Biologische Psychologie (Fach) / FORSCHUNGSMETHODEN DER BIOPSYCHOLOGIE (Lektion)

FORSCHUNGSMETHODEN DER BIOPSYCHOLOGIE

Diese Lektion wurde von MarienkEva erstellt.

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• (Neuro-)Histologie Technik zur Erforschung der Struktur und Verschaltung der Nervenzellen (inkl. Gewebepräparation, Schneiden, Markieren, Mikroskopieren: Licht/Elektronen
• Golgi-Färbung Neuroanatomische Technik. dunkle Färbung, bei der Farbstoff (Silberchromat) nur in wenige Neurone eindringt → detaillierte Silhouetten (ohne Inneres) der ganzen Neuronen sichtbar (bei Komplettfärbung wäre alles schwarz wegen Dichte)
• Nissl Neuroanatomische Technik. lila Färbung, bei der durch Farbstoff (Kresylviolett) Gehirnstruktur grob angezeigt wird, indem Gruppen von Zellkörpern selektiv gefärbt werden; bei Vergrößerung: einzelne neuronale Zellkörper sichtbar → Anzahl an Neuronen in verschiedenen Gebieten zählbar
• Tracing Verfolgung der Weiterleitung in Neuronen
• Anterogrades Tracing Vorwärts. von Soma über Axone zu Endknöpfchen (Injektion chemischer Substanz; später Gehirnschnitte u. Betrachtung der Verteilung der Substanz)???
• Retrogrades Tracing rückwärts; von Endknöpfchen zurück zu Soma
• Immunocytochemie Verfahren zur Lokalisation von Molekülen im Gehirn. (Proteine: Botenstoffe, Enzyme…) indem deren spezifische Antikörper markiert werden, Gehirngewebe diesen Antikörpern ausgesetzt wird → markierte Gebiete zeigen Lage des interessierenden Neuroproteins an (eignet sich, NT über Bindung an ihre Enzyme zu lokalisieren, da Enzyme nur in entsprechenden NT produziernden Neuronen vorkommen) –Markierung von Proteinen •Botenstoffe, Enzyme.. •Aktivierung (c-fos) •Neurogenese (adult) –Gedächtnisbildung –Störungen (Depression, Stress..)
• Immunocytochemie Verfahren zur Lokalisation von Molekülen im Gehirn. (Proteine: Botenstoffe, Enzyme…) indem deren spezifische Antikörper markiert werden, Gehirngewebe diesen Antikörpern ausgesetzt wird → markierte Gebiete zeigen Lage des interessierenden Neuroproteins an (eignet sich, NT über Bindung an ihre Enzyme zu lokalisieren, da Enzyme nur in entsprechenden NT produziernden Neuronen vorkommen) –Markierung von Proteinen •Botenstoffe, Enzyme.. •Aktivierung (c-fos) •Neurogenese (adult) –Gedächtnisbildung –Störungen (Depression, Stress..) –histologische Aufbereitung des Gewebes –Exposition von spezifischen Antikörpern •Markierung der spezifischen lokalen Bindung durch Kombination mit zusätzlichen Markern
• Bildgebende Verfahren (brain imaging) In-vivo-Visualisierung des Gehirn. konventionelle Röntgenaufnahmen – nicht brauchbar Röntgenkontrastdarstellung: Substanz injiziert, die stärker/schwächer Strahlung absorbiert → Unterschiede sichtbar. z.B. Zerebrale Angiografie -->zerebrale Blutkreislaufsystem Strukturelles brain-imaging: CT, MRT
• Computertomographie (CT) (CT, CT-Scan, Tomogramm) Computergestütztes Röntgenverfahren. Visualisierung des Gehirn und anderer inneren Strukturen des lebenden Körpers Ablauf: Kopf in Scanner, Röntgenstrahlen zum Röntgendtrahlendetektor projiziert  viele Einzelbilder werden zu einem horizontalen Gesamtbild zusammengesetzt. Nächste Ebene des Gehirns, gleicher Ablauf. Insgesamt 8-9 Einzelbilder von Computern zu 3D-Darstellung zusammengefasst
• Magnetresonanztomographie (MRT) (auch: Kernspintomographie) Hochauflösend, 2-3-dimensonal, strukturell, statisch Radiofrequenzimpulse ausgehend von der Radiofrequenzspule, verändern Ausrichtung der Spins. Protonen absorbieren dabei Energie. Nach Impulsen: Protonen kehren in die ursprüngliche Orientierung zurück (Relaxation) + geben Energie in Form von Radiowellen frei. Radiowellen werden detektiert und verrechnet -> Herstellung von Bildern. Der Wasserstoffanteil der Gewebe unterscheidet sich, das führt zu unterschiedlichen Signalen. starkes Signal -> helles Bild (z.B. Fett), schwaches Signal -> dunkles Bild (z.B. CSF) Wasserstoffatome machen Großteil des menschlichen Körpers aus.
• Kernspin Eigendrehimpuls der Protonen mit bestimmter Richtung/Frequenz. Z.B. Wasserstoffatome = H-Atome
• Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) Einflussreichstes Bildgebungsverfahren. Hochauflösend, funktionell. Messung des lokalen Blutflusses (rCBF, regional cerebral blood flow) Signal = Inhomogenitäten im magnetischen Feld, die durch Veränderungen im Sauerstoffgehalt verursacht sind deoxygeniertes Blut ist magnetischer mapping der relativen Veränderungen und damit (indirekte) Schlussfolgerungen auf Hirnaktivität
• BOLD-Signal Blood oxygenation level-dependent. Signal, welches durch fMRT aufgezeichnet wird. Ruhe: Oxygeniertes und deoxygeniertes Hämoglobin (in roten Blutkörperchen) Neuronale Aktivität: der Anteil von oxygeniertem Hämoglobin steigt an. 
• Magnetencephalo-graphie (MEG) Bildgebungsverfahren. Sehr hohe zeitliche Auflösung (besser als fMRT). Mit MRT kombinierbar. Misst Veränderungen in den Magnetfeldern auf Kopfhaut, die durch Veränderung der elektrischen neuronalen Aktivität (vor allem in Furchen des Gehirns) erzeugt werden. Bsp.: Fötus im Mutterlaib – fetales MEG. (Bildschirm vor Gesicht)
• Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Bildgebungsverfahren. Stellt chemische Aktivität dar: radioaktiver Marker injiziert (2-Desoxyglucose, der Glucose ähnelt), der von aktiven (Energie verbrauchenden) Neuronen aufgenommen wird.2-DG sammelt sich an, bis es zerfällt. Scans erfasst Stärke der Radioaktivität (angezeigt durch Farbcodierung) in Horizontalebene des Gehirns (je stärker radioaktiv, desto energieverrauchender/aktiver sind Neuronen)
• Region of interest (ROI) hypothesengeleitete Fokussierung auf für Forschungsfrage relevante Hirnregionen (aufgrund von Vorannahmen)
• Kontrast Vergleich/Subtraktion von Ergebnissen in verschiedenen Bedingungen (z.B. 1 Experimentalbedingung und 1 Kontrollbedingung)→ Errechnung von Aktivitätsveränderungen (aber Achtung: nicht markierte Regionen =/= nicht aktiv; Nichtunterschiede =/= Gehirnaktivität identisch) 
• In-vivo Mikrodialyse =(cerebrale Dialyse) zur Messung extrazellulärer Konzentration von Botenstoffen in aktiven Tieren wird kleines Röhrchen mit semipermeabler Membran in jeweilige Gehirnstruktur implantiert, Botenstoffe diffundieren hinein, können entnommen und untersucht werden Messung chemischer Gehirnaktivität beim Tier
• Periphere Methoden Methoden, die außen messen ohne einzudringen. Z.B. EEG mit EKPs
• Invasive Methoden Methoden, die durch eindringen messen. Z.B. Elektrocortikogramm, lokale elektrische Ableitungen mit Einzelzellableitungen
• Elektroenzephalogramm (EEG) Spontan EEG: Zeigt auf der Schädeloberfläche abgeleitete Summenaktivität des Gehirns an (APs, EPSPs, IPSPs, vor allem des Cortexes), deshalb nicht für neuronale Aktivität selbst, sondern als Forschungs-/Diagnoseinstrument zur Bestimmung von Bewusstseinszuständen oder Pathologien (z.B. Epilepsie). Ergebnisbild: wellenförmiges Enzephalogramm Aufzeichnung durch Elektroden an der Schädeloberfläche an vielen Stellen gleichzeitig -> Vergleich der Signale kann Ausgangspunkt aufzeigen. EEG kommt zustande durch den kortikalen Dipol Alpha-Wellen: entspannte Wachheit - v.a. cortikalen Ursprungs - Bedeutung neuronaler Synchronität Grundlage: Vergleich zwischen verschiedenen Ableitorten -> multipolare Ableitung -> Analyse der Kohärenz EEG+EKP: hohe zeitliche Auflösung, schlechte räumliche Lokalisation. EDV-gestützt kombinierbar mit MRT zur Verbesserung der Lokalisation
• Ereigniskorreliertes Potential (EKP, ERP) (engl. ERP, event-related potential) Evoziertes Signal (meist sensorisch) Reaktion auf den Reiz (das Signal) wird überschattet von dem Rauschen. Rauschen wird rausgemittelt durch Signalmittelung (durchschnittliche Reaktion auf Signal wird dargestellt) Gemittelte evozierte Potentiale: Richtung, Latenz Charakteristische Peaks (z.B. P300) sind abhängig von: Reizmerkmalen (z.B. laut, Hirnstammpotentiale (Ursprung in sensorischen Kernen des Hirnstammes – far-field potentials)), Zustand der Vp (z.B. Aufmerksamkeit, Erwartung)
• Invasive elektrische (elektrophysiologische) Ableitungen Intrazelluläre Zellableitung: Mikroelektrode, Membranpotential einzelner Neurone, während es feuert. (meistens Tierversuche) Extrazelluläre Zellableitung: Mikroelektrode zeichnet die elektrische Störung auf, die jedes Mal erzeugt wird, wenn ein angrenzendes Neuron feuert Summenableitung: kleine Elektrode. Summe der Aktionspotentiale der angrenzenden Neurone pro Zeiteinheit Invasive EEG-Ableitung: eine große, implantierte Elektrode registriert allgemeine Veränderungen in der elektrischen Gehirnaktivität. cortical
• Einzelzellableitung Beispiel für invasive elektrische Ableitung. In-vivo meist extrazellulär mit einzelnen oder mehreren Elektroden (Multi-Elektroden-Arrays)
• Klassische psychophysiologische Messmethoden Erfassung physiologischer Indikatoren an der Körperoberfläche (Gehirnaktivität: EEG) Aktivität des somatischen Nervensystems --> Muskelspannung, Augenbewegungen Aktivität des vegetativen Nervensystems --> Elektodermale und kardiovaskuläre Aktivität
• Elektrookulogramm (EOG) Elektrookulografie: Elektrophysiologisches Verfahren zur Aufzeichnung von Augenbewegungen Grundlage: konstante Potentialdifferenz zwischen vorderem (+) und hinterem (-) Pol des Augapfels. Augenbewegung = Veränderung in dem elektrischen Potential zwischen Elektroden, die um das Auge herum platziert sind wird gemessen. Horizontal: Elektroden rechts & links neben Auge. Vertikal: unter & über Auge. Benutzt bei: Erfassung visueller Aufmerksamkeitsprozessen, REM
• Elektromyogramm (EMG) Elektromyografie: Verfahren zur Messung der Muskelspannung. EMG-Rohsignal: Anzahl der Muskelfasern, die sich zu einem bestimmten Punkt kontrahieren. Integriertes EMG-Signal: gesamte EMG-Aktivität pro Zeiteinheit – glatte Kurve. Amplitude = Maß für Höhe der Muskelspannung Anwendungsbeispiele: Muskelanspannung = Indikator der psychischen Aktiviertheit (arousal)Schreckreaktion/affektmodulierten SchreckreaktionMimikdetails bei EmotionenTherapie Unipolare Ableitung (Muskel, Referenz) Kontraktion, Muskeltonus ???
• Elektrodermale Aktivität (EDA), SCR, SCL Maße für elektrodermale Aktivität: SCL: Hautleitfähigkeitsniveau (skin conductance level) – Maß für das Hintergrundniveau der Hautleitfähigkeit in einer bestimmten SituationSCR: Hautleitfähigkeitsreaktion (skin conductace response) – Maß für die momentane Veränderungen in der Hautleitfähigkeit, die durch diskrete Ereignisse ausgelöst werden. Bsp.: „Lügendetektor“Ursachen: Schweißdrüsen, Thermoregulation, emotionale Reaktionen, Habituation
• Elektrokardiogramm (EKG) Kardiovaskuläres System (Herz, Blutgefäße) im Zusammenhang mit Emotionen. Maße der kardiovaskulären Aktivität: Herzschlagfrequenz -->EKG: Elektrokardiogramm. Elektroden sind auf Brustkorb platziert. Normale Herzrate: 70 Schläge/minButdruck --> Sphygmomanometer: Blutdruckmessgerät. Misst Verhältnis von systolischem zum diastolischen Blutdruck in Millimeter-Quecksilbersäule (mmHg). Normaler Blutdruck: 130/70 mmHg Systolen: Druckmaximum während der Phasen der HerzkontraktionDiastolen: Druckminimum während der Phasen der EntspannungLokales Blutvolumen --> Plesthysmografie misst Veränderungen im Volumen des Blutes in einem bestimmten Teil des Körpers. Z.B. Anschwellung der Genitalien bei sexueller Erregung
• Psychopharmakologie Chemische (pharmakologische) Stimulation um Aktivität des Gehirns zu messen. Verabreichung (=Applikation) ZNS-wirksamer psychoaktiver Wirkstoffe bewirken Gezielte Manipulation bestimmter chemischer SystemeStimulation / Hemmung von NeurotransmitternsWichtige Arten der Applikation: OralInhalationTransdernalDurch Injektion (intramuskulär (im), subcutan (sc),intravenös(iv)) Blut-Hirn-Schranke, lokale Wirkung
• Transkranielle Magnetstimulation (TMS) Experimentelle Manipulation cortikaler Areale. Anlegen eines Magnetfeldes über dem Schädel bewirkt Veränderung (Aktivierung / Hemmung) der Aktivität des darunterliegenden Cortexbereiches (z.B. „Abschalten“) kann beweisen, dass Gehirnaktivität und kognitive Aktivität in einem kausalen Zusammenhang stehen.
• Biofeedback Mit dem Begriff Biofeedback wird eine Methode bezeichnet, bei der Veränderungen von Zustandsgrößen biologischer Vorgänge, die der unmittelbaren Sinneswahrnehmung nicht zugänglich sind, mit technischen, oft elektronischen, Hilfsmitteln beobachtbar, d. h. dem eigenen Bewusstsein zugänglich gemacht werden.  Technik aus der Verhaltensmedizin Wendet Erkenntnisse der Lernpsychologie auf die Selbstkontrolle von physischen Prozessen an Registrierung und Darstellung eines biologischen Signals (z.B. Herzrate, EEG…) Die Rückmeldung von physiologischen Vorgängen (z. B. Hirnpotenziale, Herzschlag), wodurch die Person lernt, diese gezielt zu beeinflussen. Veränderung des Signals in vorbestimmte Richtung wird bekräftigt Vielfältige klinische Anwendungen z.B. SchmerzzuständeLeistungssport
• Invasive Forschungsmethoden Verfahren zur elektrischen und chemischen Stimulation Läsionsverfahren  Gentechniken
• Elektrische Stimulation Liefert Hinweise auf die Funktion einer neuronalen Struktur Implantation von bipolaren / unipolaren Elektroden Applikation von schwachen Stromimpulsen (μAmpere) Evozierte Verhaltenseffekte sind abhängig von Lokalisation, Stimulationsparametern, Testsituation 
• Chemische (pharmakologische) Stimulation Applikationswege wie beim Menschen plus intracranial (Kanüle ins Gehirn)
• Läsionsmethoden Teil des Gehirns wird entfernt/beschädigt/zerstört, Verhalten der Versuchstiere wird untersuch -> Bestimmung der Funktion der geschädigten Struktur Arten von Läsionsmethoden: Aspirationsläsionen. Absaugung mit Glaspipette im kortikalen Gewebe Radiofreuquenzläsionen. kleines, subkortikales Gewebe. Durch Elektrode wird Radiofrequenzstrom durch Zielgebiet geleitet -> Hitze zerstört Gewebe Schnitttechniken (Transsektion) Durchtrennung von einem Nerv / Traktus  Kryogene Blockade (reversibel) Neuronen werden durch Sonde abgekühlt, sodass sie das Feuern einstellen. Auch durch Anästhetika. Neurotoxische Läsionstechniken (exziotoxisch, neurotransmitterspezifisch) Interpretation von Läsionseffekten Selektivität – auch Teile anderer Strukturen entfernt?Vollständigkeit – gesamte Struktur entfernt?„fibers-of-passage“-Problem usw.Relevanz für Neuropsychologie
• Gentechnik Inaktivierung von Genen - Gen-Knockout-Techniken: Verfahren, mit denen bestimmte Organismen erzeugt werden, denen ein bestimmtes Gen fehlt. Knockout-Mäuse: bei ihnen wurden bestimmte Gene ausgeschaltet. Genaustausch: Transgene Tiere – enthalten das genetische Material einer anderen SpeziesAn-und ausschaltbare Gene – Austausch mit ähnlichem Gen, mit zusätzlichen Basen, welche als Schalter fungieren können. ggf. lokalABER: eine Funktion kann nicht einem Gen zugeordnet werden. Misst man im Verhalten die Genmanipulation oder deren Effekte auf den „Restorganismus“?Optogenetik – „letzter methodischer Schrei“ --> mit Licht (Fiberglas) werden bestimmte Gene ein- und ausgeschaltet

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