Methoden der Neuropsychologie Flashcards
Experimentelle Neuropsychologie (kognitive Neurowissenschaften)
Wissenschaftliche Disziplin, die sich mit dem Zusammenhang zwischen Gehirn und menschlichen Verhalten/Erleben beschäftigt
Klinische Neuropsychologie
Wissenschaftliches Anwendungsfach der Diagnostik und Therapie neuropsychologischer Funktionsstörungen bei hirnverletzten Patienten
Grundannahmen
- Das menschliche Verhalten wird vom Gehirn gesteuert (und nicht von den «raumlosen Eigenschaften der Seele»)
- Im Verhalten des Menschen äussern sich konstante Fähigkeiten. Diese konstanten Fähigkeiten sind Ausdruck verschiedener Regionen/Netzwerke des Gehirns
- Menschen sind bezüglich der Organisation ihres Gehirnes gleich, d.h. bei allen Menschen werden die gleichen Fähigkeiten von den gleichen Hirnregionen vermittelt (-> es gibt allgemeine Prinzipien, die in den meisten Fällen gelten (nicht in allen!), die Ausprägung variiert zwischen verschiedenen Individuen)
Verhalten
kann direkt beobachtet und gemessen werden (Wechselwirkug mit der Umwelt)
Psychische Funktionen
theoretische Konstrukte, nich beobachtbar (sollten zwischen verschiedenen Versuchspersonen möglichst identisch sein)
Neuronale Substrate
können strukturell und funktionell sichtbar gemacht werden
Gehrin als abhängige Variable
Das Verhalten wirkt sich auf Gehirnfunktionen aus. z.B. experimentelle Manipulation der dargeotenen Reize und Messung der Hirnaktivität
Gehirn als unabhängige Variable
die Manipulation des Gehirns wirk sich auf das Verhalten aus. z.B. experimentelle Manipulation der Hirnaktivität mittels TMS oder tDCS und Messung der Resultate mit einem Verhaltensparadigme
Methodenspektrum
- Untersuchungen der Folgen von Hirnfunktionsausfällen bei Patienten
- Funktionelle Bildgebung (fMRI, PET)
- Elektrophysiologisch Verfahren (EEG, MEG)
- Stimulationsverfahren (TMS, tDCS)
- Methoden der klinischen Neuropsychologie (Diagnostik und Therapie)
- Tierexperimentelle Forschung
Problematische Aspekte von Post-mortem Studien
- Selten möglich
- Latenz zwischen Verhaltenserfassung und post-mortem Untersuchung (-> Hirnplastizität: die Organisation des Gehirns kann sich zwischen Verhalten und Tod verändern)
- Genau Lokalisation der Hirnverletzung ist schwierig (historisch)
Strukturelle Bildgebung
- Computertomographie (CT)
- Magnetresonanztomographie (MRI)
- Diffusionstensorbildgebung (DTI)
Computertomographie
- Kopf wird aus verschiedenen Winkeln mit Röntgenstrahlen durchstrahlt
- Die Röntgenabsorption wird mit Detektoren gemessen
- Die Absorptionspforilge werden computergestützt für jedes Volumenelement berechnet (-> Blutungen werden gut erkannt), diese werden als Graustufenbilder dargestellt
CT: Vorteile
- Schnelle Durchführung
- Kaum Klaustrophobie
CT: Nachteile
- Strahlenbelastung (lässt sich im Verlauf nicht unendlich Wiederhohlen)
- Niedrige räumliche Auflösung
Magnetresonanztomographie
- Kopf wird einem starken statischen Magnetfeld ausgesetzt
- Die positiv geladenen Kerne von Wasserstoffatomen (Protonen) des Gehirns richten sich in diesem Feld aus
- Durch Radiowellen werden diese angergt, die Ausrichung vorübergehend zu verlassen, bei Abschalten der Radiowellen richten sich diese wieder aus (Relaxation)
- Dieser Prozess erzeugt ein Signal, das gewebespezifisch ist. Dieses kann erfasst, computergestützt ausgewertet und bildlich dargestellt werden
MRI: Vorteile
- Keine Strahlenbelastung (unendliche Wiederholungen möglich)
- hohe räumliche Auflösung
MRI: Nachteile
- Längere Durchführung
- Klaustrophobie
Diffusionstensorbildgebung
- “Sonderform” der MRI, dient der Messung der Richtung von Nervenfaserbündeln (weisse Substanz) im Gehirn und deren Aufzeichnung
- Die Fasern verlaufen mit einer geordnetetn Struktur und die Wassermoleküle diffundieren entlang der Bündel
- Durch wiederholte Momentaufnahmen können die Hauptdiffusionsichtungen bestimmt werden, und somit die Hauptrichung der Faserbündel
Problematische Aspekte von hirnverletzungsbedingten Verhaltensdefiziten
- Frage der “Lokalisierbarkeit” bestimmter Funktionen
- Die Hirnläsion als UV sind gegeben (keine Manipulation möglich)
- Hirnläsionen variieren interindividuell sehr stark (grössere Patientengruppen erforderlich)
- Eine Funktionsbeeinträchtigung kann durch einen Vergleich mit der Funktionsfähigkeit von gesunden Probanden erfasst werden
- > wie kann eine gesicherte Aussage über die Zuordnung einer Funktion zu einer bestimmten Hirnregion trotzdem gemacht werden?
Assoziation
Haben Patienten mit einer Läsion der Hirnstruktur X ein Defizit in der kognitiven Funktion Y?
-> Verlgeich Läsions-Patienten vs. Gesunde
Einfache Dissoziation
Handelt es sich um ein Defizit, dass spezifisch für die kognitive Funktion Y ist (= nicht für andere kognitive Funktionen)?
-> Vergleich spezifische Aufgabe + Kontrollaufgabe Patienten vs. Gesunde
Doppelte Dissoziation
Handelt es sich um einen unspezifischen Hirnverletzungseffekt oder um eine spezifische Auswirkung der Läsion der Hirnstruktur X?
-> Vergleich zweier spezifischer Aufgaben Patienten vs. Patienten mit anderen Läsionsorten: Läsion der Hirnregion A führt zum Ausfall der Funktion a, nicht aber der Funktion b. Die Läsion der Hirnregion B führt zum Ausfall der Funktion b, nicht aber der Funktion a
Läsionsanalyse
- Hirnverletzte Patienten weisen häufig grössere Läsionen auf
- Diese stören nicht nur die Funktion, die man untersuchen möchte, sondern umfassen auch andere Areale, in denen andere Funktionen repräsentiert sein können (z.B. Sprache, Motorik)
- Mit einer Läsionsanalyse zielt man darauf ab, diejenigen Bereiche im Gehirn zu identifizieren, die für eine gewisse Funktion kritisch sind. Dies erfordert die Untersuchung von einer Gruppe von Patienten, die eine ähnliche Störung dieser Funktion aufweisen
Läsionsanalyse: Ziel
Auffinden eines gemeinsamen Läsionsgebietes (Überlappung), das für bestimmte Funktion kritisch ist
Läsionsanalyse: Rationale
gemeinsames Überlappungsgebiet ist die kritische Funktion
Läsionsanalyse: Nachteile
- Sehr Zeitwaufwändig
- Genauigkeit?
Läsionsanalyse: Problem
Ist das “Maximum” des Überlappungsbereichs wirklich kritisch für die untersuchte Funktion?
- Dies stimmt nicht notwendigerweise (obwohl häufig gemacht)
- Häufig ist die Untersuchung einer Kontrollgruppe von Patienten mit ähnlichen Läsionen aber ohne spezifisches Defizit notwendig
Funktionelle Bildgebung
- Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI)
- Positronenemissionstomographie (PET)
Funktionelle Magnetresonanztomographie
- BOLD (blood oxygenation level dependent); Signal als indirekte (proxy) Messung der neuronalen Aktivität
- Bei Aktivität: Zunahme des Blutflusses, um mehr Oxyhämoglobin anzuliefern
- ‘Überkompensation’: es wird mehr Oxyhämoglobin angeliefert als verbraucht
- Resultat: im venösen Bereich hat es verhältnissmässig mehr Oxyhämoglobin
- Oxyhämoglobin und Deoxyhämoglobin haben unterschiedliche magnetische Eigenschaften (dia- bzw. paramagnetisch)
- Verschiedene Konzentrationen der beiden verändern also das MR Feld in unterschiedlicher Weise
- Diese Signalzunahme wird detektiert und die Lage der aktiven Arealen wird errechnet
- Gute räumliche, aber schlechte zeitliche Auflösung
fMRI: Subtraktion
- Jegliche Aufgabe wird eine Veränderung in der Gehirnaktivität und somit eine Signalveränderung in den fMRI Daten hervorrufen
- Um die Aktivierung eines gewissen Hirnareals mit einem gewissen kognitiven Prozess zu assoziieren, muss man die Veränderungen, die mit dem einen kognitiven Prozess einhergehen, von den Veränderungen aufgrund anderer kognitiver Prozesse dissoziieren. D.h.: man muss experimentelle Bedingungen kontrastieren, die den kognitiven Prozess von Interesse isolieren können
- Verschiedene Möglichkeiten: Subtraktion, faktorielles Design, parametrische Korrelation
Subtraktion: Aktivierung in der Experimentalbedingung - Aktivierung in der Kontrollbedingung = Hirnareale, die für das Behalten für die betreffende Aufgabe kritisch sind
Positronenemissionstomographie
- Instabile, radioaktive Substanz wird verabreicht (Tracer)
- Diese verteilt sich im Körper und im Gehirn im normalen Sauerstoff
- Regionen mit erhöhter Aktivität erhalten mehr Tracer
- Die Isotope verfallen und setzen dabei Positron frei
- Das Positron trifft auf ein Elektron -> beide zerfallen und senden dabei zwei Photonen in einem Winkel von 180 -> aus (Gammastrahlung)
- Die Detektoren registrieren diese Strahlung: Ausgangspunkt kann errechnet werden
- Somit können «aktivierte» und «nicht aktivierte» Areale unterschieden werden
Elektrophysiologische Verfahren
- Elektroenzephalographie (EEG)
- Magnetenzephalographie (MEG)
Elektroenzephalographie
- Oberflächenelektroden werden auf dem gesamten Kopf befestigt
- Die Elektroden messen Spannungen im Mikrovoltvereich, die die Summation der Potentiale von ganzen Neuronenverbänden darstellen (keine Einzelzellaktivität)
- Diese Spannungen müssen verstärkt werden, d.h., es werden Potentialdifferenzen zwischen einer bestimmten Elektrode und einem bestimmten Referenzpunkt gemessen
EEG: Ereigniskorrelierte Potentiale (ERP)
- Reize werden zu einem bestimmten Zeitpunkt präsentiert und die Signale von jeder Elektrode werden während dem definierten Intervall um diesen Zeitpunkt extrahiert
- Unter Verwendung geeigneter Mittelungsverfahren (mehrere Wiederholungen) können typische Gesamtaktivitätsmuster mit der Verarbeitung bestimmter Reize korreliert werden
- Gute zeitliche (Millisekunden), aber schlechte räumliche Auflösung
Magnetenephalographie
- Ähnliche Mechanismen wie EEG, es werden aber nicht direkt Ströme im Gehirn gemessen, sondern die Magnetfeldschwankungen, die diese Ströme sekundär induzieren
- Diese Magnetfeldschwankungen haben sehr geringe Amplituden: Notwendigkeit von extrem sensiblen Sensoren und aufwändige Abschirmung von elektromagnetischen Stromquellen
- Magnetfelder werden aber von anderen Geweben weniger «verzerrt» als elektrische Signale
- Bessere räumliche Auflösung als EEG, sehr hohe zeitliche Auflösung
Stimulaitonsverfahren
- Transkranielle Magnetstimulation (TMS)
- Transkranielle Gleichstromsimulation (tDCS)
Transkranielle Magnetstimulation
- Nichtinvasive, schmerzlose neurophysiologische Hirnstimulationsmethode
- Ein zeitlich veränderliches Magnetfeld wird mittles einer Metallspule auf dem Kopf appliziert und erreicht praktisch ungeschwächt den Kortex
- Dort wird ein sekundäres elektrisches Feld erzeugt, das die Erregbarkeit des kortikalen Gewebes fokal verändert
- TMS kann hemmend oder stimulierend wirken, je nach Stimulationsprotokoll
- Diese Technik wird experimentell und in neuen klinischen Entwicklungen angewandt
Transkranielle Gleichstromsimulation
- Weitere Form nichtinvasiver, schmerzloser Hirnstimulation
- Zwei Elektroden werden auf dem Kopf angebracht; eine Elektrode auf den zu stimulierenden Ort (aktive Elektrode), die andere auf die Stirn (Referenzelektrode)
- Ein schwacher, nicht spürbarer Strom fliesst zwischen den Elektroden, und verändert die Erregbarkeit des kortikalen Gewebes under der aktivierten Elektrode
- tDCS kann hemmend oder stimulierend wirken, je nach Elektrodenplatzierung (Stromrichtung): Kathode als aktive Elektrode = hemmend; Anode als aktive Elektrode = stimulierend
- Anwendungsbereich ähnlich wie bei TMS; tDCS ist einfacher zu applizieren und günsitger als TMS, aber weniger fokal
Stimulationsverfahren: Blockierungsmethoden
geben Auskunft darüber, ob ein bestimmtes Hirnareal essentiell für eine Funktion ist (kausaler Zusammenhang)
Stimulationsverfahren: Aktivierungsmethoden
geben Auskunft darüber, welche Hirnareale an einer Funktion beteiligt sind (korrelativer Zusammenhang)
