Verhaltensbezogene Methoden der Kognitiven Neurowissenschaft

Die Kognitive Neurowissenschaft basiert auf zwei zusammenhängenden Annahmen. Die erste Prämisse besagt, dass jeder komplexe kognitive Prozess aus der kombinierten Aktivität einfacher kognitiver Prozesse, den sogenannten konstituierenden kognitiven Prozessen, resultiert. Die zweite Prämisse besagt, dass jeder konstituierende kognitive Prozess über die neuronale Aktivität in einem bestimmten Bereich des Gehirns vermittelt wird. Eines der Hauptziele der Kognitiven Neurowissenschaft besteht darin, die Teile des Gehirns zu identifizieren, die unterschiedliche konstituierende kognitive Prozesse vermitteln.

Das Bilder-Subtraktionsverfahren

PET und fMRT spielen innerhalb der kognitiv-neurowissenschaftlichen Forschung eine zentrale Rolle und so wurde das Bilder-Subtraktionsverfahren (paired-image subtraction technique) eine der entscheidenden Methoden dieser Forschung (siehe Kriegeskorte, 2010; Posner & Raichle, 1994). Dieses Verfahren kann sehr gut am Beispiel einer PET-Stu-die zur Verarbeitung einzelner Wörter von Petersen et al. (1988) illustriert werden. Petersen et al. waren daran interessiert, die Teile des Gehirns zu lokalisieren, die für eine Wortassoziation notwendig sind (d. h. auf ein gedrucktes Wort zu reagieren, indem man ein damit in Beziehung stehendes Wort nennt). Auf den ersten Blick könnte man meinen, dass dieses Ziel leicht erreicht werden kann, indem man ein PET-Bild von dem Gehirn eines Probanden aufzeichnet, der eine Wortassoziationsaufgabe löst. Das Problem dabei ist aber, dass viele Bereiche des Gehirns, die während der Testphase aktiv sind, nichts mit dem konstituierenden kognitiven Prozess der Bildung einer Wortassoziation zu tim haben. Ein Großteil der erfassten Aktivität geht auf andere Prozesse zurück, z. B. Wahrnehmen, Lesen und Aussprechen von Wörtern. Das Bilder-Subtraktionsverfahren wurde entwickelt, um mit diesem Problem fertig zu werden.

Zum Bilder-Subtraktionsverfahren braucht man funktionelle Gehirnscans (z. B. fMRT), die während der Durchführung mehrerer verschiedener kognitiver Aufgaben erhoben wurden. Idealerweise sind die Aufgaben so konstruiert, dass sich Paare von Bildern allein hinsichtlich eines einzigen konstituierenden kognitiven Prozesses unterscheiden. Folglich kann die Gehirnaktivität, die mit diesem Prozess assoziiert ist, abgeschätzt werden, indem die Aktivität in dem Bild, das mit der einen der zwei Aufgaben verknüpft ist, von der Aktivität in dem Bild, das mit der anderen Aufgabe verknüpft ist, abgezogen wird. Zum Beispiel haben die Probanden in der Studie von Petersen et al. bei einer Aufgabe eine Minute lang abgedruckte Substantive, die auf einem Bildschirm erschienen, laut vorgelesen. Bei der anderen Aufgabe beobachteten sie auf dem Bildschirm dieselben Substantive, aber reagierten auf sie, indem sie ein assoziiertes Verb laut aussprachen (z. B. Lastwagen — fahren). Anschließend subtrahierten Petersen und Kollegen die Aktivität in den Bildern, die sie während der beiden Aufgaben aufzeichneten, voneinander, um ein Differenzbild zu erhalten. Das Differenzbild zeigt diejenigen Bereiche des Gehirns, die spezifisch für den konstituierenden kognitiven Prozess der Bildung der Wortassoziation aktiv relevant sind. Die Aktivitäten, die mit der Fixation des Bildschirms, der Wahrnehmung der Substantive, der Aussprache der Wörter etc. assoziiert sind, wurden durch die Subtiaktion eliminiert.

Das .default mode"-Netzwerk

Abbildung 5.23: Das .default mode"-Netzwerk: Dargestellt sind Gehirnregionen, die üblicherweise bei der funktionellen Gehimbildgebung registriert werden, wenn die Probanden ohne Aufgabe den Gedanken freien Lauf lassen.

 
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