Neue Entwicklungen in der kognitiven Neuropsychologie.

Präsentation zum Thema: "Neue Entwicklungen in der kognitiven Neuropsychologie."—  Präsentation transkript:

1 Neue Entwicklungen in der kognitiven Neuropsychologie

2 Mit einer ausreichenden Zahl von Elektroden kann die elektrische Aktivität der Grosshirnrinde erfasst und eine “Erregungslandkarte” gezeichnet werden

3 Die funktionelle Magnetresonanztomographie fMRI lässt die Aktivität von Tiefenstrukturen erkennen Der BOLD-Effekt (blood oxygen level dependent) nutzt die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von sauerstoffreichem und weniger sauerstoffreichem Blut

4 Hans Berger (1873-1941)

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6 Aufgenommen: 1922 Publiziert: 1929

7 Huber Rohracher (1902-1972)

8 Der 1935 von Rudolf von Ottenthal in Wien gebaute Verstärker

9 Rohrachers frühe EEG-Registrierungen

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11 Erstes Schlaf-EEG 1935

12 Verschollene Publikationen

13 Frequenzanalysen mit Analoggerät

14 Kohärenzanalyse Hellmuth Petsche

15 (a) Mozart vs. Ruhe-EEG (b) Kopfrechnen vs. Ruhe-EEG

16 (a) Schönberg (b) Jazz

17 (a) Bach (b) Beethoven

18 Sensorisch evozierte Potentiale Event Related Potentials

19 Die (vergebliche) Suche nach Reizantworten

20 „Objektive Audiometrie“ Kurt Burian & Gidon Gestring

21 Sensorisch evozierte Potentiale Abbild der Aussenwelt? Korrelat des Erlebens?

22 Das Potential – ein Abbild des Erlebens

23 Langsame Hirnrindenpotentiale Gleichspannungspotentiale

24 Kornhuber & Deecke 1965 Hirnpotentialänderungen bei Willkürbewegungen und passiven Bewegungen des Menschen: Bereitschaftspotential und reafferente Potentiale

25 Willkürbewegung ~1000 msec Bereitschaftspotential

26 Current source density bei einfachen (links) und komplizierten (rechts) Fingerbewegungen: Frühe Phase – 2.3 sec vor der Bewegung

27 Current source density bei einfachen (links) und komplizierten (rechts) Fingerbewegungen: Späte Phase – 0.45 sec vor der Bewegung

28 Benjamin Libet 1982 Erleben einer Willenshandlung

29 15 45 0 30 Umlaufzeit: ~ 3 sec

30 Spontane Bewegung: RP:Bereitschaftspotential EMG: Handlung (Myogramm) RP EMG 1000 msec W 500 msec W:Erlebter Willensentschluss

31 Der physiologische Prozess geht dem Erleben einer Willenshandlung voraus

32 15 45 0 30 Geplanter Zeitpunkt Veto Zeitpunkt „Veto – Design“

33 Geplanter Zeitpunkt Veto - Zeitpunkt

34 Slow Potential Topography

35 Raumorientierungsaufgaben: Mentale Rotation Verbale Aufgaben: Wald : Bäume = Wiese : Gras

36 Sprache Raum

37 Slow Potential Topography der Raumwahrnehmung

38 Brain Trigger Design

39 Änderungen des DC-Potentials um wenige Millionstel Volt beeinflussen unsere Leistungsfähigkeit

40 Selbstkontrolle durch Biofeedbacktraining Erstes DC Biofeedback: 1977 durch Lauber

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45 Mit einer Echtzeitversion der low-resolution electromagnetic tomography LORETA wurden Probanden trainiert, die Stromdichte im vorderen gyrus cinguli zu erhöhen.

46 BOLD bei vorgestellten Bewegungen (A) vor dem Training und (B) nach einem Echtzeit-Biofeedbacktraining Rückmeldung der lokalen Oxigenierung in Echtzeit Christopher deCharms et.al. - 2004

47 Down-Regulation der parahippocampalen place area und Up-Regulation der supplementär motorischen area N. Weiskopf et. al. – Gruppe Niels Birbaumer - 2005

48 (a) BOLD-Darstellung am Display des Versuchsleiters (b) Feedback-Schirm mit der Instruktion: grün = Zunahme, blau = Abnahme Diese Erregungsverteilung erleichterte die Einprägung von sinnvollem Material

49 Schmerzkontrolle durch rtfMRI-Feedback aus dem vorderen cingulären Cortex De Charms et.al. 2005

50 Rückmeldung des BOLD-Signals durch einen Graphen bzw. das Videobild einer Feuerstelle

51 Am Wiener Institut wurden von der Forschungsgruppe Herbert Bauer, Florian Fischmeister und Claus Lamm Verfahren entwickelt, die eine Simultanregistrierung von EEG und fMRI möglich machen.

52 Simultanregistrierung von EEG und fMRI

53 Vom Labor in die Lebenswelt …

54 DC-Potential und Muskelentspannung

55 Aktiverungssteuerung durch Muskelrelaxation

56 Aktivierungssteuerung durch Atemkontrolle

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58 Diese Techniken können wirksamer sein als ein Psychopharmakon

59 Meditation

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61 E. R. Kandel Nobelpreis 2000 The molecular biology of memory storage: A dialogue between gens and synapses. [Science 2001]

62 Neurobiologie des Lernens

63 Vesikeln Endknopf Synapsenspalt Golgiapparat Mitochondrien Postsynaptische Membran Presynaptische Membran

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65 Hebb Postulat 1949 Die synaptische Verbindung von zwei gleichzeitig erregten Zellen wird verstärkt

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68 Bliss & Lomo 1973: Long term potentiation LTP

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71 NMDA-Rezeptor: N – Methyl – D – Aspartat – Rezeptor Maximale Erregung bei: 1) Bindung von Glutamat an den Rezeptor 2) Postsynaptischer Depolarisation [Massiver Einstrom von Ca ++ ]

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73 LTP tritt in Strukturen auf, die für das Lernen relevant sind Substanzen, welche die Lernfähigkeit beeinflussen, wirken auch auf die LTP Mausmutanten mit verminderten LTPs haben Lernschwierigkeiten

74 In Zusammenhang mit der LTP treten am NMDA-Rezeptor Veränderungen auf: Zunahme der Anzahl von Synapsen Veränderung ihrer Gestalt Vermehrung der postsynaptischen NMDA- Rezeptoren

75 Eric Kandel, 1929 in Wien geboren, begann in den 60er Jahren über die Neurobiologie des Lernens zu arbeiten

76 Die Meeresschnecke Aplysia [Seehase] besitzt nur rund 20 000 Neuronen

77 Die relativ grossen Neuronen können leicht Präpariert und sogar in vitro gehalten werden

78 Lernabhängige Veränderungen können untersucht werden

79 Kandels Modell für Lernprozesse war der Kiemenrückziehreflex der Aplysia

80 Gewebekulturen für einfache Lernschaltkreise

81 Das Motoneuron L 7 bewirkt eine rasche Kontraktion der Kieme

82 Von 24 sensorischen Neuronen werden durch einen Hautreiz 6 aktiviert. Diese leiten die Erregung an 6 Motoneuronen weiter, die den Kiemenreflex bewirken

83 Nucleus Sensory neuron Motor neuron Receptor Reinforcement by increased release of glutamat Serotonin Grundlage kurzfristiger Behaltensleistungen ist eine erhöhte Transmitterausschüttung.

84 Langfristige Behaltensleistungen beruhen auf einer Neubildung von Synapsen

85 Die Frage, warum Wachstum nur an aktivierten Synapsen auftritt, konnte an verzweigten Axonen untersucht werden, an denen die Lenkung von Proteinen aufgeklärt wurde

86 Nur an der Synapse, an welcher Serotonin appliziert wurde, treten Veränderungen auf

87 Neuronale Plastizität: Durch solche Umstrukturierungen kann sich sogar die Grösse von kortikalen Projektionsfeldern im Anschluss an Lernprozesse verändern [M. M. Merzenich 1990]

88 Sensibilitätssteigerun g der Mittelfinger durch mehrmonatiges Training Somatosensorische Repräsentation beim Nachtaffen [Owl Monkey]

89 Somatosensorische Areale der Fingerspitzen vor (li) und nach (re) dem Training

90 Auch das Dogma der Zellkonstanz ist nicht mehr aufrecht, da Nervenzellen auch postnatal gebildet werden können, wie Fernando Nottebohm erstmals am Vogelhirn gezeigt hat.

91 Dabei werden die neugebildeten Nervenzellen von Gliafasern geleitet

92 Solche Neubildungen finden auch im menschlichen Gehirn statt Die Neurogenese geht vom Ependym der Ventrikel aus Neurotropine (Neural Growth Factor) steuern dieses Wachstum

93 Eine grosse Zahl von Neuronen (~ 50%) geht durch Zelltod (Apoptose) wieder zugrunde Dabei tritt eine erhebliche Umbildung der synaptischen Verbindungen auf

94 Angst – Stress - Belastung

95 Sport erwies sich als ideales Modell für die Stressforschung Klettern Fallschirmspringen Tischtennis Judo Orientierungslauf Eishockey Regattasegeln

96 Motivation unter Belastung

97 30 40 50 60 70 1 Stunde 5 Minuten Klettern Approach Motivation

98 30 40 50 60 70 1 Stunde 5 Minuten Klettern Approach Motivation

99 Die kognitive Einstimmung auf eine bevorstehende Belastung ist von entscheidender Bedeutung: Kognitive Coping-Strategien

100 Leistung unter Belastung: Manche werden besser …

101 Andere schlechter als erwartet

102 Manche Menschen zeigen unter Belastung einen Leistungsverlust [„Trainingsweltmeister“], während andere gerade unter Druck besser werden.

103 Erfolgreiche Sportler Training Champions N L N L

104 „Ergopsychometrie“ Nur der Vergleich der Testleistungen unter Neutralbedingungen und unter Belastung erlaubt eine Vorhersage der in kritischen Situationen auftretenden Leistungsänderungen

105 Trainingsbedingte Belastungen können für ergopsychometrische Testungen genützt werden

106 Realistische Simulationen sind wichtig: Ergopsychometrie auf der Ausreitbank

107 0 Testleistung unter Belastung Wettkampfleistungen TW ES 25 1 5 Ergopsychometrische Testungen ermöglichen eine verlässliche Vorhersage der Leistung unter Belastung [Bischof & Beiglböck - Orientierungsläufer]

108 Die Ursache für Veränderungen der Leistungsfähigkeit unter Belastung zeigte sich in neuropsychologischen Studien des Wiener Instituts

109 DC-Potential und Leistung Im mittleren Aktivierungszustand ist die Leistungsfähigkeit optimal

110 Leistung Aktivierung Unsere aktuelle Leistungsfähigkeit hängt vom Aktivierungsniveau ab

111 Leistung Aktivierung Zwischen Aktivierung und Leistung besteht eine umgekehrt u-förmige Beziehung

112 Leistung Aktivierung Menschen unterscheiden sich in ihrem habituellen Aktivierungsniveau

113 Leistung Aktivierung Jede Belastung hat eine Erhöhung des Aktivierungsniveaus zur Folge

114 Leistung Aktivierung Der habituell hoch Aktivierte wird dadurch zum Trainingsweltmeister

115 Die Therapie des Trainingsweltmeisters: Aktivierungssteuerung

116 Dissertationen an der SFU: Albel - Schrank - Wieser Mögliche Szenarien des Katastrophenterrorismus Auswirkungen auf First Responder Biofeedbacktherapie mit First Respondern Prävention von posttraumatischen Syndromen

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118 Skalierung der emotionalen Wirkung der Situationen

119 Versuchsablauf der Arbeiten Albel - Schrank - Wieser

120 117 „First Responder“: 26 Freiwillige Feuerwehr 31 Militär 40 Polizei 20 Rettungsorganisation Samariterbund

121 Olfaktorische Reizung

122 Olfaktorische Reizung bewirkt die stärksten emotionalen Reaktionen

123 Belastungstest und Biofeedback-Training

124 Giselher.Guttmann@univie.ac.at