WS 06: Apparative Methoden
Biopsychologische Methoden
EEG, MEG
PET, fMRT
Einzelzellableitung, Läsionsstudie
TMS & Co (UV statt AV)
Eye Tracking
bioelektrische Signale
Herzschlag (KG)
Hirnaktivität (EEG)
muskuläre Systeme (z.B. EMG, EOG)
biochemische Signale
Hautleitfähigkeit
Cortisolspiegel
weiter Biosignale
Blutdruck
Atemfrequenz
EEG
Allgemeines
Elektrokortikogramm = direkt auf Hirnrinde bei geöffnetem Schädel
Vorgehen
Auflösung
gute zeitliche Auflösung (ms)
AV: 5-100 Mikro-Volt --> Verstärker + Abschirmung nötig
Frequenzbänder (Delte, Theta, Alpha, Beta, Gamma
Fourier-Transformation (Amplitude als Funktion der Freqeuenz)
Elektrochemische Aktivität durch Muskelbewegung
Ereigniskorrelierte Potentiale (EKP, ERP)
bescheidene räumliche Auflösung in cm (wg. elektrisches Summensignal, Hochhaus-Metapher)
ElektroEncephaloGramm
z.B. 10-20 Methode der Platzierung der Elektroden
Signalentstehung
Ionenströme
elektrochemische Aktivität der Neurone
Aufnahme negativer/positver Ionen
Repolarisation --> Ionenströme zur Schädeldecke
Resultat = messbarer elektrischer (extrazellulärer) Stromfluss
Postsynaptische Potentiale
Nomenklatur
Positiv oder negativ (P/N)?
Wievielte Hebung/Senkung? (bzw. nach wievielen ms?)
Wo am stärksten (welche Elektrode)?
Beispiele
P3/P300 (Subjektive Erwartung nicht erfüllt)
N100 (auditorische Stimuli, Vorhersagbarkeit)
N1 (Visuelle Onsets, Offsets, Veränderungen)
ERN (Error-related negativity, "oh shit" response)
Algorithmen zur Quellenlokalisation des Signals (Hochhaus!)
MEG
magnetische Aktivität des Gehirns
Zsh.: elektrische Ströme erzeugen (winzige) Magnetfelder
ca. 300 Sensoren
super teuer (400l Helium/Monat!)
sehr gute zeitliche Auflösung (wie EEG)
bessere räumliche Auflösung (Lokalisation) als EEG
Messung von Stromflüssen tangential zur Cortex-Oberfläche --> Kombi mit EEG gut für räumliche Auflösung funktionaler Prozesse
PET
Funktionsweise
Moleküle werden mit radioaktivem Element markiert
markierte Moleküle verteilen sich in spezifischen Areal
Positron wird vom markierten Molekül abgegeben
kollidiert mit freiem Elektron
Energie-Materietransformation
Gamma Strahlung wird im Winkel von 180 Grad abgegeben
Invasive Methode
Vorteil: Messung des "Verbrauchs" bestimmter psychologisch interessanter Moleküle (+ Rezeptorverteilung)
fMRT
funktionelle Magnet-Resonanz-Tomographie
Verfahren
- Wasserstoffatome haben Dipol-Charakter mit zufälligem Spin im Raum
- starkes Magnetfeld --> richtet Spins entlang Achse aus (Präzession + Larmor Frequenz)
- radiofrequenter Puls (RF-Puls, rechter Winkel zu Magnetfeld) beeinflusst Spinaktivität (phasengleiches rotieren)
- Ende RF-Puls: Atome kippen zurück (T1) und rotieren wieder individuell (T2)
Signal
Geschwindigkeit T2-Prozess liefert Info über Sauerstoffgehalt des Blutes --> Signal
gepulste Kernresonanz
T1-Relaxation
Rückkehr der Protonenspins in vertikale Ausgangslage
Wiederaufbau Längsmagnetisierung (63%)
T2-Relaxation
spin spin-Relaxation / transversale Relaxation
longitudinale Relaxation
verlorene Synchronizität der Präzession (dephasing)
messbar: Reduktion der transversalen Magnetisierung
Blut & Eigenschaften
oxygeniertes Blut = diamagnetisch
desoxygeniertes Blut = paramagnetisch (5 sec später als Hirnaktivität)
Unterschied sichtbar in T2 (Bildkontrast, z.B. 2 Versuchsbedingungen)
Blood Oxygen Level Dependent (BOLD)-Response
Signal summiert sich --> Regression
Auswertung
Statistical Parametric Mapping (SPM)
lineares Modell (Regression)
Anpassung BOLD an gemessene Daten
Schätzung Modellparameter
Voxel t-Tests
Erstellen von z-Maps
Einzelzellableitung
Methode maximal genau
2 Reize: 1 löst Neuron aus (effektiv) anderer nicht (ineffektiv)
Aufmerksamkeit auf einen der beiden
Aktivitätsmessung in V4 und IT
Ergebnis: Aufmerksamkeit auf ineffektiv verringert Feuerrate bzgl. effektivem Reiz
Fazit: räumliche Aufmerksamkeitsausrichtung moduliert Neuronenaktivität in V4 und IT (Versuch an Affen)
Läsionsstudie
Neglect-Patienten
Läsion rechter inferiorer PPC
intakte Sehkraft ABER können Aufmerksamkeit nicht auf linke Seite lenken
z.B. Durchstreichaufgabe, durch spatial cuing teilweise kompensierbar
PPC wichtig für kontralaterale Aufmerksamkeitsausrichtung (WAS, WO, WIE)
Problem: Läsionen oft sehr unspezifisch (keine selektive Betroffenheit)
Transcranielle Magnetstimulation
Applikation kurzer starker Magnetpuls --> induziert elektrischen Stromfluss
je nach Frequenz Exzitation oder Inhibition
Single pulse TMS: motorisch evozierte Potentiale (Erregung)
rTMS: Habituation von Neuronen (virtuelle Läsion)
man kann Zeigefinger zum Zucken bringen
Aufmerksamkeit & Blickbewegung
Grundlagen
Anwendungsfelder
coverte - overte Aufmerksamkeit
passive - active vision
Aufmerksamkeit als selektion
Dominanz passive-Ansatz in visueller Aufmerksamkeitsforschung
Fixation & Sakkaden
konjugierte Augenbewegungen
Konvergenzbewegungen
siehe Folie 57 für Einteilung
Methodische Probleme
z.B. Leseforschung
Messung (Genauigkeit, Kalibrierung)
Identifikation (Definition elementarer Analyseeinheiten)
Integration (Bestimmung sinnvoller Datenanalyse-Strategien)
meist Pupillenposition gemessen
gute Tracker können Sakkaden (nur 20-40 ms) und Fixationen unterscheiden
mobile: räumlich genau, zeitlich nicht so gut
Aufmerksamkeitsforschung, Entscheidungsforschung
Parameter siehe Folie 70/71
Interpretation (Blickbewegung & Kognition)
Blickbewegung = Ort + dynamische Abfolge?
Fixationsdauer = mentaler Arbeitungsaufwand?
methodisch-theoretische Annahmen
immediacy assumption
eye-mind-assumption
Problem: mislocated fixations und coverte Aufmerksamkeit
Problem. innerhalb eines funktionalen Felds selektiv und/oder Parallele Verarbeitung
Beispiel 1: Parafoveale Vorverarbeitung
Beispiel 2: Spillover-Effekte
Visuelle Wahrnehmung
gleichzeitige Aufnahme detailliert + globaler visueller Info (bottom up)
frühzeitige Mitbestimmung durch kognitive Prozesse (top down)
verschiedene Steuerungsniveaus
relfexiv-automatisch
automatisierte Routinen, erlernte visuelle Strategien
kognitive ("willentliche") Steuerung
am besten verstandenes motorisches System
Blick als Eingabeinstrument
soziale Aspekte der Blicksteuerung