Forschungsmethoden der Biopsychologie

1. Der Ansatz der Biopsychologie und die Vorstellung ihrer Methoden

Der Begriff Biopsychologie beschreibt ein interdisziplinarisches Forschungsgebiet, das einen Teilbereich der Psychologie ausmacht. Die Aufgabe dieser Teildisziplin ist die Untersuchung und Darstellung der Interdependenzen physiologischer und psychologischer Abläufe unter psychologischen Gesichtspunkten. Um diese Aufgabe zu bewältigen, bedient sich die Biopsychologie experimenteller und klinischer Methoden sowie Instrumente, um Wechselseitige Interdependenzen zwischen den psychologischen und physiologischen Abläufen besser herausstellen zu können.

In dieser Hausarbeit werden ausgewählte Methoden und Instrumente, welche die Biopsychologie zu Forschungszwecken verwendet, dem Leser in vier Abschnitten näher gebracht. Im ersten Teil wird dazu auf die bildgebenden Verfahren zur Gehirnvisualisierung und ihre Entwicklung eingegangen. Die bildgebenden Verfahren sind für die Biopsychologie vor allem durch ihre stetige Verbesserung und dadurch immer bessere Visualisierung des Gehirns bedeutsam, um psychologische und physiologische Interdependenzen sachgemäß zu begreifen. Im zweiten Teil werden zunächst einige ausgewählte Methoden zur psychophysiologischen Messung an der Körperoberfläche eines Probanden vorgestellt. Darauf folgend wird auf invasive Methoden eingegangen. Das Ziel dieser Methoden ist mit Hilfe eines gezielten Eingriffs in Teilbereiche des Gehirns eine künstliche Schädigung hervorzurufen. Die Änderung des Verhaltens, die durch diese Schädigung generiert wird, gilt es zu Beobachten und somit auf die Funktionsweise des lädierten Gehirnteilbereiches zu schließen. Letzterer Punkt wird heutzutage selbstverständlich nur bei Versuchstieren durchgeführt. Der dritte Teil rundet die davor beschriebenen Methoden mit der Vorstellung von neuropsychologischen Testverfahren, welche die Verhaltensweisen in der Biopsychologie untersuchen, ab. Testverfahren sollen dabei Verhaltensstörrungen sichtbar machen und damit Anhaltspunkte auf neuronale Störrungen geben. Im Schlussteil werden nach einer kurzen Würdigung zukünftige Entwicklungstendenzen der Biopsychologie und ihrer Methoden aufgezeigt. Insbesondere soll hier auf die Gentechnik verwiesen werden, die der Biopsychologie neue Möglichkeiten eröffnet.

2. Ausgewählte Verfahren zur Gehirnvisualisierung

2.1. Erste Gehversuche bei der Gehirnvisualisierung durch die gewöhnliche Röntgendiagnostik

Bis in die 70iger Jahre hinein, war eine Visualisierung des Gehirns, dem das Hauptinteresse der Biopsychologie gilt, durch bildgebende Verfahren nahezu unmöglich. Das einzige bildgebende Verfahren, das bis zu diesem Zeitpunkt bestand, war die konventionelle Röntgendiagnostik.^[1] Dieses Prinzip basierte auf dem Verfahren mittels Röntgenstrahlung eine zweidimensionale Aufnahme des zu betrachtenden Bereichs z.B. ein Knochen zu erzeugen.^[2] Zu diesem Zweck wird mittels einer Röntgenröhre Röntgenstrahlung erzeugt, die beim Auftreffen auf den abzubildenden Bereich in Form von Röntgenphotonen die Materie entweder durchdringt oder von ihr absorbiert wird. Die Absorptionswahrscheinlichkeit ist umso höher, je größer die Dichte der abzubildenden Materie ist. Die Röntgenstrahlung, die nicht absorbiert worden ist, trifft nach dem durchdringen der Materie auf einen speziellen Film, der die Dichteverteilung in Form eines Schattenbildes visualisiert.^[3] Der auf dem Bild entstandene Kontrast rührt aufgrund der unterschiedlichen Absorption der Materie her.^[4] Die Absorptionsunterschiedlichkeit, die ausschlaggebend für den Bildkontrast ist, ist auch der Grund warum das konventionelle Röntgenverfahren für biopsychologische Studien nicht geeignet ist. Die biopsychologische Forschung muss insbesondere berücksichtigen, dass die Gehirnstruktur nur geringe Dichteunterschiede aufweist und aufgrund dieser nicht eindeutig visualisiert werden kann.^[5] Um dieser entscheidenden Beeinträchtigung geringfügig entgegenzuwirken, setzten die Forscher in der Gehirnvisualisierung Kontrastmittel ein.^[6] Das Kontrastmittel soll hierbei einen geringen Dichteunterschied ausdehnen und dadurch die Visualisierung des abzulichtenden Gewebes verbessern.^[7] Mit Hilfe dieser Kontrasttechnik war es Realisierbar, die Hirnventrikel und das Kreislaufsystem des Gehirns abzubilden.^[8] Als kritische Ergänzung zur angewandten Kontrasttechnik sind mögliche eintretende Nebenwirkungen, so wie eine resultierende Gefährdung für den Patienten hervorzuheben.^[9]

Wenngleich die Röntgendiagnostik der Biopsychologie als Instrument wenig dienlich ist, so ist die Technik des Röntgens doch in einigen Verfahren der Gehirnvisualisierung fester Bestandteil.^[10]

2.2. Umsturz bei den bildgebenden Verfahren dank der Entstehung der Computertomographie

Ein Fortschritt in der Gehirnforschung war die Entwicklung der Computertomographie zu Beginn der 70iger Jahre.^[11] Diese bahnbrechende Technologie stellt eine Verbesserung der Röntgendiagnostik dar, die mittels Einsatz von Computern erzielt wird.^[12]

Infolgedessen besteht dadurch nun für den Wissenschaftler die Möglichkeit, die inneren Organe, das Gehirn oder Teile des Skeletts dreidimensional zu visualisieren, was vorher nur mit Einschränkung Möglich war.^[13]

Während einer Computertomographie (vgl. Abb. 1, S. 4) in der Biopsychologie, liegt der Kopf des Patienten in einer zylindrischen Vorrichtung.^[14] Diese Apparatur, die als Tomograph bezeichnet wird, besteht trivial beschrieben aus zwei Komponenten, die sich gegenüberliegen.^[15] Die eine Komponente besteht aus Röntgenröhren, die Röntgenstrahlung freisetzt. Die Röntgenstrahlen durchkreuzen den Kopf des Patienten und werden dabei partiell absorbiert und treten auf der anderen Seite wieder heraus, wo sie von der zweiten Komponente, den Detektoren, aufgefangen wird.^[16] Während dieser Ausführung rotiert der Zylinder um den Patientenkopf. Diese Rotation macht es Möglich, dass die Absorption der Strahlung durch die Detektoren für verschiedene Richtungen gemessen werden kann. Die Resultate dieses Vorgangs werden mit Hilfe eines Computers in ein Bild umgewandelt.^[17] Ist dieser Ablauf beendet, verschiebt sich der Zylinder entlang des Kopfes um einige Millimeter, um erneut den Vorgang zu wiederholen. Diese Wiederholung geschieht acht bis neun Mal. Die daraus resultierenden Schnittbilder können zu einer dreidimensionalen Illustration verknüpft werden.^[18] Etwas fortschrittlichere Computertomographiegeräte gestatten eine spiralförmige Analyse der Materie, deren Teilvisualisierungen später in Beziehung gesetzt wird.^[19] Diese Spiralcomputertomographie wird dadurch Möglich gemacht, dass während der Rotation des Zylinders, der Tisch auf dem der Patient liegt sich mit gleich bleibendem Tempo längs der Richtung bewegt. Gleichwohl der Möglichkeit der dreidimensionalen Visualisierung hat die Computertomographie durch die entstehende Strahlenbelastung für den Patienten einen erheblichen Nachteil. Um diesen Mangel vorzubeugen entwickelten sich gegenläufige Techniken die keine Röntgenstrahlen nutzten.^[20]

Prinzip der Computertomographie

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Eigene Darstellung. Die Abbildung ist in Anlehnung an Goretzki, Maurer (2003), Physik, Chemie und Strahlenkunde für Pflegeberufe, S. 77.

2.3. Evolution der bildgebenden Verfahren und forcieren des Fortschritts mit der Entwicklung der Magnetresonanztomographie

Die Magnetresonanztomographie beschreibt ein Verfahren, welches nicht aus der konventionellen Röntgendiagnostik entspringt. Dieses Verfahren macht sich Strahlenemissionen von angeregten Wasserstoffkernen im Gewebe zu Nutze und erzeugt mit ihrer Hilfe eine Visualisierung von Organen mit einer noch höheren Auflösung als es mit der Computer­tomographie durchführbar wäre.^[21] Dabei bedient sich die Magnetresonanztomographie der physikalisch-technischen Erkenntnis, dass lebendes Gewebe zu einer großen Prozentzahl aus Wasserstoffkernen besteht, deren elektrisch geladenen Protonen sich um die eigene Achse drehen und dadurch ein Magnetfeld erzeugen.^[22] Zum Zwecke der Visualisierung von z.B. Organen oder dem Gehirn, erzeugt der Forscher ein künstliches Magnetfeld, das extern auf die Magnetfelder der Wasserstoffkerne wirkt und dafür sorgt, dass sie sich in diese Richtung ausrichten.^[23] Wird nun eine elektromagnetische Energie wie z.B. Radiowellen hervorgerufen, erfassen die Wasserstoffkerne diese Energie und richten sich Entgegengesetzt zu dem künstlichen Magnetfeld aus.^[24] Die gespeicherte Energie wird sofort nach Abschalten der Radiowellen wieder abgeben.^[25] Diese freigegeben Energie kann mittels Antennen gemessen und dann dazu genutzt werden ein Bild zu erstellen.^[26] Die Darstellung kann durch die Gabe eines speziellen Kontrastmittels verbessert werden.^[27]

[...]

^[1] Vgl. Pinel (2001) S. 112.

^[2] Vgl. Kiefer, Kiefer (2003) S. 49.

^[3] Vgl. Goretzki, Maurer (2003) S. 69 ff.

^[4] Vgl. Kiefer, Kiefer (2003) S. 51.

^[5] Vgl. Birbaumer, Schmidt (2003) S. 504.

^[6] Vgl. Pinel (2001) S. 113.

^[7] Vgl. Kiefer, Kiefer (2003) S. 52.

^[8] Vgl. Pinel (2001) S. 113

^[9] Vgl. Birbaumer, Schmidt (2003) S. 504.

^[10] Vgl. Pinel (2001) S. 112 ff.

^[11] Vgl. Pinel (2001) S. 114.

^[12] Vgl. Birbaumer, Schmidt (2003) S. 504.

^[13] Vgl. Kiefer, Kiefer (2003) S. 52.

^[14] Vgl. Birbaumer, Schmidt (2003) S. 504.

^[15] Vgl. Pinel (2001) S. 114.

^[16] Vgl. Goretzki, Maurer (2003) S. 76 f.

^[17] Vgl. Mumenthaler, Mattle (2002) S. 46.

^[18] Vgl. Pinel (2001) S. 114.

^[19] Vgl. Goretzki, Maurer (2003) S. 77.

^[20] Vgl. Mumenthaler, Mattle (2002) S. 47 f.

^[21] Vgl. Pinel (2001) S. 114.

^[22] Vgl. Mumenthaler, Mattle (2002) S. 48.

^[23] Vgl. Markowitsch (1996) S. 641.

^[24] Vgl. Mumenthaler, Mattle (2002) S. 48 f.

^[25] Vgl. Birbaumer, Schmidt (2003) S. 510.

^[26] Vgl. Mumenthaler, Mattle (2002) S. 48 f.

^[27] Vgl. Goretzki, Maurer (2003) S. 73.