Untersuchungsmethoden auf dem Gebiet der Biopsychologie

16. Mai 2019

Autoren wie Dewsbury (1991) definieren die Biopsychologie als „die wissenschaftliche Untersuchung der Biologie des Verhaltens“. Dieses Fachgebiet ist auch bekannt als Psychobiologie. Andere Autoren bevorzugen jedoch den Begriff „Biopsychologie“, weil er „einen biologischen Ansatz für das Studium der Psychologie, und nicht etwa einen psychologischen Ansatz für das Studium der Biologie“ darstelle.

Dank des wissenschaftlichen Fortschritts haben die Untersuchungsmethoden auf dem Gebiet der Biopsychologie in den letzten Jahren eine enorme Revolution erlebt: Unzählige ältere Forscher dachten, sie würden die Gehirnfunktionen irgendwann in Echtzeit beobachten können. Und heute ist das möglich. Generell wird der Schwerpunkt auf jene Methoden gelegt, die Erkenntnisse dahingehend zulassen, was unter bestimmten Bedingungen im Gehirn passiert.

„Der Mensch ist die geheimnisvollste und beunruhigendste wissenschaftliche Entdeckung.“

Ganivet

Gehirn

Bildgebende Diagnostik

Die Beobachtung und Aufzeichnung der Gehirnaktivität in Echtzeit ist ein Meilenstein, der dank der verschiedenen Techniken, die im Laufe des zwanzigsten Jahrhunderts entwickelt wurden, erreicht werden konnte. Dabei handelt es sich um Techniken, die ohne Zweifel einen großen Fortschritt darstellen, wenn es um jenes Organ geht, das nach wie vor am wenigsten erforscht ist.

Röntgenstrahlen und Kontrastmittel

Bei dieser Technik wird eine Substanz, die Röntgenstrahlen absorbiert, in einen Teil des Körpers, in ein bestimmtes System injiziert. Auf diese Weise erhöht sich der Kontrast zwischen dem zu untersuchenden Körperteil und dem umgebenden Gewebe.

Die zerebrale Angiographie beispielsweise ist ein Röntgenverfahren, bei dem Kontrastmittel verwendet werden. Dazu wird ein opaker Farbstoff in eine Hirnarterie injiziert. Ziel ist es, den zerebralen Kreislauf während der Röntgenaufnahme zu beobachten. Diese Technik ist bei der Lokalisierung von Gefäßläsionen und Hirntumoren nützlich.

Computertomographie (CT)

Die Gehirnstruktur kann im CT detailreich veranschaulicht werden. Während der Untersuchung liegt der Patient in einer dafür vorgesehenen Röhre. Im Liegen machen Röntgenröhre und ein Empfänger, die sich diametral gegenüberliegen, viele Einzelaufnahmen. Das passiert, während Sender und Empfänger um den Kopf des Patienten kreisen.

Die Informationen aus allen erstellten Bildern werden mithilfe eines Computers zusammengeführt. Diese Vereinheitlichung ermöglicht es, das Gehirn in Ebenen zu erforschen. Normalerweise wird diese Untersuchung in acht oder neun Gehirnschichten durchgeführt. Sobald alle Bilder miteinander kombiniert wurden, erhält man eine dreidimensionale Darstellung des Gehirns.

Kernspinresonanz oder Magnetresonanz (NMR/MRT)

Die NRM/MRT liefert hochauflösende Bilder, die die Bewegung von Wasserstoffmolekülen anzeigen, wenn diese durch Hochfrequenzwellen in einem Magnetfeld aktiviert werden. Sie ermöglicht eine hohe räumliche Auflösung und erzeugt ebenfalls dreidimensionale Bilder.

Positronen-Emissions-Tomografie (PET)

PET-Scans liefern Bilder der Gehirnaktivität, nicht aber von der Gehirnstruktur selbst. Um diese Bilder zu erhalten, wird radioaktive 2-Desoxyglucose (2-DG) in die Halsschlagader des Patienten injiziert. Die aktiven Neuronen absorbieren schnell das 2-DG, und da es von ihnen nicht verstoffwechselt wird, sammelt sich das 2-DG an, bis es im Nachhinein allmählich abgebaut wird. Auf diese Weise kann beobachtet werden, welche Neuronen zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiv sind.

Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI)

Durch die fMRI entstehen Bilder von der Sauerstoffversorgung über das Blut, das durch die einzelnen Hirnregionen fließt. Dadurch kann ebenfalls die Gehirnaktivität gemessen werden. Gegenüber der PET hat diese Untersuchungsmethode vier Vorteile:

  • Dem Patienten wird nichts injiziert.
  • Sie liefert sowohl funktionale als auch strukturelle Informationen.
  • Sie bietet eine bessere räumliche Auflösung.
  • Es können dreidimensionale Bilder des gesamten Gehirns erstellt werden.
Frau im Untersuchungsraum der bildgebenden Diagnostik

Magnetoenzephalographie

Sie misst Veränderungen in Magnetfeldern, die auf der Oberfläche der Kopfhaut auftreten. Diese Veränderungen werden wiederum durch Veränderungen in den Mustern der neuronalen Aktivität verursacht.

Transkranielle Magnetstimulation (TMS)

Walsh und Rothwell (2000) erklären, dass die TMS eine Technik sei, die die Aktivität eines Bereichs des Kortex verändere und ein Magnetfeld unter einer Haube erzeuge, die auf dem Kopf sitze. Die TMS deaktiviere einen Teil des Gehirns vorübergehend, während die Auswirkungen dieser Deaktivierung auf das Verhalten und die Kognition bewertet werden.

Schädliche Methoden

Zu den schädliche Untersuchungsmethoden gehören solche, die einen Bereich des Gehirns zerstören, um herauszufinden, welche Auswirkungen er auf das Verhalten hat.

  • Aspirationsverletzungen. Diese Methode wird normalerweise verwendet, um eine Läsion in gewissen Bereichen des Hirns zu setzen, die mit bloßem Auge sichtbar ist. Das entsprechende Gewebe wird mit einer sehr feinen Kristallpipette entnommen.
  • Hochfrequente Läsionen. Darunter versteht man kleine subkortikale Läsionen. Mit einer Elektrode wird ein hochfrequenter Strom durch das zu zerstörende Gewebe geleitet. Die Größe und Form der Läsion hängt von drei Faktoren ab:
    • Dauer
    • Intensität des Stroms
    • Konfiguration der Elektrodenspitze
  • Skalpellschnitte. Es wird in den Bereich des Gehirns geschnitten, der zerstört werden soll.
  • Kälteblocker. Dieses Verfahren ist reversibel. Anstatt eine Struktur zu zerstören, wird ein Bereich soweit heruntergekühlt, bis er den Gefrierpunkt erreicht. Neuronen hören somit auf, Signale zu senden und blockieren die Funktion der gekühlten Gehirnregion. Auf diese Weise kann beobachtet werden, welche Verhaltenweisen durch die Bereiche, in die eingegriffen wurde, induziert werden. Sobald die Temperatur wieder normal ist, kann auch die normale Gehirnfunktion wiederhergestellt werden.

Elektrische Stimulation

Eine weitere Untersuchungsmethoden der Biopsychologie ist die elektrische Stimulation. Eine Struktur des Nervensystems wird elektrisch stimuliert, um Informationen über seine Funktion zu erhalten. In der Regel wird hierfür eine bipolare Elektrode verwendet.

Diese Stimulation wirkt sich auf die Neuronen aus und verändert deren Zustand. Das hat normalerweise den gegenteiligen Effekt wie Läsionen. Wenn beispielsweise eine Verletzung dazu führt, dass jemand seine Schlafzeiten drastisch reduziert, kann eine Stimulation zu einem überproportionalen Schlafbedürfnis führen.

Schädliche Untersuchungsmethoden mit elektrophysiologischer Aufzeichnung

  • Intrazelluläre Aufzeichnung einer Einheit. Diese Technik wird durch die Einführung einer Mikroelektrode in ein Neuron durchgeführt. Sie liefert eine Aufzeichnung der abgestuften Schwankungen des Membranpotenzials des Neurons.
  • Extrazelluläre Aufzeichnung einer Einheit. Hier wird die Mikroelektrode in die das Neuron umgebende extrazelluläre Flüssigkeit eingeführt.
  • Aufzeichnung mehrerer Einheiten. In diesem Fall ist die Spitze der Elektrode größer als die einer Mikroelektrode, sodass sie Signale von vielen Neuronen gleichzeitig aufzeichnen kann. Die erkannten Potenziale werden addiert und integriert.
  • Invasive EEG-Aufzeichnung. In diesem Fall werden die Elektroden implantiert. Bei der Suche nach kortikalen EEG-Signalprotokollen werden kraniale „Mutterelektroden“ aus Edelstahl verwendet. Für subkortikale Signale werden häufig Kabelelektroden gebraucht, die in einem stereotaktischen Eingriff implantiert werden.

„Die Anthropologie, Biologie, Physiologie und Psychologie haben wahre Berge an Materialien zusammengetragen, um angesichts aller Facetten des Menschen die Grundlagen seiner körperlichen und geistigen Vollkommenheit und seiner weiteren Entwicklung zu begründen.“

Leo Trotzki

Blaue Neuronen mit roten Kernen

Untersuchungsmethoden auf dem Gebiet der Biopsychologie: Vor uns liegt noch ein langer Weg

Im Laufe des Artikels haben wir einige der biopsychologischen Untersuchungsmethoden erläutert. Wir wollen jedoch nicht ungesagt lassen, dass es noch weitere Methoden in der Biopsychologie gibt, die andere Bereiche des Körpers untersuchen. Darunter fallen die Messung der Muskelspannung, die Aufzeichnung von Augenbewegungen, der Leitfähigkeit der Haut oder der kardiovaskulären Aktivität.

Der Fortschritt, der in jüngster Zeit in den Untersuchungsmethoden der Biopsychologie erreicht werden konnte, ist bemerkenswert, aber er hat noch kein Ende gefunden. Mit anderen Worten, in einigen Jahren werden mit Sicherheit neue Techniken auftauchen, die wir uns derzeit nicht einmal vorstellen können. All das wird zur Weiterentwicklung der Neurowissenschaften beitragen, was wiederum darauf Einfluss nehmen wird, die Lebensqualität vieler Menschen zu verbessern, die von einer Störung des Nervensystems betroffen sind.