltensmessung
• Organismus
  • nichtmenschliche Tiere
• Messungsmethoden
  • oft invasiv

Psychophysiologie

• UV
  • Psychische Konstrukte z.B. Stress
• AV
  • Physiologische Maße z.B. Hautleitfähigkeit
• Organismus
  • meist Menschen
• Messungsmethode
  • non-invasiv

Erster Teil des Wortes: UV

Zweiter Teil des Wortes: AV

Beispiele:

• Physiologische Psychologie ▪
  • UV: Hippocampusläsion vs. Kontrollgruppe
  • AV: Orientierung (im water mazetest: Ratten müssen Plattform im Wasser finden)
  • Hypothese: Mäuse mit Hippocampusläsion lernen den Ort der Plattform im Labyrinth nicht.
• Psychophysiologie
  • UV: Depressive Patienten vs. Kontrollgruppen
  • AV: EEG Frequenzbandanalyse
  • Hypothese: Das EEG der Gesunden Personen unterscheidet sich in seiner Zusammensetzung vom EEG der Depressionspatienten.

• Zusammenhang von Hirnstrukturen und Verhalten
• Untersuchung von Hirnprozessen bei gesunden Probanden und vor allem hirngeschädigten Patienten (Läsionen durch OPs, Unfälle, Krankheiten)
• Messverfahren: bildgebende Verfahren, neuropsychologische Tests
• Klinischer Fokus
  • Diagnostik: Begutachtung der Beeinträchtigung
  • Neuropsychologische Rehabilitation → Patienten lernen nach einer Läsion bestimmte verlorene Fähigkeiten wieder zu erwerben

Variation somatischer Strukturen/Funktionen --> Messung voon Verhalten und Erleben

1. Interferenz mit Transmittersystemen

• z.B. Beruht Placeboeffekt auf endogenen Opiaten (siehe Experiment in VL)

2. Neurostimulation

• z.B. wirkt Stimulation des mesolimbischehen Systems belohnend?

3. Experimentelle Läsion

• z.B. wie wirkt Läsion des Hippocampus auf Erinnerungsleistung

Korrelativer Untersuchungsansatz

• Immer dann nötig, wenn die experimentelle Manipulation einer UV nicht möglich ist
• KEIN Kausalschluss möglich, weil die Wirkrichtung unbekannt ist!

• Stereotaktische Atlas „ Dreidimensionales Koordinatensystem“ für Gehirn mit genauer Angabe der Lokalisation versch. Hirnstrukturen

▪ Stereotaktische Apparatur =Chirurgischer Hilfsapparat zur präzisen Läsion

Placebo“-Kontrollbedingung zur experimentellen Läsion

▪ Gleicher operativer Vorgang (Narkose, Öffnung des Schädels etc.)

▪ ABER keine Läsion!

▪ Somit kann besser überprüft werden, ob die Auswirkungen, die der Organismus nach der OP zeigt, wirklich von der zugefügten Läsion im Gehirn stammen oder ob Nebenwirkungen der OP für die Veränderungen verantwortlich sind

• Neurochirurgische Operationen
  • Tumorentfernung
  •  Epilepsieherd-Entfernung
  • Einbringung von Elektroden für tiefen Hirnstimulation

Beipspiel:

1. Entfernung des Occipitalcortex einer Ratte

2. Testverfahren nach der OP: Ratte muss Weg durch Labyrinth zu Futter finden.

3. Ergebnis: Ratte findet Futter nicht.

Mögliche Schlussfolgerungen:

a) Der Occipitalcortex ist für Lernen verantwortlich

b) Der Occipitalcortex ist wichtig für Wahrnehmungsprozesse, die wiederrum wichtig für Lernen sind (In diesem Beispiel richtig)

c) Der Occipitalcortex ist wichtig für die Funktion einer anderen Hirnregion, die wichtig für Lernen ist

d) Der Occipitalcortex ist wichtig für die Inhibition einer Hirnregion, welche bei Disinhibition Lernverhalten blockiert

e) Der Occipitalcortex ist hilfreich, aber nicht notwendig für Lernfunktion

f) Die OP hat Blutungen o.Ä. verursacht. Dies hat das Gehirn unspezifisch lädiert. Die Ratte kann nicht mehr lernen

▪ Placebo = Die Therapie oder das Medikament ohne inhärente Wirkung. Beispiel dafür ist die Sham-OP

▪ Inhärent= zusammenhängend, charakteristisch → Wirkung ist auf ein Medikament zurückzuführen

▪ Placeboeffekt = Auswirkungen/Effekte nach der Gabe von Scheinmedikamenten

▪ Sinn in der Forschung: Einsatz in Kontrollgruppen→  Ergebnissicherung

Doppelblind

▪ Weder der Patient noch der Behandler weiß, welche Behandlung er (z.B. Placebo vs. Medikament bzw. OP vs. Sham-OP) der Patient erhält.

▪ Kontrolliert, dass wirklich nur die angewendete Manipulation zu einer Veränderung führt

▪ Eliminiert Erwartungseffekte auf beiden Seiten

▪ Operationalisierung

UV: Hippocampus intakt /lädiert

AV: Lernverhalten im Watermazetest

▪ Eingesetzter Organismus: Ratte

Gruppe 1: Hippocampusläsion

Gruppe 2: Sham-Op

Gruppe 3: z.B. Amygdalaläsion (Kontrollgruppe für doppelte Dissoziation)

Alle drei Gruppen werden dem Watermazetest ausgesetzt und dabei das Verhalten beobachtet

• Einfache Dissoziation:
  • Manipulation von Struktur X --> Funktion A verändert, B nicht
  • kein Kausalschluss möglich
  • z.B. 
    • Tier 1: Occipitalcortex lädiert --> Lernen intakt und Sehen nicht
    • kein Kausalschluss möglich
• Doppelte Dissoziation:
  • Manipulation von Struktur X --> Funktion A verändert, B nicht
  • Manipulation von Struktur Y--> Funktion A nicht verändert, B schon
  • Hinweis auf Zuordnung von A zu X und B zu Y
  • Bsp.
    • Tier 1: Occipitalcortex lädiert --> Lernen intakt, Sehen nicht
    • Tier 2: Hippocampus lädiert --> Sehen intakt, Lernen nicht
    • Hinweis auf Zuordnung von Sehen zu Occipitalcortex und Lernen zu Hippocampus
  •  

• 4 Ventrikel= 4 innere Kammern des Gehirns
  • Pro Hemisphere ein Seitenventrikel
  • 3. Ventrikel (beim Zwischenhirn)
  • 4. Ventrikel (beim Rautenhirn)
• Ventrikel und Subarachnoidalraum gefüllt mit Cerebro-Spinal-Flüssigkeit (auch: CSF, Liquor cerebrospinalis)

→gebildet in Plexus Choroideus

− Schutz des Gehirns

− Versorgung mit Nährstoffen

• Mögliche Pathologien:

− Zu wenig CSF: Verringerter Schutz

− Zu viel CSF: Verdrängung der Gehirnmasse

• Bluthirnschranke (BHS) (auch: Blood brain barrier (BBB))
• Funktion: verhindert übertritt VIELER toxischer Substanzen aus dem Blut in das Gehirn
• Blut versorgt nicht direkt die Neurone sondern Astrozyten haben Verbindung zum Blut und "füttern" die Nervenzellen
• Tight junctions lassen kaum Chemikalien vorbei
• Durchlässigkeit:
  • gut für kleine und lipophile (fettliebende) Moleküle
  • schlecht für große und hydrophile (wasserliebende) Moleküle

• Soma = eigentlicher Zellkörper mit Zellkern und vielen anderen Organellen
• Dendrit = griech. „Baum“ = Fortsätze der NZ, die als „Empfänger“ fungieren und synaptische Verbindungen mit anderen Zellen ausbilden; es können sich spezielle „Dornen“ (spines) auf ihrer Oberfläche befinden

→hier die meisten Synapsen

• Axon = griech. „Achse“: Fortsatz der NZ zur Informationsweiterleitung; beim Menschen zwischen 1μm und 1m lang; entspringt dem Axonhügel
• Zellkern = Nucleus :Ort der Translation von DNA in mRNA, Splicing (Zurechtschneiden von Erbinformation)
• Ribosomen = Ort der Transkription von mRNA in Proteine
• Mitochondrien = Ort der Zellatmung:„Kraftwerke der Zelle“
• glattes endoplasmatisches Retikulum = Membranstapel, der wichtig für Fettsynthese ist
• raues ER = Endoplasmatisches Retikulum mit Ribosomen -> Proteinsynthese
• Golgi Apparat = schnürt Vesikel und modifiziert Proteine

• EPSP
  • Ausgelöst durch den Einstrom von Kationen (positiv (+) geladenen Ionen) wie z.B. Natrium (Na+), Kalium (K+) oder Calzium (Ca2+)
  • Führt zu Membrandepolarisation )Ladung im Neuron wird positiver) → Bei ausreichender Stärke: Auslösung eines Aktionspotentials (AP)
• IPSPS
  • Ausgelöst durch den Einstrom von Anionen (- geladenen Ionen) wie z.B. Chlorid (Cl-)
  • Führt zu Membranhyperpolarisation (Ladung im Neuron wird negativer) → Verringert die Wahrscheinlichkeit, dass AP auftritt
• Wird ein AP ausgelöst wird dieses an die nächste NZ weitergeleitet, dort kann kann wieder ein IPSP oder ein EPSP entstehe

• Neuron "verrechnet" eingehende EPSPs und IPSPs aus verschiedenen Quellen miteinander
• Bei Überschreitung der Schwellenspannung (-65mV) wird dann ein Aktionspotenzial ausgelöst
• zeitliche Summation 
  • kurz hintereinander folgend kommen aus einer Quelle mehrere EPSPs oder IPSPs an der Zielzelle an --> Neuron fällt zwischen den EPSPs/IPSPs nicht zurück in Ruhepotenzial --> jeweilige Spannungsveränderung summiert sich immer weiter auf
• räumliche Summation
  • es kommt aus verschiedenen Quellen gleichzeitig EPSPs und IPSPs an der Zielzelle an und werden zu einem Gesamtpotantial integriert
    • Hemmung: hemmendes Neuron Start stimuliert, sorgt dafür, dass kein AP an der Postsynapse entstehen kann
    • Bahnung: zeitlicher Abstand zwischen EPSPs zu groß, um AP auszulösen ABER die Zelle wid "vorbereitet" -->darauf folgende EPSP das eigentlich nicht ausreicht um ein AP auszulösen überschreitet leichter das Schwellenpotential

• Diffusionskraft: unterschiedliche Ionenkonzentrationen streben immer Ausgleich an (Beispiel: Zucker in Wasser verteilt sich überall gleich)
• Elektrostatische Kraft: entgegengesetzte Ladung (+-) zieht sich an, gleichgerichtete Ladungen (++)(--) stoßen sich ab
• Na+K+Ionenpumpe: Aktiv (also unter Enegerieverbrauch) werden drei Natriumionen aus der Zelle hinaus und zwei Kaliumionen in die Zelle hinein gepumpt und halten so das Ruhemembranpotenzial aufrecht

• Funktion: Weiterleitung von Informationen
• Außen: Viel Na+ und ein positives Potenzial
• Innen: Viel K+ und ein negatives Potenzial
• In der Membran befinden sich spannungsabhängige Ionenkanäle für Na+ und K+ (normalerweise zu!)
• Transportermoleküle: vor allem Na+/K+ Pumpe
• wenn sich die Spannung verändert passiert erst einmal nichts bis die Schwellenspannung erreicht ist

• 1. Spannungasabhängige Na+ Kanäle in der Membran öffnen sich; Na+ strömt in die Zelle (Natrium-Influx)-->Ladungsdifferenz verringert sich, die Zelle depolarisiert
• 2. K+Kanäle öffenen sich und K+-Austrom beginnt--> Zelle repolarisiert
• 3. Na+Kanäle werden refraktär --> Na+ kann nicht mehr in die Zelle gelagen
• K+ verlässt weiterhin die Zelle --> Zelle hyperpolarisiert
• Wiederherstellen des Konzentrationsgradienten und somit Ruhezial via Na+/K+ Ionenpumpe

Medial: zur Körpermitte hin

Lateral: zum Körperäußeren hin

Dorsal: zum Rücken

Ventral: zum Bauch

Anterior: zur Brust

Posterior: zum Schwanz

Beim Menschen rotieren die Richtungsbezeichnungen aufgrund des aufrechten Gangs:

Medial: zur Körpermitte hin

Lateral: zum Körperäußeren hin

Dorsal: zur Schädeldecke

Ventral: zum Bauch

Anterior: zur Stirn

Posterior: zum Hinterkopf

Rostral: zum Schnabel

Caudal: zum Gesäß/Schwanz

• Frontal, koronar: = senkrechter Schnitt durch das Gehirn von links nach rechts 
• Saggital: (von lat. saggitus = Pfeil) = senkrechter Schnitt durch das Gehirn von anterior nach posterior 
• Horizontal: waagerechter Schnitt durch das Gehirn von anterior nach posterior
• Transversal: waagerechter Schnitt durch das RM

• Afferenzen betreten das Rückenmark von dorsaler Seite (Hinterwurzelneurone)
  • Sensorische, unipolare Neuronen
  • Info aus Haut, Gelenken, Rumpfmuskeln, Gliedmaßen, inneren Organen (Interozeption)
• Efferenzen verlassen das Rückenmark zur ventralen Seite (Vorderwurzelneurone)
  • Motorische, mutlipolare Neurone
  • Willkürmotorik, Reflexbewegungen
  • Autonome Regulation (Parasympatikus und Sympathikus)
• Auf einfach: Hinten rein; vorne raus 

• lat. truncus encephali
• Besteht aus:
  • Mittelhirn (Mesencephalon)
  • Brücke (Pons)
  • verlängertem Rückenmark (Medulla oblongata)
• „Technikzentrale“:
  • Bahnen für Motorik und Sensorik laufen hindurch → Verbindung von Gehirn und Rückenmark
  • über Formatio retikularis Regulation vieler lebenswichtiger Funktionen z.B. Schlaf-Wach Rhythmus 

• Enthält ca. 50% der Neurone des Gehirns
• Wichtig für (zeitliche) Bewegungskoordination, Augenbewegungen, Körperhaltung, prozedurales Lernen
• Enthält sensorische Informationen aus dem Rückenmark, motorische aus der Großhirnrinde und Informationen aus den Vestibularorganen
• Mitverantwortlich für motorisches Lernen (Fahrradfahren, Klavierspielen etc.)
• Bei Schädigung: Ataxie = Störung der Bewegunskoordination

• Enthält Thalamus, Hypothalamus
• Hypothalamus (Homöostase)
  • Regulation des autonomen NS über Hormonabgabe (über Hypophyse)
  • Umschaltstelle zwischen Gehirn und Peripherie − Regulation motivationaler Verhaltensweisen (z.B. Essen, Schlaf, Sexualität)
  • Afferente und efferente Verbindungen mit Thalamus, Mittelhirn, Cortex
• Thalamus = Tor zum Bewusstsein
  • Liefert Informationen zum Kortex
  • alle Sinnesmodalitäten werden hier verschaltet (außer Geruch)
  • Thalamus bekommt kortikales Feedback
  • Besteht aus paarweise angelegten Relais-Kernen (Corpus geniculatum laterale (visuelle Bahn), Corpus geniculatum mediale (auditorische Bahn), Nucleus ventralis posterior (somatosensorische Bahn)
  • Input aus Hirnstamm und RM

• Neurohypophyse: „trockener Weg“
  • Neurone des Hypothalamus im Nucleus paraventricularis produzieren Oxytocin und ADH=Vasopressin
  • Axonen der Neurone reichen bis in die Hypophyse und sorgen dort direkt für Ausschüttung von Oxytocin und ADH ins Blut
• Adenohypophyse: „nasser Weg“
  • Releasing Hormon (Faktor) wird im Hypothalamus ausgeschüttet und diffundiert zur Adenohypophyse
  • Hormonproduzierende Zellen werden durch die Releasinghormone stimuliert und setzen das eigentliche Hormon frei
    • Somatotropin (Wachstum)
    • Follikelstimulierendes Hormon (Geschlechtsorgane)
    •  Adrenocorticotropes Hormon (Nebennierenrinde)
    • Thyroideastimulierendes Hormon (Schilddrüse) 

• Großhirnrinde (zerebraler Kortex)
• Limbisches System
• Basalganglien
• Uneinigkeit über genaue Bestandteile

• Größe der Oberfläche
• Dicke der Cortexschichten
• → je größer die Fläche und je dünner die Schicht, desto stärker ist die Faltung
• → die Grenze der Faltung ist die Dicke der kortikalen Schicht 

• Stirnlappen (Frontallappen)
• Scheitellappen (Parietallappen)
• Hinterhauptslappen (Okzipitallappen)
• Schläfenlappen (Temporallappen)

yramidenzellen

• Interkortikale Kommunikation
• Pyramidenförmige Zellkörper
• Große, multipolare Neurone
• Großer Dendrit (apikaler Dendrit)

→verläuft geradlining zur Kortexoberfläche

• Sehr langes Axon

Sternzellen

• Intrakortikale Kommunikation
• Sternförmiger Zellkörper
• Kleine Interneurone