6 Nervensystem

• Methoden der Biologischen Psychologie(zwei methodische Zugänge)

  • Physiologisches Substrat wird manipuliert (UV) -> Verhalten gemessen (AV)
  • Verhalten wird manipuliert (UV) -> physiologische Substrat gemessen (AV)
• Teilgebiete Biologische Psychologie

  • Physiologische Psychologie
  • Psychopharmakologie
  • Psychophysiologie
  • Neuropsychologie
  • Kognitive Neurowissenschaften
• Physiologische Psychologie


  • Manipulation des Nervensystems – Erfassung der verursachten Veränderungen/Läsionen im Verhalten (invasiv, Tierstudien)
• Psychopharmakologie


  • Einfluss von Pharmaka (griechisch: Arznei, Drogen, Gifte) auf das Gehirn und Verhalten
• Psychophysiologie


  • Verbindung zwischen physiologischer Aktivität und psychologischen Prozessen (nicht invasiv)
• Neuropsychologie


  • Auswirkungen von Gehirnläsionen (Patienten) auf Verhalten, Emotion, Kognition
• Kognitive Neurowissenschaften


  • Funktionale bildgebende Verfahren zur Untersuchung neuronaler Mechanismen des Denkens
• Methodischer Zugang A(Physiologisches Substrat wird manipuliert, Verhalten wird gemessen)

  • Häufig enge Zusammenhänge zwischen einzelnen Hirnstrukturen und Verhalten
  • Manipulation des physiologischen Substrats erfolgt an einzelnen oder mehreren definierten Orten / Zellen
• Methodischer Zugang B(Verhalten wird manipuliert, physiologische Substrat wird gemessen)

  • Fast ausschliesslich Zusammenhänge zwischen Hirnprozessen und Verhalten und weniger klare Beziehungen zu einzelnen anatomischen Regionen
  • Manipulation von Verhalten involviert fast immer mehrere Orte im ZNS – Abhängigkeit von bestimmten anatomischen Konfigurationen schwierig
• Stereotaxie


  Methode für ortsgenaue, punktförmige Eingriffe oder Registrierungen aus der Tiefe des Gehirns
• Stereotaktisches Gerät


  • Eine Elektrode präzise in die Tiefen des Gehirns einzustechen und damit Neuronen / Neuronengruppen zu aktivieren oder auch um Läsionen herbeizuführen
• Deep Brain Stimulation


  • Elektroden werden mit einem unter der Haut verlegten Kabel mit einem Schrittmacher (Neurostimulator) verbunden
  • Direkte elektrische Reizung des Gehirnareals
• Deep Brain Stimulation


  1. Zugangsoperation: Aufsetzen des stereotaktischen Apparates und das setzen der Elektroden unter örtlicher Betäubung

  2. Während der Operation werden mit Elektrode Areale im Gehirn gereizt und Reaktionen der Patienten beobachtet

  3. Präoperativ werden mit Magnetoenzephalographie (MEG), Elektroenzephalografie (EEG) und Magnetresonanztomographie (MRT) die wichtigen Bereiche des Gehirns des Patienten vorher lokalisiert
• Deep Brain Stimulation, Behandlung für

  • Behandlung für Krankheiten mit Bewegungsstörungen, chronische Schmerzzustände, Epilepsien
• Transkranielle Magnetstimulation (TMS)


  • Eine nahe an der Kopfhaut angelegte Spule erzeugt einen starken magnetischen Puls, der im Gehirn einen elektrischen Strom auslöst
  • Dieser Strom beeinflusst die neuronale Aktivität (stimulierend oder hemmend)
• Anwendungsbeispiele TMS(Transkranielle Magnetstimulation)

  • Chronischen Schmerzen, Phantomschmerzen: Messung sensomotorischer Reorganisation des Gehirn
  • Erfassen motorischer Funktionsstörungen (MS, Parkinson)
  • Behandlungserfolge bei Schizophrenie, Migräne, Tinnitus, Depression
• Elektroenzephalographie (EEG)


  • Messung summierter elektrischer Aktivität des Gehirns (Neurone)
  • Zwischen 2 Metallplättchen (Elektroden) werden Spannungsunterschiede gemessen und als Hirnstromwellen aufgezeichnet
  • Beurteilung der Hirnstromwellen anhand Frequenz, Wellenhöhe (Amplitude), Steilheit und Lokalisation auf der Hirnoberfläche

  
• Anwendungsbeispiele EEG

  • Schlafdiagnostik, Epilepsie, Durchblutungsstörungen
  • ERP = Event related potentials (Stimulus)
• Bildgebende, hämodynamische Verfahren

  • Anatomisch, strukturell = statische Abbildung von Struktur und Form
  • Funktionell = Stoffwechselaktivität und Blutfluss (hämodynamisch), wenn Gehirn "arbeitet"
• Bildgebende, hämodynamische Verfahren

  • Stoffwechsel Gehirn (Neurone und Gliazellen): 20% des gesamten Sauerstoffverbrauchs im Ruhezustand
  • Höchster Bedarf: Grosshirnrinde
  • Jede zusätzliche Aktivität führt innerhalb von Sekunden zu erhöhtem Sauerstoffverbrauch, Glukoseverbrauch und erhöhter lokaler Durchblutung
• Positronemissionstomographie (PET)


  • Schwach radioaktiv markierte Substanz wird Patient in die Armvene gespritzt
  • Beim Zusammenprall von Protonen mit Elektronen Verwandlung in Energie - vom PET-Scanner aufgefangen und mittels Computer zu Bild verarbeitet
• Magnetresonanztomographie (MRT)


  • Auch Kernspintomographie genannt
  • Diagnostische Technik zur Darstellung der inneren Organe, Gehirn, Gewebe und Gelenke
  • Atomkerne mit ungerader Protonen- oder Neutronenzahl verfügen über einen Eigendrehimpuls - Werden dadurch zu winzigen Magneten
  • Durch Radiosignal (Hochfrequenzenergie) werden Wasserstoffprotonen in Schwingung versetzt
  • Nach Abschaltung Radioimpuls - zurückkehren der Wasserstoffprotonen in Ausgangsstellung –> Energieabgabe
  • Abgegebene Energie wird durch Empfangsspulen gemessen
  • Die gemessene Information wird vom Computer in Bildinformationen umgerechnet
• Funktionelle Magnet Resonanz Tomographie (fMRT)

  • Aktivierung von Neuronen im Gehirn -> Steigerung des Stoffwechsels -> erhöhte Konzentration von Sauerstoff im Blut und Erhöhung des Blutflusses
  • Nutzung der unterschiedlichen magnetische Eigenschaften von sauerstoffreichem vs. sauerstoffarmen Blut = BOLD-Kontrast (blood oxygenation level dependent)
  • Bildliche Darstellung von Funktionsabläufen des Gehirns - Topografie von kognitiven und sensorischen Prozessen
• Magnetresonanztomographie (MRT)


  1. Wasserstoffprotonen werden in Schwingung versetzt

  2. Nach Abschaltung Radioimpuls - Rückkehr der Wasserstoffprotonen in Ausgangsstellung, Energieabgabe

  3. Abgegebene Energie wird durch Empfangsspulen gemessen

  4. Gemessene Information wird vom Computer in Bildinformationen umgerechnet
• Funktionelle Magnet Resonanz Tomographie (fMRT)

  Verfahren zur Darstellung von aktivierten Hirnarealen
• Funktionelle Magnet Resonanz Tomographie (fMRT)

  1. Aktivierung von Neuronen im Gehirn führt zu Steigerung des Stoffwechsels, erhöhter Konzentration von Sauerstoff im Blut und Erhöhung des Blutflusses

  2. Nutzung der unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von sauerstoffreichem vs. sauerstoffarmen Blut = BOLD-Kontrast (blood oxygenation level dependent)

  3. Bildliche Darstellung von Funktionsabläufen des Gehirns
• Veränderung der Hämodynamik im Gehirngewebe nicht direkt mit neuronaler Aktivität verknüpft, es gibt eine Latenzzeit von einigen Sekunden
• Elektrophysiologische Verfahren

  • EEG
  • MEG
• Elektrophysiologische Verfahren(EEG und MEG)

  • Messen relativ direkt Aktivität von Nervenzellen
  • Auslöser Messsignals sind Aktionspotentiale = physiologische Korrelat neuronaler Aktivität
  • Sehr gute zeitliche Auflösung, schlechtere räumliche Auflösung
  • Gute Verfahren für Untersuchung Dynamik der Hirnaktivität
• Hämodynamische Verfahren

  • PET
  • fMRT
• Hämodynamische Verfahren(PET und fMRT)

  • Sekundärer Effekt neuronaler Aktivität -> erhöhter Stoffwechselumsatz aktiver Nervenzellen
  • Gute räumliche Auflösung, aber schlechte zeitliche Auflösung
  • Gute Verfahren wenn funktionelle Lokalisation im Vordergrund
• Kombinierte Verfahren, z.B. EEG+fMRT, sind vielversprechend, aber aufwändig
• Neurodegenerative Erkrankungen


  Überdurchschnittlicher Verlust intellektueller Funktionen, vor allem Merkfähigkeit
• Anzahl Demenzerkrankungen steigt mit Alter: 2% der Bevölkerung älter als 65 Jahre, 20-40% älter als 85 Jahre von Demenz betroffen
• Demenzerkrankungen

  • Alzheimer
  • Vaskuläre Demenz
  • Lewy-Körperchen-Demenz
  • Frontotemporale Demenz (Pick-Krankheit)
  • Korsakow-Syndrom
• Ca. 60% der Personen mit einer Demenz leiden an der Alzheimer Krankheit
• Alzheimer Krankheit

  Krankheit des Vergessens
• Ursache der Alzheimer Krankheit unbekannt: genetische Disposition, entzündliche Prozesse im Gehirn, Infektionen
• Risikofaktoren Alzheimer Krankheit

  • Cholesterin
  • Diabetes
  • Trauma
  • Hypertonie (Bluthochdruck)
• Kennzeichen der Alzheimer Krankheit: Hypoaktivierung Hippocampus, Gyrus Cinguli und senile neuritische Plaques