1: Eine Einführung zur Kognition

Kognition wird allgemein definiert als die mentalen Prozesse, die mit Phänomenen wie Aufmerksamkeit, Gedächtnis, logischem Denken und Sprache verbunden sind. Kognitionswissenschaftler verwenden eine Kombination aus psychologischen und physiologischen Techniken, um die biologischen Grundlagen der Kognition zu verstehen. Durch dieses Verständnis hoffen die Wissenschaftler, neue Wege zur Behandlung von Patienten mit kognitiven Beeinträchtigungen zu entwickeln.

In diesem Video werden zunächst einige funktionale Attribute der Kognition vorgestellt. Dann werden wir die wichtigsten Fragen in diesem Bereich sowie die Methoden diskutieren, mit denen sie beantwortet werden. Schließlich werden wir uns einige Studien ansehen, die diese Techniken verwenden.

Schauen wir uns zunächst einige der einzelnen Aspekte des komplexen Kognitionsphänomens an, die derzeit von Verhaltensforschern untersucht werden.

Wahrnehmung ist der kognitive Prozess des Gehirns, des Empfangens, Verstehens und Verstehens von sensorischen Informationen. Über den reinen sensorischen Input hinaus ist unser Gehirn in der Lage, komplexe Merkmale wie Objekte, Muster oder Gesichter wahrzunehmen. Auf der anderen Seite zeigen optische Täuschungen, dass die Verarbeitung sensorischer Informationen durch das Gehirn nicht immer die Realität widerspiegelt.

Während Ihr Gehirn ständig Wahrnehmungsinformationen erhält, ist Aufmerksamkeit das kognitive Phänomen, das die Fokussierung unserer Wahrnehmungsressourcen ermöglicht. Diese Fähigkeit, sich bestimmter Reize "selektiv" bewusst zu sein, während andere ausgeblendet werden, wird als selektive Aufmerksamkeit bezeichnet. In Ihrem täglichen Leben ist Ihre Aufmerksamkeit häufiger geteilt: Denken Sie an das Fahren in einem Auto, während Sie telefonieren.

Fokussierte Aufmerksamkeit kann zu einer verbesserten Speicherung und einer besseren Fähigkeit führen, wahrgenommene Informationen abzurufen. Dieser Vorgang wird als Speicher bezeichnet. Insbesondere testen kognitive Experimente das Arbeitsgedächtnis, das Funktionen wie das kurzfristige Speichern von Informationen, z. B. die Telefonnummer einer Person, und die anschließende Verarbeitung dieser vorübergehenden Informationen zur Erfüllung einer Aufgabe, wie z. B. die Kontaktaufnahme mit dieser Person, umfasst.

Eine weitere kognitive Funktion, an der Wissenschaftler interessiert sind, ist das Verstehen und der Ausdruck von Sprache. Es ist interessant, wie wir die Fähigkeit erwerben, zu verstehen, was wir hören, und wie wir sprechen lernen, ohne jede formale Ausbildung. Studien haben bestätigt, dass zwei Hirnregionen, das Broca-Areal und das Wernicke-Areal, am Sprachverständnis und der Sprachproduktion beteiligt sind, und Wissenschaftler sind daran interessiert, den Mechanismus aufzudecken, der hinter Entwicklungsstörungen steckt, die zu Sprachdefiziten führen.

Zuletzt werden wir uns mit der exekutiven Funktion befassen, die ein facettenreicher kognitiver Prozess ist. Dieses Phänomen umfasst Aufgaben wie Urteilsvermögen, Argumentieren, Problemlösung, Entscheidungsfindung und Planung. Die exekutive Funktion ist entscheidend für die Organisation und das zielgerichtete Verhalten und dient als Managementsystem für die vielen anderen kognitiven Prozesse.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kognitionswissenschaft ein weites Feld ist, das sich auf die Untersuchung der zahlreichen mentalen Prozesse konzentriert, die viele Ihrer täglichen Aktivitäten steuern. Daher ist es eines der aktivsten Gebiete der verhaltensneurowissenschaftlichen Forschung.

Mit diesem grundlegenden Verständnis der Kognitionskomponenten wollen wir einige Schlüsselfragen in diesem Bereich untersuchen.

Auf ihrer grundlegendsten Ebene versucht die kognitive Neurowissenschaft, die funktionelle Beziehung zwischen Neurobiologie und kognitiven Prozessen zu bestimmen. Eine Möglichkeit, dies zu untersuchen, besteht darin, zu untersuchen, welche Bereiche des Gehirns während eines bestimmten kognitiven Tests aktiv sind. Die Untersuchung der neuronalen Grundlagen könnte bei der Entwicklung neuer Therapien für Patienten mit kognitiven Behinderungen hilfreich sein.

Es wird angenommen, dass sich die kognitiven Fähigkeiten in frühen Lebensphasen entwickeln und sich schließlich mit zunehmendem Alter verschlechtern, und viele Forscher sind daran interessiert, diesen Übergang zu untersuchen. Diese Studien untersuchen unter anderem, wie kognitive Fähigkeiten während der Entwicklung des Gehirns vom Säuglingsalter bis zum Erwachsenenalter erworben werden, sowie wie altersbedingte Neurodegeneration mit kognitivem Verfall korreliert.

Eine weitere grundlegende Frage ist, welche Rolle spielen unsere Gene und unsere Umwelt bei der Kognition? Forscher, die sich für diese Frage interessieren, wollen die relative Bedeutung von Genetik und Umgebung für die kognitive Entwicklung verstehen. Eine der Arten von Studien, die als "Zwillingsstudien" bezeichnet wird, beinhaltet die Beobachtung von eineiigen Zwillingen, die in verschiedenen Umgebungen aufgezogen wurden. Durch die Durchführung kognitiver Tests an diesen genetisch identischen Personen können Forscher die Rolle der Umwelt für die Gehirnfunktion untersuchen.

Nachdem wir einige Schlüsselfragen auf diesem Gebiet überprüft haben, schauen wir uns einige der prominenten Techniken an, die heute von kognitiven Neurowissenschaftlern verwendet werden.

Eine Technik, die immer häufiger eingesetzt wird, ist die funktionelle Bildgebung des Gehirns. Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist eine Technik, die Veränderungen des Blutflusses als Proxy für die neuronale Aktivität im Gehirn misst, die spezifisch für individuelle kognitive Prozesse ist. Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist eine ähnliche Methode, die die Aufnahme eines radioaktiven Tracers misst, um die Gehirnaktivität sichtbar zu machen. Bei der Elektro- oder Magnetenzephalographie hingegen werden Sensoren auf der Kopfhaut verwendet, um die elektrischen oder magnetischen Felder, die durch neuronales Feuern entstehen, direkt zu messen. Die Analyse der Auslesung zeigt, welche Hirnareale bei bestimmten kognitiven Aufgaben aktiv sind.

Neben reinen Beobachtungen versuchen Wissenschaftler, die Aktivität des Gehirns gezielt zu modulieren, um zu verstehen, wie es funktioniert. Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) nutzt elektromagnetische Induktion, um die neuronale Aktivität zu aktivieren oder zu unterdrücken. Diese Technik kann verwendet werden, um bestimmte Gehirnregionen bei menschlichen Probanden auf nicht-invasive Weise zu stören und dann ihre Auswirkungen auf die kognitiven Fähigkeiten zu untersuchen.

Ein weiteres wichtiges Werkzeug, das in vielen kognitiven Experimenten zu finden ist, ist das Eye-Tracking. Eye-Tracking wird verwendet, um kognitive Funktionen wie Aufmerksamkeit, visuelle Wahrnehmung und Sprachverarbeitung zu bewerten. Eye-Tracking-Messungen können Aufschluss darüber geben, wie wir lesen, Gesichter erkennen oder uns während der Fahrt selektiv um Objekte kümmern.

Schließlich sind psychologische Methoden zur Bewertung spezifischer kognitiver Funktionen ebenso wichtig. Ein klassischer psychologischer Test wird als Stroop-Aufgabe bezeichnet, bei der die selektive Aufmerksamkeitsfähigkeit getestet wird, indem der Proband aufgefordert wird, entweder den geschriebenen Farbnamen zu identifizieren, der in diesem Fall rot ist, oder die Farbe, in der er angezeigt wird, nämlich blau. Eine weitere Aufgabe, die als Go- oder No-Go-Aufgabe bezeichnet wird, untersucht ebenfalls die Aufmerksamkeits- und Reaktionskontrolle, indem sie die Reaktionszeit analysiert. Diese Aufgabe erfordert die Unterscheidung zwischen verschiedenen Elementen, wie z.B. "Freund" oder "Feind" in einem Videospiel.

Nachdem Sie sich nun einige der aktuellen Methoden und Aufgaben angesehen haben, wollen wir uns ansehen, wie sie von Wissenschaftlern angewendet werden, um Kognition zu untersuchen.

Häufig wird die fMRT-Visualisierung der Gehirnaktivität mit kognitiven Tests kombiniert, um Funktionen in bestimmten Gehirnregionen zu lokalisieren. Hier lassen die Forscher die Probanden einen Test der exekutiven Funktion durchführen, der als dimensionale Kartensortieraufgabe im fMRT-Gerät bezeichnet wird. Diese Aufgabe erfordert, dass die Teilnehmer Karten basierend auf einem Merkmal, z. B. Form, sortieren und dann zum Sortieren nach einem zweiten Merkmal, z. B. Farbe, wechseln. Die gemessene Gehirnaktivität kann die Identifizierung von Gehirnregionen unterstützen, die eine Rolle bei der exekutiven Funktion spielen.

In einem anderen Beispiel verwenden Wissenschaftler TMS, um eine bestimmte Gehirnregion als Therapieform bei Patienten zu stimulieren, die an einer Sprachstörung namens Aphasie leiden. Zuerst bestimmten die Forscher die Sprachfähigkeit eines Patienten, gefolgt von der Identifizierung der optimalen Stelle für die Stimulation. Nach wiederholten Behandlungssitzungen wurden die Sprachkenntnisse des Patienten erneut getestet.

Schließlich beschäftigen sich einige Wissenschaftler mit dem Einfluss von Emotionen auf die Kognition. Hier ließen die Forscher die Probanden eine Arbeitsgedächtnisaufgabe durchführen, bei der ihnen ein Memoranden gezeigt wurde, das aus drei Gesichtern bestand, gefolgt von einem Verzögerungsintervall, in dem emotionale Bilder als Ablenkung gezeigt wurden. Die Erinnerung der Probanden an die ersten Gesichtsbilder wurde dann mit fMRT bewertet.

Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die kognitive Neurowissenschaft gesehen. Dieses Video behandelte verschiedene Aspekte der Kognition, die zentralen Fragestellungen in diesem Feld, prominente Methoden, die heute von Forschern verwendet werden, und schließlich aktuelle Studien, die verschiedene Techniken verwenden. Wie immer vielen Dank fürs Zuschauen!