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Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 1/19 Einführung in die Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter Hirnrindenpotenziale.

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1 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 1/19 Einführung in die Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter Hirnrindenpotenziale Christian Kaernbach Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

2 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 2/19 Motivation Was tut das Gehirn, wenn wir –etwas wahrnehmen? etwas beachten? –Angst haben? –eine Handlung ausführen? –eine Entscheidung treffen? –einen eigenen Fehler entdecken? Ereigniskorrelierte Hirnaktivität –Elektroenzephalographie (EEG) –Magnetoenzephalographie (MEG) –funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) –Positronenemissionstomographie (PET) –Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) Vorteile des EEG –direktes Maß der elektrischen Aktivität des Gehirns –hohe Zeitauflösung –unaufwendig, auch außerhalb des Labors einsetzbar

3 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 3/19 Quellen des außen messbaren Potentials Viele synchrone Aktionspotentiale in parallelen Neuronen –genauer: extrazelluläre postsynaptische Potentiale –vor allem: Dendriten der Pyramidenzellen messbare Ionenverschiebung in Form eines Dipols Orientierung des Dipols je nach –kortikale Eingangsschicht = Ursprung der Erregung II: kortikal IV: subkortikal –Erregungsart exzitatorisch inhibitorisch meist wichtig: exzitatorisch kortikal negativer Pol II III Schandry, 2006, Abb. 26.7

4 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 4/19 Quellen des außen messbaren Potentials Radiale versus transversale Dipole –exzitatorisch kortikal radial: negativer Pol –tangential: zwei Pole ab vom Schuss Wikipedia Schandry, 2006, Abb. 26.7nach Schandry, 2006, Abb. 26.7, modifiziert

5 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 5/19 Mess- ergebnis Ereignis – s Ereignis – s evoziertes Potential Spontan- aktivität MittelungN=10 N=200 Ereigniskorrelierte Potentiale (EKP) Versuchsaufbau: –Stimulus (Ereignis) Versuchsperson Reaktion behavioral elektrokortikal Ergebnis: –Überlagerung evozierter und spontaner Aktivität Auswertung –Mittelung der Messkurven relativ zum Zeitpunkt des Ereignisses

6 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 6/19 EKP-Komponenten Minima und Maxima werden mit P (positiv) und N (negativ) bezeichnet und durchnummeriert. Reiz alternativ: –N100 (ca. 100 ms) –P200 –N200 –P300 (bei ms) exogen / endogen häufig umgekehrte Auftragung: negativ nach oben exogen endogen –15 –10 – nach Schandry, 2006, Abb. 26.5, modifiziert

7 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 7/19 Bewusstseinseffekte Forschungsansatz: Das linke und das rechte Auge liefern im Alltag teilweise widersprüchliche Bilder Kaernbach, C., Schröger, E., Jacobsen, T., Roeber, U. (1999). Effects of consciousness on human brain waves following binocular rivalry, NeuroReport 10/4,

8 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 8/19 Stimuli Laborsituation: unterschiedliche Schraffuren –Was wird bewusst wahrgenommen? Kaernbach, C., Schröger, E., Jacobsen, T., Roeber, U. (1999). Effects of consciousness on human brain waves following binocular rivalry, NeuroReport 10/4, Befund: der Sinneseindruck schaltet alle paar Sekunden um –Abwechselnd dominiert das linke oder das rechte Auge Stimulus Perzept ?

9 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 9/19 widersprüchlich konsistent Änderung Manipulation widersprüchlich konsistent t2 t1 konsistent Änderung Perzept Je nach aktuellem Perzept wird die Änderung bemerkt oder auch nicht. Frage: Macht das einen Unterschied? Was geschieht zusätzlich im Gehirn, wenn die Veränderung bemerkt wird? Kaernbach, C., Schröger, E., Jacobsen, T., Roeber, U. (1999). Effects of consciousness on human brain waves following binocular rivalry, NeuroReport 10/4,

10 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 10/19 EKP konsistent / konsistent N1 konsistent Änderung Kaernbach, C., Schröger, E., Jacobsen, T., Roeber, U. (1999). Effects of consciousness on human brain waves following binocular rivalry, NeuroReport 10/4,

11 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 11/19 N1 EKP widersprüchlich / konsistent bemerkt unbemerkt wider- sprüchlich Änderung konsistent Änderung Kaernbach, C., Schröger, E., Jacobsen, T., Roeber, U. (1999). Effects of consciousness on human brain waves following binocular rivalry, NeuroReport 10/4,

12 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 12/19 Differenz bemerkt–unbemerkt N1 wider- sprüchlich Änderung konsistent Kaernbach, C., Schröger, E., Jacobsen, T., Roeber, U. (1999). Effects of consciousness on human brain waves following binocular rivalry, NeuroReport 10/4,

13 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 13/19 Brain Map bemerkt – unbemerkt Zeitpunkt 238 ms N1 wider- sprüchlich Änderung konsistent Kaernbach, C., Schröger, E., Jacobsen, T., Roeber, U. (1999). Effects of consciousness on human brain waves following binocular rivalry, NeuroReport 10/4,

14 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 14/19 Quellenlokalisation Voraussetzung –Hohe Elektrodenzahl (64 bis 256) –genaue Kenntnis der Elektrodenpositionen: 3D Messsysteme mit Ultraschall oder Infrarot –idealerweise anatomische MRT-Aufnahmen Problem –Vorwärtsproblem eindeutig lösbar gegeben die Quellen, wie sieht die Potentialverteilung am Skalp aus? –inverses Problem nicht eindeutig lösbar gegeben die Potentialverteilung am Skalp, wie viele Dipol-Quellen waren wo wie stark aktiv? Ockhams Razor: Lösung mit geringster Zahl von Quellen –oft: symmetrische Quellen unterstellt, außerdem Literaturstudium (plausible Quellen) Software zur Quellenlokalisation –z. B. BESA (Brain Electrical Source Analysis) UrsacheWirkung Ursache ???

15 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 15/19 Wie schnell tickt das Hirn? Ereigniskorrelierte Potentiale suggerieren: 10 Hz Modulare Organisation des Gehirns –Notwendigkeit zur Synchronisation entfernter Hirnareale –Temporaler Code: Oszillationen im Gammaband (ca. 40-Hz) kodieren Zusammengehörigkeit (binding) –Aktivität im Gammaband zeigt Interaktionen zwischen Hemisphären an –Aber wo ist sie denn? Reiz –15 –10 –

16 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 16/19 Messung induzierter Oszillationen Induzierte Oszillationen löschen sich in der Mittelung wegen Phasenunterschieden Frequenzanalyse –kontinuierliche Wavelet-Transformation mit Gabor-Wavelets (Morlet) Im gemittelten Spektrum sind die Oszillationen erkennbar evoziertes Potential Spontan- aktivität Mess- ergebnis Ereignis N=10 N=200 – s– s Zeit [s] Frequenz [Hz]

17 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 17/19 Rotierende zweideutige Stimuli Bei Gesichtern gibt es Vorzugspositionen, bei denen das Gesicht als solches erkannt wird. erhöhte Gammaband-Aktivität Hz Hz Müller, M.M., T. Gruber, and A. Keil, Modulation of induced gamma band activity in the human EEG by attention and visual information processing. International Journal of Psychophysiology, ,

18 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 18/19 EKP vor dem Ereignis Bereitschaftspotential –zwei Stimuli Der 1. Stimulus kündigt an, dass gleich eine Bewegung erfolgen soll Beim 2. Stimulus soll die Bewegung ausgeführt werden –zwischen den Stimuli stellt sich eine zunehmende Negativität ein Das Libet Experiment und die Willensfreiheit –Die Versuchsperson soll zu selbst gewählten Zeitpunkten eine Handlung ausführen (Finger heben) –präzise Messung der Bewegung mit EMG sich den Zeitpunkt merken, zu dem sie den Entschluss zur Bewegung gefasst hat –Ablesen einer schnell laufenden Uhr –Das Bereitschaftspotential setzt ein ca. 500 ms vor der Bewegung ca. 300 ms vor dem willentlichen Entschluss Schandry 2006, Abb. 26.6

19 Analyse und Interpretation ereigniskorrelierter HirnrindenpotentialeFolie 19/19 Literatur Rainer Schandry Biologische Psychologie Beltz Verlag, 2006 (2. Auflage), Kapitel 26. Todd C. Handy Event-Related Potentials: A Methods Handbook Cambridge, Mass.: The MIT Press (B&T), 2004.


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