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Allgemeine Psychologie (Subject) / Vorlesung 3 (Lesson)
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- FMRT (Funktionelle Magnetresonanztomographie) = ist ein funktionell bildgebendes Verafhren, mit dem das Aktivitätsniveau bestimmter Hirnareale sichtbar gemacht werden kann. Dem Verfahren liegt u Grunde, dass die Aktivierung einer Hirnregion, einen erhöhten Blutfluss zu Folge hat, der indirekt über die magnetischen Eigesnchaften des Hämoglobins gemessen werden kann.
- Wie funktioniert ein FMRT? Aktive Neurone im Gehirn verbrauchen mehr Energie und Sauerstoff Durch den erhöhrten Bedarf steigt der Blutfluss in den aktivierenden Gehirnregionen an, um die Nervenzellen mit Nährstoffen zu versorgen das FMRT ist abhängig von dem BOLD Kontrast
- BOLD-Kontrast (blood oxygenation level dependent) beim FMRT wird nicht die Sauerstoffsättigung im Gehirn sondern die magnetische Stärke des Hämoglobin gemessen abhängig davon, ob Hämoglobin Sauerstoff gebunden hat oder nicht, ist es unterschiedlich stark magnetisch Es wird zwischen oxygeniertem (sauerstoffgesättigtem) Blut und desoxygeniertem (sauerstoffungesättigtem) Blut unterschieden Sauerstoff ungesättigtes (desoxygniertes Blut) ist stärker magnetisch als sauerstoffgesättigtes (oxygeniertes Blut) steigt die Aktivität der Neuronen an, steigt durch den Verbrauch auch der Gehalt von Hämoglobin ohne gebundenen Sauerstoff an zwar fließt sauerstoffgesättigtes Blut nach, die Nervenzellen vebrauchen jedoch geringfügig mehr oxygeniertes Blut, als neues ins Gehirn nachfließen kann wodurch der Antwil von desoxygeniertem Hämoglobin gegenüber oxygeniertem Hämoglobin steigt diese unterscheiden sich hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften diesen Unterschied kann FMRT sichtbar machen, dadurch ist es möglich zu sehen welche Gehirnareale aktiv sind, da der Anteil an desoxygeniertem Blut steigt und dieser stärker magnetisch ist
- Auge und Retina Retina: auf ihr befinden sich die lichtempfindlichen Sinneszellen o. Rezeptoren des Auges (Stäbchen und Zapfen) - elektrische Sensoren, sie erzeugen elektrische Signale welche ans Gehirn weitergeleitet werden Fovea: hat die höchste Dichte an Rezeptoren - die Stelle des schärften Sehens Blinder Fleck: Dort sind keine Rezeptoren und es wird somit kein Licht wahrgenommen + sind sozusagen "blind". Der fehlende Bildteil wird aus der Umgebung ergänzt Cornea: Hornhaut der Linse Iris: regelt den Lichteinfall - Blendenöffnung wird enger, wenn sich die Lichtintensität erhöht
- Der Weg zum Kortex die Sehnerven der beiden Augen überkreuzen sich (teilweise) im "Chiasma opticum" die linke Hälfte des Sehfeldes wird in die rechte Hirnhälfte projiziert, die rechte in die linke Die Axone der Netzhautganglienzellen ziehen bis zu den seitlichen Kniehöckern (Corpora geniculata laterale --CGL)
- Primärer visueller Kortex (V1); Aria striata befindet sich ganz hinten im Occipitallappen das erste kortikale Areal, das visuelle Informationen verarbeitet ist der primäre visuelle Kortex (Area striata) oder V1 in V1 ist das Prinzip der Informationsverarbeitung dem in der Netzhaut ähnlich einzelne Zellen im Gehirn beziehen Impulse von einer Vielzahl von Zellen der CGL und wieder ist dieses "rezeptive Feld" der Kortexzellen in eine hemmende und eine erregende Region unterteilbar
- Retinotope Karte retinotop bezeichnet man die eigenschaft des Corpus geniculatum laterale (CGL) die Information bildgetreu im Visuellen Cortex abzubilden, so dass die Topologie der Retinaaktivität erhalten bleibt die Oberfläche der Retina wird mittels retinotoper Karte auf visuellen Kortex abgebildet --> benachbarte Punkte auf Kortexoberfläche korrespondieren mit benachbarten Punkten auf der Retina Benachbarte Felder bzw. Erregungsmuster in der Retina werden auf benachbarten Neuronen im Gehirn abgebildet z.B. würde das betrachten eines Sterns ein ebensolches Aktivitätsmusuter, welches man zum beispiel mit PET oder MRT messen kann, im Gehirn erzeugen Dabei tritt die retinotope Eigenschaft dreidimensional und eindeutig auf. d.h. jede Schicht ist retinotop (CGL in 6 Schichten gegliedert): Jeder Ort im CGL entspricht einem Ort der Retina, benachbarte Orte der Retina sind auch im CGL benachbart
- Beweis für die Retinotope Karte in V1 Experiment mit Affen es wurde ihnen ein flickender Stimulus auf einem Bildschirm präsentiert, das Muster ist zirkulär organisiert Affe hat vorher radioaktiven Zucker injiziert bekommen (Zellen brauchen Energie sobald sie feuern, deshalb der Zucker um im nachhinein zu sehen welchen Zellen aktiv waren (da diese auch Energie vebraucht haben) durch das einfärben konnte man sehen welche Zellen im Hirn aktiv waren Bei der Untersuchung hat man gesehen, dass sich das Muster vom flickernden Bildschirm auf dem visuellen Kortex abgebildet hat -> was als Beweis für die retinotope Karte hervorging
- Rezeptive Felder im Kortex rezeptives Feld der Kortexzellen können unterteilt werden in eine hemmende und erregende Region sprechen optimal auf Kanten und Linien an die rezeptiven Felder sind sehr unterschiedlich und unterscheiden sich in : Bezug auf die Breite der Linie als auch in der Ausrichtung (horizontal, vertikal und allen Zwischenstufen), auf die sie optimal reagieren
- Das Corpus geniculatum laterale (CGL, LGN, seitlicher Kniehöcker) Das CGL erhält Informationen von beiden aus; jedes Auge sendet die Hälfte der Signale seiner NEuronen an CGL in linker Hirnhemisphäre und andere Hälfte an rechte Hemisphäre Da die Signale beider Augen in verschiedenen Schichten getrennt voneinander verarbeitet werden, bleiben die Infos von linken + rechten Auge im CGL weiter voneinander getrennt
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- Rezeptive Felder der Retina Region der Retina, die Beleuchtung erhalten muss, um eine Reaktion in einer bestimmten Faser des Sehnervs auszulösen rezeptive Feld einer Faser nimmt eine größere Fläche ein als die einzelnen Stäbchen oder Zapfen rezeptive Felder vieler verschiedenen Fasern können sich überlappen Jede Faser des Sehnervs ist für einen bestimmten Teil der Retina zuständig und gemeinsam nehmen alle Fasern die gesamte Information über das Geschehen in der Retina auf
- Experiment: Hubel und Wiesel (On-Center and Off-center; Zentrum-Umfeld-Struktur) die rezeptiven Felder sind in einer Zentrum-Umfeld-Struktur organisiert, bei der das rezeptive Feld im Bereich des Zentrum anders auf Licht reagiert als im Umfeld des Zentrums On-Center: Wenn Lichtpunkt im Zentrum präsentiert wird, steigt die Feuerrate, das Zentrum wird deshalb als erregender Bereich (+) des rezeptiven Felds bezeichnet; eine Stimulation des Umfelds führt dagegen zu einer Senkung der Feuerungsrate - daher ist dies der hemmende (-) Bereich des rezeptiven Felds Off-Center: umgekehrt Experiment mit Katzen, welche betäubt waren, wurde ein kleiner Lichtpunkt im erregendem Zentrum eines rezeptiven Feldes dargeboten, erzeugt dies eine geringe Zunahme der Feuerungsrate Wenn der Lichtpunkt so groß ist, dass er auch den hemmenden Teil des rezeptiven Feldes stimuliert dann feuert die Zelle trotzdem Nur eine Stimulation des hemmenden Teils eines rezeptiven Feldes führt zu einer Abnahme der Feuerungsrate
- Zelltypen und ihre Eigenschaften des rezeptiven Feldes Nervenfaser des Sehnervs (Ganglienzelle) = rezeptives Feld vom Zentrum-Umfeld-Typ; antwortet am stärksten auf kleine Lichtpunkte, jedoch auch auf andere Stimuli Corpus geniculatium laterale (LGN,CGL)= rezeptive Felder vom Zentrum-Umfeld-Typ; sehr ähnlich zu denen der Ganglienzellen V1:einfache Kortexzelle =exitatorische und inhibitorische Zonen nebeneinander angeordnet, antowrtet am stärksten auf Balken einer bestimmten Ausrichtung komlexe Kortexzelle: antwortet am stärksten auf Bewegung eines korrekt ausgerichteten Balkens durch das rezeptive Feld; viele Zellen antworten am stärksten auf eine bestimmte Bewegungsrichtung
- Einfache Zellen (UND-Verknüpfungen) haben unterscheidbare erregende und hemmende Bereiche diese Bereiche lassen sich aufsummieren und können so aus Ein/Aus Zellen zusammengeschlossen werden Anhand einer Karte der Regionen lässt sich das Aktivierungsmuster der Neuronen vorhersagen Zonen sind nebeneinander und nicht konzentrisch Stärke der Antwort hängt von der Ausrichtung des Reizes ab Bei jeder Zelle lässt sich eine Orientungssensitivität feststellen Wesentliche Eigenschaft der einfachen Zellen: räumliche Trennung der ON- und OFF-Regionen aufgrund dieser Struktur ihrer rezeptiven Felder sind einfache Zellen orientierungsselektiv sind typischerweise binokulär sind empfindlich gegenüber der Reizorientierung
- Komplexe Zellen (ODER Verknüpfungen) reagieren hauptsächlich auf gerichtete Kanten und Gitterstimuli zu einem gewissen Grad sind diese invariant bezüglich der räumlichen Orientierung, es gibt keine klaren Regionen wie bei den simplen Zellen orientierungsselektive Neuronen im V1, die keine getrennten ON- und OFF-Regionen besitzen ihre rezeptiven Felder erscheinen komplexer als die der einfachen Zellen sind typischerweise binokulär einige komplexe Zellen reagieren nur auf Bewegungen in einer bestimmten Richtung viele sind auch richtungsselektiv
- Einzellcodierung (Großmutterzelle) ein bestimmtes Objekt wird durch das Feuern eines einzelnen Neurons repräsentiert, wobei das Neuron nur auf dieses Objekt anspricht, aber nicht auf andere Objekte
- Großmutterzelle Experiment Untersuchung an Patienten, die unter unheilbarer Epilepsie litten und Elektrode ins Gehirn implantiert bekommen hatten Reaktion von Neuronen wurden mit Bilder untersucht Bilder zeigten Menschen, Tiere, Objekte und Gebäude Aufmerksamkeit der Patienten wurde abgesichert: entscheiden ob ein menschliches Gesicht gezeigt wurde oder nicht Methode: Screening session: Patienten wurden Bilder von berühmten Menschen, Gebäuden, Tieren gezeigt die aufgrund eines zuvor geführten Interviews ausgewählt wurden ; Testing sessions: die Bilder wurden erneut dargeboten, die vorher eine signifikante Reaktion hervorgerufen hatten Ergebnisse: Zellverbände reagieren nur auf Bilder von Bill Clinton, den Beatles etc. Neuronen enkodieren tatsächlich eine abstrakte Repräsentation unabhängig von metrischen Eigenschaften von bestimmten Individuen oder Objekten Zellen feuern nur bei Bilder von Jennifer Aniston, nicht bei Bildern von Brad Pitt Invarianz kann nicht mit einem einfachen Set an metrischen features erklärt werden, da eine große Variation an Abstraktionen in Form von Karikaturen, Bleistiftzeichnungen, Farbfotografien und Schriftzügen dargeboten wurde, welche immer die gleichen Zellverbände angesprochen haben Fazit: wie die Neuronen diese unterschiedlichen Reize enkodieren ist bis heute nicht geklärt Existenz der sehr strikt definierten Großmutterzelle bewiesen, da einige der Zellverbände auf mehr als eine Person reagierten emotionale Reaktionen auf die Bilder auch einen Einfluss auf die neuronale Aktivität haben