Biopsych

(Bild)

• Primärer Motorcortex ( BA 4)
  • Bewegungsinitiierung
  • Bewegungsbefehle an tiefergelegene motorische Regionen
• prämotorisches Feld (BA 6)
  • Bewegungsplanung
• frontales Augenfeld (BA 8)
  • Willkürliche Augenbewegung
  • visuelle Aufmerksamkeit
• Broca-Areal (B 44/45)
  • Sprachmotorik
  • Lautbildung

• Urbach-Wiethe Syndrom (Erbkrankheit): kongenitale bilaterale Verklkung der Amygdala --> Patientin S.M.
• S.M. kann bei anderen Angst erkennen, wenn sie bewusst auf Angst schaut, reflexiv schaut sie aber eher auf den Mund (und erkennt deshalb oft Angst anderer Personen nicht)
• Experiment: S.M. wird in angstauslösende Situationen gebracht (Säulendiagramm zeigt ihre Reaktion mit Angst auf angsteinflößende Filme im Vergleich zu gesunden Personen)
  • Fürchtet sich vor nichts
  • kann alle anderen Basisemotionen normal empfinden
  • S.M. war schon in vielen gefährlichen Situationen, da ihr der Instinkt fehlt, diesen aus dem Weg zu gehen

• Angst und Furcht
  • High road (Thalamus --> visueller Kortex--> Amygdala):
    • langsame, genaue Stimulusinterpretation
    • genauere Überprüfung ermöglicht Korrektur der Reaktion
  • Low road (Thalamus-->Amygdala)
    • schnelle, automatische Reaktion durch direkten Abzweig aus Thalamus in die Amygdala
    • nur grobe Abbildung aus Retina im Thalamus
    • Körper wird auf Kampf/Flucht vorbereitet

• Hippocampus wichtig für Lernen aber nicht jegliches Lernen
• Prozedurales (implizites) Lernen weiterhin möglich
• Spiegelzeichnen Aufgabe:
  • keine bewusste Erinnerung daran, die Aufgabe schon mal durchgeführt zu haben
  • trotzdem verbesserte Leistung
  • Bewältigung der Aufgabe implizit gelernt

• Möglichkeit, Auswirkungen bilateraler Hippocampusläsion am lebendigen Menschen zu studieren
• Läsion war (da chirurgischer Eingriff) relativ präzise und umfasste große Teile des medialen Temporallappens incl. Hippocampus
• Grund für OP: schwere Epilepsie
• H.M. war unfähig neue Info explizit neu einzuspeichern
• H.M. hatte graduelle, retrograde Amnesie

• Place Cells im Hippocampus
• Grid Cells im entorhinalen Cortex
• ohne Hippocampus kaum Lernfortschritt beim Orientierungslernen (Ratten, H.M.)!
• Bsp. Morris Water Maze:
  • Ratten werden in Wasser gesetzt und finden erst durch Zufall eine unter Wasser liegende Plattform
  • beim erneuten Aussetzen im Wasser finden gesunde Ratten die Plattform deutlich schneller, weil sie sich erinnern
  • Ratten mit läsioniertem Hippocampus erinnern nicht den Ort der Plattform --> Hippocampusläsionen führen zu langsameren (räumlichen) Lernen

• Allgemein: Zellen, die verschiedene Feuerpräferenzen/reaktionspräferenzen haben --> Feuerungsmuster von Neuronen
• Place Cells (Hippocampus A1)
  • Reaktionspräferenz auf einen Ort
  • bestimmte Zellen reagieren auf bestimmte Orte in der Umgebung
• Grid Cell (Enthorinaler Kortex)
  • Reaktionspräferenz auf ein hexagonales Muster von Orten
  • Landkarten der Umgebung
  • Reaktion v.a. wenn sich ein Tier an den Eckpunkten eines Hexagons befindet
• Head Direction Cell (Striatum, enthorinaler Kortex, Thalamus)
  • Reaktionspräferenz auf eine Kopfausrichtung
  • z.B. reagieren bestimmte Zellen immer, wenn Tier nach unten links schaut

• Hörverlust:
  • Bei Schädigung des primären auditorischen Cortex=A1=BA41/42=Heschl`sche Querwindung
• Wernicke Aphasie
  • Sensorische Aphasie bei Schädigung des Wernicke Areals=BA 22/42
  • Richtiger Sprachrhythmus und Intonation bleibt erhalten, aber bedeutungslose Sprache sowie Verlust des Sprachverständnis
  • Achtung: Broca-Aphasie kommt nicht durch Schädigung im Temporallappen zustande, da es im Gyrus frontalis inferior liegt (Hier ist das Sprachverständnis erhalten, jedoch die Sprachproduktion gestört)
• Beeinträchtigung des räumlichen Gedächtnisses und Gedächtnis für Objekte
  • Schädigung der Hippocampusformation
  • Im schlimmsten Fall: nahezu vollständige anterograde Amnesie für Fakten und biographische Details nach bilateraler Hippocampusschädigung (siehe H.M.)

• Verarbeitung taktil sensorischer Informationen und von Schmerz (im somatosensorischen Cortex des anterioren Parietallappens)
• Visuell geleitete Bewegungskontrolle
  • Ausfall führt zu Apraxie
  • Integration sensorischer Informationen im posterioren Parietallappen
• Aufmerksamkeit (Teil des fronto-parietalen Aufmerksamkeitsnetzwerks)
  • Ausfall führt zu Neglect

• (Neuropsychologische Testung:
  • 1. Präsentation eines visuellen Stimulus zunächst ins linke, dann ins rechte Gesichtsfeld: à Patient entdeckt beide (intakter Visus)

2. Präsentation beider Stimuli gleichzeitig: àPatient nimmt nur den Stimulus im ipsilateralen Gesichtsfeld wahr (Extinktion)

• Halbierungslinien: Neglectpatienten vernachlässigen das kontralaterale Gesichtsfeld und zeichnen die Halbierungslinien verschoben auf die ipsilaterale Seite)

• Zeichenaufgaben (nachzeichnen oder freies Zeichnen)
• Suchaufgaben (wie das Suchen der Kreisöffnungen)
• Linienhalbierung
• Vorlesen von Texten

• Neglectpatienten zeigen weder spontane Fixation in das kontraläsionale Halbfeld, noch können sie ihre Aufmerksamkeit zielgerichtet dorthin lenken
• Doch !
• Patienten können angeben, ob 2 Objekte gleich oder verschieden sind, auch wenn sie das kontraläsionale Objekt nicht benennen können
  • Unbewusste Informationsverarbeitung
• Bsp. Versuch: Patient soll nur angeben ob die zwei gezeigten Objekte gleich oder verschieden sind, im zweiten Schritt wird gefragt, ob sie die beiden Objekte auch benennen können

• Weitere Studien zeigen, dass Info. Im kontraläsionalen Hemifeld bis zu höheren Ebenen verarbeitet wird (z.B. semantisches Primimng im kontraläsionalen Feld für Targets im ipsiläsionalen Feld)
• Semantisches Priming funktioniert auf der kontraläsionalen Seite (Primes werden auf der kontraläsionalen Seite präsentiert und geben Hinweise auf Informationen im ipsiläsionalen Halbfeld à Verarbeitung findet bis zu höheren Ebenen statt

• Unilateraler räumlicher Neglect: Durch eine halbseitige Läsion des Gehirns hervorgerufene Aufmerksamkeitsstörung, die dadurch charakterisiert ist, dass der Betroffene die kontralaterale Hälfte seiner Umgebung bzw. des eigenen Körpers nicht oder nur schlecht wahrnimmt bzw. missachtet
• Läsion meist im rechten Parietallappen durch Schlaganafall, Auswirkung kontralateral à Teil des fronto-parietalen Aufmerksamkeitsnetzwerks
• Neurologische Störung der Aufmerksamkeit
• Vernachlässigung der kontralateralen Hälfte der Umgebung oder der kontralateralen Körperhälfte (egozentrisch) und/ oder Objekthälften (allozentrisch)
• Multisensorisch betrifft auch Akustik, Sensorik

• extrapersonaler Raum
  • Egozentrisch
  • Vernachlässigung des kontralateralen Raums bzw. Körperhälfte
  • Schädigung im inferioren Parietallappen und er Temporo-Paritalen Verbindung
  • Häufigster Fall!
• Objekt-zentriert
  • allozentrisch
  • Vernachlässigung der kontralateralen Hälfte jedes Objekts
  • Läsion im superioren temporalen Gyrus

• Störung der Ausführung willkürlicher zielgerichteter und geordneter Bewegungen bei intakter motorischer Funktion
• Läsion im posterioren Parietallappen, Läsion ist nur auf einer Seite, die Störung aber auf beiden
• Sprachdominante Hemisphäre (idr links)
  • Ideomotorische Apraxie
    • Flasche Ausdrucksbewegungen und Gesten
    • Nachahmung von Bewegungen eingeschränkt
    • Perseverationen
  • Ideatorische Apraxie
    • Gestörtes Handlungskonzept
    • Ungeordnete Abfolge von Einzelhandlungen
• Nicht-Sprachdominante Hemisphäre (i.d.r. rechts)
  • Konstruktive Apraxie
    • Unfähigkeit, geometrische Gebilde korrekt zu erfassen und nachzuzeichnen
    • Visuell-räumliche Orientierung eingeschränkt (topographische Agnosie und Amnesie)

• Verarbeitung der Somatosensorik
• Verschaltung kontralateral
• Somatope Ordnung (Nah aneinander liegende Körperteile sind auch im Gehirn nebeneinander repräsentiert)
• Gebiete werden anhand ihrer Sensibilität repräsentiert, nicht ihrer Größe→ umgekehrter Homunculus

• „Gesichtsblindheit“→ Spezifische Form der Objektagnosie
• Schädigung der ventralen Bahn im Bereich des Gyrus fusiformis durch Schädigung oder Vererbung
• Diagnose: neben Schlaganfalldiagnostik (bildgebende Verfahren) und standardisierten Tests können bei angeborener Prosopagnosie Symptome zur Diagnostik verwendet werden
• Je nach Schweregrad auch Emotionserkennung eingeschränkt
• Patienten lernen Menschen anhand von anderen Merkmalen (Stimme, Kleidung) zu unterscheiden → Erkrankung bleibt oft lange unentdeckt
• In extremen Fällen können Patienten sich nicht selbst erkennen
• Jedoch können Gesichter unbewusst erkannt werden → höhere Hautleitfähigkeit beim Betrachten von Bildern von Bekannten als beim Betrachten von Bildern von Fremden

• V5 oder mediotemporaler Cortex ist u.a. für die Analyse von Bewegungen zuständig
• Initial findet eine Bewegungswahrnehmung aber schon in V1 statt

• Kortikale Blindheit
  • Synonyme: Rindenblindheit
  • Geschädigter Bereich: Primärer visuseller Cortex
  • Skotom: 
    • Blinder Bereich im korrespondieren Bereich des kontralateralen Gesichtsfeldes --> Augen sind intakt, aber Gehirn nicht
    • "Blindsight"
      • Pat. berichten nicht bewusst zu sehen ABER reagieren auf visuelle Stimuli --> Ursache nicht abschließend wissenschaftlich geklärt
• Seelenblindheit
  • Synonym: Agnosie
  • Geschädigter Bereich: visueller Assoziationscortex, ventrale Bahn
  • Objekt das gesehen wird, kann nicht bezeichnet werden
  • Apperzeptive Agnosie:
    • jegliche Objekterkennung (--> ungeordnete Wahrnehmung von Objekten)
  • Assoziative Agnosie:
    • Assoziation zwischen Objekt, Namen, Funktionszweck kann nicht gebildet werden (--> Pat. erkennen, dass Objekt ein Werkzeug ist, aber können nicht sagen wie und wofür man es gebraucht)
  • Objektagnosie:
    • ....

• Ventral: Charakteristika von Objekten (Form, Farbe);
  • WAS?
  • Von V1 bis zum inferioren Temporalcortex
• Dorsal: Räumliche Verarbeitung: Lokation von Objekten, Bewegungsrichtung von Objekten
  • WO?
  • Von V1 bis zum Parietalkortex
  • Neuronengruppen, die selektiv auf spezifische Objektgruppen reagieren (Gesichter, Werkzeuge, Gebäude)

Die zwei Bahnen leiten Information aus dem primären visuellen Kortex in verschiedene Areale des 

evtl. Bild einfügen

Verlauf

1) Retina

2) Chiasma opticum: Kreuzung fast aller Bahnen

3) Corpus geniculatum laterale (Thalamus)→ erste Synapse der Sehbahn

4) Primärer Visueller Cortex (V1, area striata, primäre Sehrinde)

• Nasale Teile werden kontralateral verschaltet, temporale Teile ipsilateral
• Retinotopie: benachbarte Retinabereiche sind auch im Okzipitallappen benachbart
• Dominanzprinzip: Bereich der Fovea (Ort des Schärfsten Sehens) ist im Okzipitallappen überproportional repräsentiert)
• Linke Info rechts, obere Info nach unten und umgekehrt
• Neuronale Projektionen von den Retinae über das Corpus geniculatum laterale (Thalamus) zum linken und rechten primären visuellen Cortex (Area striata)
• Okzipitallappen ist primär für das Sehen verantwortlich
• Im Thalamus finden nochmal Verknüpfungen statt

• Elektrophysiologie (EEG, MEG)
  • räumlich schlechte Auflösung (v.a. EEG)
  • --> keine Aussagen über strukturell-anatomische Korrelate möglich
  • zeitlich gute Auflösung (ms)
  • relativ direkte Messung
• Bildgebung
  • räumlich genaue Auflösung
  • -->genaue Lokalisation
  • zeitlich schlechte Auflösung (s bis h)
  • Indirekte Messung neuronaler Aktivierung (über Blutdurchfluss etc.)

• EEG, das direkt auf der Cortexoberfläche abgeleitet wird
• Nur bei neurochirurgischen Eingriffen genutzt
• Stärkeres Signal als bei non-invasiven Vorgehen
• Auch als Elektrocortikographie bezeichnet

• Strecke von Nasion zu Inion und zwischen den Präaurikulärpunkten wird als 100% definiert
  • Unterteilung in 10% und 20% Schritte
• Ausgehend von diesen Koordinaten werden die Elektroden verteilt
• Agenda:
  • Gerade: rechte Hemisphere
  • Ungerade: linke Hemisphere
  • Z: zentral
  • F,T,P,O: Lappen

• Messbereich der EEG-Messung: einige Mikrovolt=1 millionstel Volt
• Verstärkung der Signale um Faktor 10^4-10^6 nötig à auf bis zu 1 Volt
• Abschirmung von anderen elektrischen Reizen nötig

• Uni/Monopolar
  • aktive Elektrode
  • passive Referenzelektrode (kein Signal)
  • Problem: es gibt keine vollständig passiven Elektroden
  • Versuch: Ohrläppchen, Mastoide (bilateral) oder Nasenspitze
• Bipolar
  • aktive Elektrode
  • aktive Referenzelektrode
  • sensibel für lokale Fluktuationen (Spikes) und Unterschiede zwischen den Elektroden
  • je nach Wahl der Elektrode wird das Ereignis unterschiedlich beeinflusst

• Ableitungsreferenz kann auch nachträglich noch gewählt werden (erstmal irgendeine Referenzelektrode, nachdem EEG aufgezeichnet ist, posthoc verschiedene Unterschiede berechnen)
• Zwei Möglichkeiten:
  • 1. Gemittelte Mastoidreferenz (os mastoideum in rot)
    • Inaktive Refeenzelektroden
  • 2. Mittelwert über ALLE Ableitungselektroden (Average Reference) à damit wird dann die relevante Elektrode verglichen
    • Idee, dass Artefakte sich „rausmitteln“
    • Problem: bestimmte Artefakte mitteln sich „rein“

• A-D Wandler= Analog-Digital Wandler

Benötigt für Umwandlung des aufgezeichneten Signals (analog) in digitale (vom Computer interpretierbare) Daten

• Nyquist Theorem=Gesetz aus der Signalverrbeitung: Abtastrate (Anzahl Messwerte pro Sekunde) immer doppelt so hoch wie die höchste im Signal vorkommende Frequenz
  • Kurz: 2x fmax Abtastung

• Beispiel: EEG Signal mit 50 Hertz benötigt 100 Abtastungen um das Signal identifizieren zu können
  • Meist liegen Spannungsveränderungen zwischen 0,5 und 50 Hz
• Abtastrate muss hoch sein um Signal eindeutig zu identifizieren
• Sonst: Aliasing à vorgetäuschte, langsame Frequenz

• Nicht physiologisch
  • Lockere Elektroden, Limitierung des Referenzbereichs
  • Netzbrummen (schlecht abgeschirmte Kabine)
  • Limitierung des Aufzeichnungsbereichs
    • Je größer der Messbereich, desto schlechter die Auflösung à wenn der Messbereich zu knapp gewählt wird à Blockierung
• Physiologisch
  • Hautpotentiale (Schwitzen etc.)
  • Kardiovaskuläre Artefakte (Herz hat relativ starke elektrische Aktivität)
• Muskulär
  • Augenbewegungen
  • Muskelbewegungen (KiefermuskelàKaugummi)

• 50 Hertz Rauschen
  • Kabine abschirmen, gefilterte Netzversorgung
  • Probanden erden (also elektrische Ströme vom Proband ins Erdreich ableiten)
  • 50 Hertz Notch Filter (Notch Filter: einen bestimmten Frequenzbereich entfernen)
• Muskelbewegungen
  • Instruktion: Kaugummi raus, still sitzen, nicht sprechen etc.
  • EMG Ableitung
  • Statistische Kontrollen (Allgorithmen) bzw. Augenscheinkontrollle (man schaut EEG an und guckt wo es problematisch ist)
• Augenbewegung
  • EOG Koregistrierung
  • Ausschluss aller Trials, bei denen Augenbewegungen stattfanden
  • Fixationskreuz
  • Statistische Kontrolle à Korrektur durch spezifische Algorithmen

• Vor allem an frontalen Elektroden der EEG Ableitung
• Warum? Weil die Augen vorne am Kopf liegen.

• Tiefpassfilter:
  • Lässt nur Frequenzen unter einem bestimmten Cut-off Wert passieren
  • Hohe Frequenzen werden rausgefiltert
• Hochpassfilter
  • Lässt nur Frequenzen über einem bestimmten Cut-off Wert passieren
  • Niedrige Frequenzen werden rausgefiltert
• Bandpassfilter:
  • Alles im Band passiert den Filter, alles drunter/drüber wird rausgefiltert
  • Hoch- und Tiefpassfiliert kombiniert
• Notch Filter („Kerbfilter“):
  • Filtert bestimmte Frequenz z.B. 50 Hz aus Signal raus

Sinn: Vermeiden von Artefakten und Hervorhebung von interessanten Signalen

• Überführung von Zeit- in Frequenzdomäne
• Das EEG wird nicht mehr gegen die Zeit (t) abgetragen, sondern gegen die Frequenz (1/t)
• Zerlegung des Gesamtsignals (rote Kurve) in verschiedene Sinus- und Cosinus-Funktionen
• Folge: Zeigt den prozentualen Anteil eines bestimmten Frequenzbandes am Gesamt-EEG, also wie dominant bestimmte Frequenzen im gemessenen Signal vorhanden sind

• Spektralanalyse:
  • Bestimmung prozentualen Anteils verschiedener Frequenzbänder in bestimmtem Zeitintervall durch Fourier-Analyse
  • Abbildung dieser Spektralanalyse nennt sich „Frequenzhistogramm“
• Power Spektren:
  • Amplitude der jeweiligen Frequenzen wird quadriert
  • Verdeutlicht zeitlich variierende Dominanz bestimmter Frequenzen in einer EEG-Messung
  • Man kann immer lediglich einen Mix aus verschiedenen Frequenzbändern messen und nur eine relative Dominanz bestimmter Bänder in bestimmten Zuständen durch die beiden Verfahren deutlich machen
  • Es kommt vor, dass an bestimmten Elektroden manche Bänder stärker ausgeprägt sind als an anderen Elektroden

siehe Bild Tutorium

• Delta (0,5-3Hz)
  • Tiefschlaf, Koma, Intoxikation, cerebrale Läsion
• Theta (4-7 Hz)
  • Dösen, Übergang zum Einschlafen, Meditation, hohe Konzentration
• Alpha (8-13 Hz)
  • Augen zu, wach, entspannt, hochamplitudig, Aplha-Blockade bei öffnen der Augen, synchronisiertes Wach-EEG
• Beta (14-30Hz)
  • Augen auf (-> Alpha Blockade), mentale oder körperliche Arbeit, psychische Belastung, desynchronisiert
• Gamma (31-60 Hz)
  • Erschaffen eines homogenen Bildes (Kopplung von Neuronengruppen zu synchroner Aktivität, da unterschiedliche Objekteigenschaften in verschiedenen Neuronenpopulationen verarbeitet werden, aber am Ende trotzdem homogenes Bild entstehen muss

• Alpha-Wellen
• Synchronisiert
• Bedingung: reizarme Umgebung, niedrige visuelle Aufmerksamkeit
• Alpha-Wellen können auch bei offenen Augen gefunden werden, sind aber deutlich seltener