VL3-Methoden Flashcards
Was untersuchen kausale Interventionen und welche Methoden gibt es?
Kausale Interventionen untersuchen den ursächlichen Zusammenhang zwischen neuronaler Aktivität und Verhalten. Es wird gemessen, welchen Einfluss eine experimentelle Manipulation der Hirnaktivität auf das Verhalten hat.
Methoden: Läsionsstudien, Psychopharmakologie, transkranielle Magnetstimulation, intrakranielle (Selbst-)Stimulation, genetische Methoden
Was untersuchen korrelative Methoden und welche gibt es?
Korrelative Methoden registrieren neuronale Aktivität, um den Zusammenhang zwischen ihr und dem Verhalten zu untersuchen.
Methoden: Läsionsstudien, Mikrodialyse, Skalp-EEG, intrakranielle Elektrophysiologie, Bildgebungsstudien
Was sind die Vor- und Nachteile kausaler und korrelativer Methoden?
Kausal Pros: erlauben Aussagen über kausale Zusammenhänge, einfacher zu interpretieren
Kausal Cons: häufig grobe, invasive Methoden
Korrelativ Pros: nützlich zur Hypothesengenerierung, häufig viel Informationsgewinn bei geringem Aufwand
Korrelativ Cons: schwierig zu interpretieren (führt A zu B oder B zu A?), es kann unbekannte Zwischenvariablen geben, reverse inference (man kann oft nicht von Hirnaktivität auf Verhalten schließen)
Wie funktionieren kausale Läsionsstudien?
Ein Hirnteil eines Versuchstiers wird geschädigt und anschließen das Verhalten beobachtet. Aus Verhaltensweisen, die das Tier nach der Läsion eines Areals nicht mehr ausführen kann, lassen sich Rückschlüsse auf die Funktion des Areals ziehen. Bei der Interpretation sollte man Vorsicht walten lassen, da nicht unbedingt eindeutig ist, welche mentale Funktion das beobachtbare Verhalten erklärt und ob die Integrität eines einzelnen Areals oder die Funktionalität eines gesamten neuronalen Netzwerks, von dem das Areal ein Teil ist, notwendig für das beobachtbare Verhalten ist. Es gibt permanente (z. B. Operativ) und reversible (z. B. Tetrodotoxin) Läsionen.
Wie funktioniert Psychopharmakologie als kausale Intervention?
Agonisten imitieren oder verstärken die natürliche Wirkung eines chemischen Botenstoffs. Antagonisten blockieren oder reduzieren die Wirkung. Außerdem können mit Pharmaka reversible, virtuelle “Läsionen” gesetzt werden.
Was ist TMS?
Bei der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) wird ein starker Magnet verwendet, dessen Magnetfelder die Schädeldecke durchdringen und elektrische Ströme in den Nervenzellen drunterliegender Hirnregionen zu induzieren. Je nachdem, welche Stimulationsparameter man verwendet, können die Zellen aktiviert oder gehemmt werden, man kann also sowohl bestimmte Hirngebiete stimulieren, als auch virtuelle, reversible “Läsionen” setzen.
Welche Arten intrakranieller Stimulation gibt es und wie werden sie durchgeführt?
Intrakranielle Selbststimulation: Tieren werden Elektroden ins Hirn implantiert, die es dem Tier ermöglichen, durch bestimmte Verhaltensweisen selbst eine elektrische Stimulation zu aktivieren.
DBS: Die Deep Brain Stimulation (DBS) ist eine neurochirurgische Behandlungsmethode, bei der durch einen implantierten Stimulator gesteurte (ebenfalls implantierte) Elektroden in bestimmten Bereichen des Hirns mithilfe von elektrischen Impulsen abnormalen oder dysfunktionalen Hirnaktivitäten entgegenwirken. Sie wird beispielsweise bei Morbus Parkinson angewendet.
Welche genetischen Methoden kausaler Intervention gibt es?
Um Details eines Organismus zu untersuchen, die man mit üblichen Methoden nicht untersuchen kann, kann das Erbgut verändert werden. Bei der Knock-Out-Methode werden ein oder mehrere Gene gezielt ausgeschaltet. Man kann das Erbgut auch mithilfe von CRISPR-CAS gezielt verändern. Optogenetics erlauben die Aktivierung oder Hemmung von lokalen, spezifischen Einzelzellen oder Neuronenverbänden mit höchster zeitlicher Präzision. Dabei wird eine Optrode (Lichtleitfaser) in das Gehirn des Versuchstieres implantiert, sodass Licht an eine spezifisches Zielneuron im Gehirn appliziert werden kann. Licht-sensitive Proteine werden in das Zielneuron implantiert. Das Protein Channelrhodopsin ist sensitiv für blaues Licht und aktiviert Neuronen. Halorhodopsin ist sensitiv für gelbes Licht und hemmt Neuronen.
Wie funktionieren korrelative Läsionsstudien?
Bei den korrelativen Läsionsstudien sind die Läsionen nicht experimentell verursacht. Stattdessen werden Patienten untersucht, die bereits Läsionen haben, sodass auch Humanversuche möglich sind. Aus den Verhaltensdefiziten des Patienten kann man Rückschlüsse auf die Funktion des beschädigten Hirnareals ziehen.
Was ist Mikrodialyse?
Die Mikrodialyse ist eine korrelative Methode, bei der ein dünnes Dialyse-Rohr in das Gewebe implantiert wird, durch das eine sterile Lösung gepumpt wird. Die Substanzen der extrazellulären Flüssigkeit diffundieren durch das Dialyse-Rohr, sodass man Informationen über die chemische Zusammensetzung (z. B. Neurotransmitter-Konzentration) messen kann. Die Mikrodialyse erlaubt das Messen von Botenstoffen in frei beweglichen, wachen Tieren.
Was ist ein Skalp-EEG?
Das Skalp-Elektroenzephalogramm (Skalp-EEG) misst die elektrischen Potenziale neuronaler Aktivität mithilfe von nicht-invasiv auf der Kopfhaut platzierten Elektroden. Die elektrischen Signale werden in Wellenform dargestellt, die verschiedene Frequenzen und Amplituden haben. Die wichtigsten EEG-Frequenzbänder sind Beta (sehr aufmerksam), Alpha (entspannt), Theta (schläfrig) und Delta (Tiefschlaf). Man kann mithilfe des Skalp-EEG auch ereignisbezogene Potenziale (ERP) messen. ERP sind spezifische Veränderungen in der elektrischen Aktivität des Hirns aufgrund eines bestimmten Ereignisses oder einer bestimmten Situation.
Was ist intrakranielle Elektrophysiologie?
Bei der intrakraniellen Elektrophysiologie wird elektrische Aktivität mithilfe implantierter Elektroden direkt innerhalb des Hirns gemessen.
Welche Arten von Bildgebungsstudien gibt es?
Bildgebungsstudien stellen die individuelle Anatomie eines Hirns visuell dar. Die verschiedenen Verfahren unterscheiden sich hauptsächlich hinsichtlicher ihrer räumlichen und zeitlichen Auflösung. Die Computertomographie (CT) basiert auf Röntgenstrahlung.
Magnetresonanztomographie (MRT, auch Kernspintomographie) verwendet ein starkes Magnetfeld, um die Wasserstoff-Atome im Körper auszurichten. Wenn diese Atome zu ihrem Grundzustand zurückkehren, emittieren sie ein Resonanz-Signal, was vom MR-Tomographen gemessen wird, der daraufhin 2D-Schnittserien erstellt. Die Schnittserien werden im Computer zu einer 3D-Ansicht konstruiert.
Ein funktionaler MRT (fMRT) verwendet den Blood Oxgen Level Dependent Contrast (BOLD) von Hirnregionen als indirektes Maß für deren Aktivität. Aktive Hirngebiete benötigen Sauerstoff. Deshalb wird die Sauerstoffzufuhr lokal erhöht wird, wenn ein Hirngebiet aktiv wird (neurovaskuläre Kopplung). Da oxgeniertes Blut andere magnetische Eigenschaften hat als desoxygeniertes, kann der BOLD mithilfe des MRT ermittelt werden.
Bei der Positronen-Emissionstomographie (PET) werden Positronen (subatomare Teilchen) einer zuvor injizierten zerfallenden radioaktiven Substanz vom Tomographen registriert. Damit können sowohl Struktur als auch Aktivität bestimmter Hirngebiete gemessen werden.
Die Magnetoenzephalographie (MEG) misst das durch Summenpotenziale erzeugte Magnetfeld aktiver Zellen. Es erlaubt ähnliche Analysen wie ein EEG (z. B. Frequenzanalyse, ereignisbezogene Potenziale).
Was sind die Vor- und Nachteile verschiedener Bildgebungsverfahren?
CT Pro: günstig, sinnvoll zur Krankheitsdiagnose
CT Con: niedrige räumliche Auflösung, keine funktionelle Analyse möglich
MRT Pro: gute räumliche Auflösung, funktionelle Bildgebung möglich (fMRT)
MRT Con: fMRT bietet nur akzeptable zeitliche Auflösung (Sekundenbereich)
PET Pro: erlaubt Bindungsstudien (wieviel von welchem Botenstoff wird wo verwendet), mehr Bewegungsfreiheit durch kleineren Scanner
PET Con: schlechtere räumliche und zeitliche Auflösung als fMRT, sehr teuer, minimale radioaktive Belastung
MEG Pro: bessere zeitliche Auflösung als fMRT (Millisekunden-Bereich), direktes Aktivierungssignal (im Gegensatz zum BOLD beim fMRT)
MEG Con: Signal nur messbar bei gleichzeitiger Aktivität vieler Zellen, schlechte räumliche Auflösung (hauptsächlich Signale von der Hirnoberfläche)
