Eine Einführung in die Verhaltensneurowissenschaft

Neuroscience

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Summary

Die Verhaltensneurowissenschaft ist die Studie darüber, wie das Nervensystem das Verhalten lenkt und wie verschiedene Funktionsbereiche und Netzwerke im Gehirn mit spezifischen Verhaltensweisen und Krankheitszuständen korrelieren. Die Forscher in diesem Bereich nutzen eine Vielzahl von experimentellen Methoden, die von komplexen Tiertrainingstechniken bis hin zu hoch entwickelnden Imaging-Experimenten an menschlichen Probanden reichen.

Dieses Video bietet zunächst einen historischen Überblick über einige der wichtigsten Meilensteine, die zu unserem gegenwärtigen Verständnis der Gehirnkontrolle über dem Verhalten führt. Danach werden einige der grundlegenden Fragen, die von Verhaltensneurowissenschaftler gefragt werden vorgestellt, die alle die Untersuchung der neuronalen Korrelate oder bestimmten Gehirnregionen, deren Aktivierung für eine bestimmte Funktion zuständig ist, involvieren. Anschließend werden bedeutende Methoden, die verwendet werden, um diese Fragen zu beantworten für sowohl Menschen und als auch für Tiere besprochen, wie die operante Konditionierung und die funktionelle Bildgebung. Schließlich werden experimentelle Anwendungen dieser Techniken vorgestellt, darunter das Tiertraining mit einer Skinner-Box und die Verwendung der Elektroenzephalographie, um menschliche neurologische Erkrankung zu untersuchen.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Neurowissenschaften. Eine Einführung in die Verhaltensneurowissenschaft. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Die Verhaltensneurowissenschaft ist die Studie darüber, wie das Nervensystem das Verhalten bei Menschen und Tieren lenkt.

Die Forscher in diesem Bereich verwenden eine Vielzahl von Verfahren, von Tiertrainingstechniken bis zu Nerven-Bildgebungsexperimenten, um zu untersuchen, wie die Funktionsbereiche und Netzwerke des Gehirns mit spezifischen Verhaltensweisen und verwandten Krankheitszuständen korrelieren. Dieses Video bespricht eine kurze Geschichte der Verhaltensneurowissenschaft, geht durch die Schlüsselfragen, die von den Forschern in diesem Gebiet gestellt werden, überprüft einige bedeutende Methoden, die verwendet werden, um diese Fragen zu beantworten und gibt einen Einblick in die Varianten von Experimenten, die in den heutigen verhaltensneurowissenschaftlichen Laboren durchgeführt werden.

Beginnen wollen wir mit einem Überblick über einige der wichtigsten Meilensteine in der Geschichte der Verhaltensneurowissenschaften. Im antiken Griechenland waren Hippokrates und seine Anhänger unter den Ersten, die glaubten, dass das Gehirn das menschliche Denken steuert.

Im Jahre 1662 entwickelte dann René Descartes eines der ersten Modelle, um zu beschreiben, wie das Gehirn das Verhalten steuert - er spekulierte, dass die Seele den Körper durch die Zirbeldrüse steuerte.

Die nächsten Jahrhunderte produzierten sehr viele Beweise dafür, dass Descartes falsch war.

Zum Beispiel im Jahr 1848 war Eisenbahnmeister Phineas Gage

in einem Unfall beteiligt, der eine Eisenstange durch seinen Schädel fuhr. Er lebte, zeigte aber starke Veränderungen der Persönlichkeit, die zeigen, dass Schäden am Frontallappen tiefgreifende Auswirkungen auf das Verhalten haben.

Ende des 19. Jahrhunderts untersuchten dann Paul Broca und Wernicke Carl Patienten, die ihre Fähigkeit zu lesen und/oder zu sprechen verloren hatten und entdeckten Bereiche des Gehirns, die für die Sprache verantwortlich sind, die heute als das Broca-Areal und Wernicke-Zentrum bekannt sind.

Später im Jahr 1890 verkündete William James, das die Psychologie über die Biologie untersucht werden soll und viele wichtige Entdeckungen in der Verhaltensänderung folgten. In den 1930er Jahren, nach Jame s Ratschlag, entwickelte BF Skinner ein Gerät namens Skinner-Box, die immer noch verwendet wird, um zu untersuchen, wie Bestrafung und Belohnung das Verhalten bei Tieren verstärken kann.

Ende der 1900er Jahre kamen dann fortgeschrittene nervenbildgebende Verfahren zur Verfügung wie die Magnetresonanztomographie oder MRT. Im Jahr 1990 entwickelte Seiji Ogawa die Methode, die nun für die funktionelle MRT eingesetzt wird, die das Gebiet der Neurowissenschaften revolutionierte, da sie den Forschern erlaubt, die Gehirnaktivität im Laufe der Zeit bei einfachen kognitiven Aufgaben zu visualisieren.

Da wir nun einige der wichtigsten Ereignisse in der Geschichte der Verhaltensneurowissenschaften diskutiert haben, wollen wir ein paar grundlegende Fragen besprechen, die von den Leuten, die heute die Neurobiologie des Verhaltens untersuchen, gefragt werden. Diese Fragen involvieren alle die Untersuchung der neuronalen Korrelate oder bestimmte Gehirnregionen, deren Aktivierung für eine bestimmte Funktion zuständig ist.

Zum Beispiel könnte ein Wissenschaftler, der in die Nervensystem Kontrolle der Bewegung interessiert ist, die Mechanismen, die Balance und Koordination kontrollieren untersuchen. Obwohl bekannt wurde, dass diese Funktionen dem primären Motorkortex, prämotorischen Cortex, Cerebellum und der Substantia nigra zugeordnet sind, untersuchen die Wissenschaftler weiterhin, wie die Schaltung innerhalb und zwischen einzelnen Regionen die Fortbewegung ermöglicht.

Alternativ können die Forscher untersuchen, wie das Nervensystem Reize auswertet und das Verhalten basierend auf diesen Reizen lenkt. Hierbei können die Forscher fragen, wie verschiedene Arten von Belohnung das Verhalten der Tiere beeinflussen kann. Das Verständnis, wann und warum bestimmte Belohnungen motivierend sind, könnte helfen, Probleme wie Sucht anzusprechen.

Die Nervenkorrelate für Motivation und Belohnung sind das limbische System und das ventrale Tegmentum.

Andere Verhaltensneurowissenschaftler untersuchen, wie das Nervensystem Lernen und Gedächtnisbildung ermöglicht. Zum Beispiel kann man untersuchen, wie das Gehirn Erinnerungen zu Angst Reize erzeugt und beibehält, was wichtig für die Behandlung von posttraumatischen Belastungsstörungen ist.

Diese Funktionen legen im Allgemeinen der Hippocampus und der Amygdala fest.

Weitere zentrale Fragen konzentrieren sich auf höhere kognitive Prozesse, wie zum Beispiel die Gesichtserkennung. Hierbei kann ein Forscher untersuchen, wie ein Proband auf vertraute im Vergleich zu neue Gesichter reagiert.

Beim Menschen ist die Fusiform Face Area ein neuronales Korrelat spezifisch für die Gesichtserkennung im Gyrus fusiformis.

Da wir nun ein paar der wichtigsten Fragen, die von Verhaltensneurowissenschaftler gefragt werden, besprochen haben, wollen wir in einige bedeutende Methoden eintauchen, wenn sie versuchen, sie zu beantworten. Viele Methoden in diesem Bereich beinhalten Verhaltensexperimente an Tieren, die nach der Manipulation von bestimmten Gehirnregionen durchgeführt werden, um die Verbindung zwischen Neurobiologie und Verhalten zu studieren.

Die Prozesse wie die Fortbewegung können in Tieren mit spezialisierten Geräten untersucht werden wie dem Rotarod, das eine rotierende Stange ist, die das Tier kontinuierlich fordert sich zu bewegen, um das Herunterfallen zu vermeiden oder Kammern, die das Tier fordert, um Nahrung zu erreichen, um die Geschicklichkeit zu testen.

Die Verfahren, die Verhaltensänderungen involvieren, beinhalten operante Konditionierung und können die Skinner-Box für Selbstverabreichungsexperimente mit Belohnungen oder aversive Reize, wie Essen oder Medikamente verwenden.

Methoden, die das Lernen und Gedächtnis untersuchen verwenden häufig Labyrinthe wie das T-Arm- oder das Morris-Wasserlabyrinth-Design, in denen Tiere den Weg finden und dann merken müssen, um das Gerät zu verlassen.

Da die Komplexität des Verhaltens bei der Untersuchung steigt, so steigt auch die Notwendigkeit für menschliche Probanden. Zum Beispiel kann die Untersuchung von höheren kognitiven Prozessen, wie die Sprache, Methoden involvieren, die die neuronale Aktivität durch die Kopfhaut misst, wie die Elektroenzephalographie, die angewendet werden kann wenn ein Proband eine spezifische kognitive Aufgabe ausübt.

Funktionelle bildgebende Verfahren werden auch angewendet, um die menschliche Kognition zu untersuchen, wie die funktionelle Magnetresonanztomographie oder fMRI. Diese Methode misst ein Signal, das mit dem Blutfluss korreliert und kann wiederum mit Aufgaben auf der Basis der neuronalen Aktivität verbunden werden, wodurch sich eine statistische Karte von aktiven Gehirnregionen ergibt.

Da wir nun über einige der bedeutenden Verfahren in der Verhaltensneurowissenschaft gesprochen haben, wollen wir einen Blick auf einige Anwendungen dieser Techniken haben.

In diesem Versuch wird einer Maus beigebracht, dass wiederholtes Drücken eines Hebels in einer Skinner-Box zu einer Futterbelohnung führt. Das Tier wird dann mit neuroaktiven Substanzen behandelt, wie das Hormon Leptin, um zu beurteilen, wie die resultierenden Veränderungen in der Gehirnaktivität die Motivation um Essen zu beschaffen beeinflusst.

Beim Menschen wird die funktionelle MRT häufig verwendet um höhere kognitive Prozesse wie die Entscheidungsfindung zu studieren.

In dieser Studie wurden die Teilnehmer gebeten zu entscheiden, ob sich ein Muster von Punkten während eines fMRT-Scans schnell oder langsam bewegt.

Die Elektroenzephalographie oder EEG ist eine nicht-invasive Technik, die verwendet werden kann, um Krankheitszustände, wie die Demenz und die Alzheimer-Krankheit zu untersuchen. Für diese Experimente tragen Teilnehmer nicht-invasive Elektroden auf der Kopfhaut, die die elektrische Aktivität des Gehirns während eine Aufgabe ausgeführt wird, misst. Die Analyse kann abnormale Muster offenbaren, die mit neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen korrelieren.

Das war die JoVE Einleitung zur Verhaltensneurowissenschaft. Besprochen wurde eine kurze Geschichte dieses Forschungsbereiches, einige Schlüsselfragen, ein paar bedeutende Methoden wurden diskutiert, die verwendet werden, um diese Fragen zu beantworten und einige spezielle Anwendungen dieser Methoden wurden untersucht.

Danke für das Aufpassen!

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