Die Neuropsychologie untersucht, wie das Gehirn das Verhalten steuert, und verbindet dabei Neurologie und Psychologie. Von Aufzeichnungen über Kopfverletzungen im alten Ägypten bis hin zu modernen Verfahren wie EEG, fMRT und Eye-Tracking zeigt sie, wie bestimmte Hirnregionen das Gedächtnis, die Kognition und das Handeln beeinflussen. Wegweisende Fälle wie der von H.M. haben die Rolle des Hippocampus für das Gedächtnis aufgezeigt, während die moderne Forschung atypische Hirnaktivitäten bei Autismus, Schizophrenie und anderen Erkrankungen kartiert.
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Was genau ist Neuropsychologie? Vor etwa 3500 Jahren hielt ein ägyptischer Arzt mit einem Schilfstift eine Liste von Beschwerden auf Papyrus fest und gab zu jeder eine diagnostische Einschätzung ab. Die Erkrankungen waren entweder behandelbar, man konnte mit ihnen leben oder sie waren wahrscheinlich unheilbar. 14 der 48 Fälle waren Kopfverletzungen – die frühesten dokumentierten Fälle von Hirnschäden [1]. Dies war in gewisser Weise der Beginn der Neuropsychologie.
Die Neuropsychologie befasst sich damit, wie das Gehirn das Verhalten beeinflusst. Sie bildet eine Schnittstelle zwischen Neurologie und Psychologie und untersucht, wie diese Prozesse miteinander interagieren. Als der altägyptische Arzt feststellte, dass eine Kopfwunde untersucht werden sollte, indem man die Fähigkeit des Patienten, nach unten zu schauen, testete, stellte er einen direkten Zusammenhang zwischen der Funktion des Gehirns und der Bewegung des Körpers her. Dieser Ansatz bildet im Wesentlichen die Grundlage der gesamten modernen Neuropsychologie.
Auch wenn wir uns heute von Schilfstiften und Papyrus entfernt haben, beschäftigen wir uns nach wie vor damit, wie das Gehirn unser Verhalten beeinflusst. Zudem verfügen wir heute über bessere Werkzeuge, um diese Untersuchungen durchzuführen. Moderne bildgebende Verfahren haben es uns ermöglicht, nicht mehr nur Wunden mit den Fingern zu ertasten, sondern das Pulsieren des Blutes im Gehirn und dessen elektrische Aktivität aufzuzeichnen, ohne den Patienten jemals berühren zu müssen. Nicht-invasive Methoden haben uns einen Zugang zum Verständnis des Gehirns und des Verhaltens eröffnet, wie es ihn zuvor noch nie gab.
Im Folgenden werden wir den Bereich der Neuropsychologie definieren, ihre jüngste Entstehungsgeschichte erläutern und die moderne Wissenschaft der Neuropsychologie erörtern.
Was ist Neuropsychologie?
Die Neuropsychologie geht davon aus, dass die Aktivität des Gehirns die kognitiven und verhaltensbezogenen Leistungen des Körpers bestimmt. Das Fachgebiet entstand offiziell im Jahr 1963 mit der Gründung der wissenschaftlichen Zeitschrift „Neuropsychologia“ [2]. Obwohl der Ansatz der Neuropsychologie und sogar der Begriff selbst bereits zu einem früheren Zeitpunkt entstanden waren, hat die Zeitschrift das Thema endgültig und fest als wissenschaftliches Forschungsgebiet etabliert.
In der Vergangenheit wurden Beispiele für traumatische Hirnverletzungen herangezogen, um festzustellen, welche Funktionen die einzelnen Hirnareale erfüllen. Durch die Untersuchung eines Patienten mit einer Schädigung beispielsweise des Hippocampus und die Feststellung, dass auch die Gedächtniskodierungsfähigkeiten des Patienten beeinträchtigt sind, lässt sich ein Zusammenhang zwischen dem Hippocampus und der Gedächtniskodierung herstellen.
Mit dem Aufkommen bildgebender Verfahren wie EEG und fMRT ist es nun auch möglich, Gehirnprozesse und deren Zusammenhang mit dem Verhalten zu untersuchen. Diese Methoden machen Läsionsstudien weitgehend überflüssig, da Gehirnprozesse auf rigorose und kontrollierte Weise untersucht werden können. Im Folgenden werden wir einige dieser Durchbrüche näher erläutern.
Aufgrund dieser Hirnläsionen und bildgebenden Untersuchungen wissen wir heute, dass bestimmte Bereiche des Gehirns für bestimmte Aufgaben zuständig sind. Dies ist jedoch eine unscharfe Definition – die Hirnaktivität steht selten ausschließlich mit einer einzigen spezifischen Handlung in Zusammenhang. Es gibt jedoch genügend Gemeinsamkeiten in der Art und Weise, wie bestimmte Hirnareale mit bestimmten Handlungen assoziiert sind, sodass wir zuverlässig auf einen bestimmten neuronalen Bereich verweisen und sagen können, an welchen Prozessen dieser üblicherweise beteiligt ist.
Neuropsychologische Forschung
Eine der wegweisendsten Studien der Neuropsychologie entstand durch einen Zufall. Henry Molaison litt seit seiner Kindheit an schwerer Epilepsie (möglicherweise aufgrund eines Sturzes vom Fahrrad), die sich im Laufe seines Lebens weiter verschlimmerte. Im Alter von 27 Jahren wurden die Anfälle so häufig und so heftig, dass es ihm unmöglich wurde, einer Arbeit nachzugehen.
Als letztes Mittel war eine neurochirurgische Operation geplant. Die Prämisse war relativ einfach (soweit das bei einer Neurochirurgie möglich ist) – die Bereiche des Gehirns zu entfernen, die die Anfälle auslösen. Was damals noch nicht bekannt war (aber sehr schnell herausfand), war, dass einer dieser Bereiche – der Hippocampus – entscheidend für die Gedächtnisbildung ist. Molaison erwachte aus der Narkose und war im Grunde nie wieder in der Lage, neue Erinnerungen zu bilden [5].
Die dramatischen Auswirkungen auf die Gehirnfunktion führten dazu, dass dieser Fall (bekannt unter den Initialen des Patienten, H.M.) zu einer der einflussreichsten Studien der Neuropsychologie wurde. Die Arbeiten von Brenda Milner und anderen trugen dazu bei, entscheidende Aspekte der Funktion des Hippocampus und dessen Zusammenhang mit der Gedächtnisbildung aufzudecken. Auch wenn wir heute wissen, dass die Beziehung zwischen Gedächtnis und Hippocampus nicht eins zu eins ist [6], waren diese ersten Erkenntnisse entscheidend für das Verständnis, wie das Gehirn vergisst und sich erinnert.
Einer der am häufigsten zitierten Artikel in der Neuropsychologie und den Neurowissenschaften im weiteren Sinne [3] befasst sich mit dem Zusammenhang zwischen der mittels EEG aufgezeichneten Gehirnaktivität und der Gedächtnisbildung [4]. Wolfgang Klimeschs Übersichtsartikel über den Zusammenhang zwischen Alpha- und Theta-Oszillationen einerseits und Kognition und Gedächtnis andererseits (mit 5314 Zitaten) fasst die Ergebnisse mehrerer wegweisender neuropsychologischer Forschungsarbeiten zusammen.
Klimesch geht davon aus, dass sich die Muster der Gehirnaktivität zuverlässig verändern, wenn neue Informationen gespeichert werden oder wenn semantische Langzeitgedächtnisinhalte abgerufen werden (einige Details des Artikels finden Sie in diesem Blogbeitrag). Der Artikel veranschaulicht den neuropsychologischen Ansatz, Gehirn und Funktion miteinander in Verbindung zu bringen.
Eine weniger konventionelle neuropsychologische Studie, bei der ebenfalls EEG zum Einsatz kam, wurde 1983 durchgeführt und lieferte dramatische Ergebnisse. Mit nichts weiter als einer Stoppuhr und einem Summer zeichnete Benjamin Libet EEG-Aktivitäten auf, die das Konzept des Bewusstseins selbst in Frage zu stellen schienen.
Indem er die Teilnehmer bat, mit dem Finger zu klopfen und gleichzeitig zu notieren, wann der Drang dazu aufkam, stellte Libet eine Gehirnaktivität fest, die darauf hindeutete, dass der bewussten Entscheidung zum Handeln eine erhöhte Gehirnaktivität vorausging. Mit anderen Worten: Das Gehirn traf die Entscheidung zur Bewegung noch vor dem Teilnehmer. Das Konzept des freien Willens schien auf wackeligen Beinen zu stehen.
Es dauerte dreißig Jahre, bis diese Studie wirklich in Frage gestellt wurde, als Aaron Schurger feststellte, dass die Signale, die vor der bewussten Wahrnehmung einer Handlung auftreten, auch spontan auftreten – selbst wenn keine Aufgabe zu bewältigen ist. Die Signale unterschieden sich jedoch, wenn die Handlung bewusst ausgeführt wurde. Dies deutete darauf hin, dass die Signale eine Bewusstseinsschwelle überschreiten müssen, damit tatsächlich darauf reagiert wird. Der freie Wille scheint gerettet zu sein, wenn auch nur auf der Grundlage, dass er durch zufällig erzeugte neuronale Aktivität gesteuert wird – was vielleicht nicht so ermutigend ist, wie zunächst angenommen. Die Debatte geht weiter.
Über das EEG hinaus
Während in der Neuropsychologie traditionell Methoden der direkten Bildgebung des Gehirns zum Einsatz kamen, greifen neuere Ansätze auch auf andere Techniken zurück. Forscher haben Instrumente wie Eye-Tracker genutzt, um Verhaltensprozesse quantitativ zu untersuchen.
So deuteten erste Untersuchungen, bei denen die Augenbewegungen von Menschen mit Schizophrenie mittels Eye-Tracking gemessen wurden, darauf hin, dass der Prozess der glatten Verfolgung gestört war [7]. Spätere Studien gingen diesem Befund genauer nach und stellten fest, dass wahrscheinlich eher eine allgemeine Funktionsstörung des Frontallappens als die Schizophrenie an sich für diese Ergebnisse verantwortlich ist [8, 9].
Ein weiteres gängiges Beispiel für die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Gehirn und Verhalten mithilfe von Eye-Tracking sind Studien zum Thema Autismus. Auf Gruppenebene hat sich gezeigt, dass Menschen mit Autismus den Blick weniger auf die Augenpartie von Figuren in Filmen richten [10]. Andere Untersuchungen haben gezeigt, dass bei 6 Monate alten Säuglingen, die eine insgesamt verkürzte Betrachtungsdauer der gezeigten sozialen Szenen aufwiesen, die Wahrscheinlichkeit höher war, später im Leben Autismus zu entwickeln [11]. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Verhaltensausprägungen, wie sie mittels Eye-Tracking-Verfahren untersucht werden, Aufschluss über atypische Gehirnprozesse geben können.
Ergebnisse anderer Biosensoren haben ebenfalls gezeigt, wie die Aktivität des Gehirns mit körperlichen Reaktionen in Verbindung gebracht werden kann. So führt beispielsweise eine Schädigung der rechten, nicht jedoch der linken Gehirnhälfte tendenziell zu einer Verringerung oder zum vollständigen Ausbleiben der elektrodermalen Aktivität [12], was auf einen Zusammenhang zwischen der rechten Gehirnhälfte und dem sympathischen Nervensystem hindeutet (dessen Aktivität sich in der elektrodermalen Aktivität widerspiegelt).
Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass ein als ventromediale Frontalregion bezeichneter Bereich des Gehirns möglicherweise besonders wichtig für die Modulation der Hautleitfähigkeitsreaktionen auf psychologische, nicht jedoch auf physiologische Reize ist [13], was den Zusammenhang zwischen allen Komponenten der Neuropsychologie – Geist, Körper und Gehirn – verdeutlicht.
Fazit
Das Gebiet der Neuropsychologie befindet sich zwar noch in den Kinderschuhen, spielt jedoch eine zentrale Rolle für unser Verständnis des Verhaltens – also dafür, warum Menschen so handeln, wie sie es tun. Indem wir das Gehirn anhand des Verhaltens besser verstehen lernen, ist ein Rahmen entstanden, auf dessen Grundlage die komplexen neurologischen Prozesse, die unser Wesen prägen, erfasst und weiterentwickelt werden können.
Eine Reihe von Methoden hat maßgeblich zu diesem Verständnis beigetragen, angefangen bei den groben und unvorhersehbaren Ergebnissen von Läsionsstudien bis hin zur bildgebenden Diagnostik des Gehirns und darüber hinaus. Jede dieser Methoden hat zu neuen Erkenntnissen darüber beigetragen, wie wir das Gehirn verstehen.
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Literaturverzeichnis
[1] Sanchez, G.M., Burridge, A.L. (2007). Entscheidungsfindung bei der Behandlung von Kopfverletzungen im Edwin-Smith-Papyrus. Neurosurg Focus 23(1):E5
[2] Berlucchi, G. (2010). „Neuropsychologie: Theoretische Grundlagen“ in: Encyclopedia of Neuroscience. 1001–1006. 10.1016/B978-008045046-9.00996-7
[3] Yeung, A., Goto, T. K. & Leung, W. K. (2017). An der Spitze der Neurowissenschaften: Eine bibliometrische Studie zu den 100 meistzitierten Artikeln. Frontiers in Human Neuroscience, 11, 363. doi:10.3389/fnhum.2017.00363
[4] Klimesch W. EEG-Alpha- und Theta-Oszillationen spiegeln die kognitive Leistungsfähigkeit und die Gedächtnisleistung wider: eine Übersicht und Analyse. Brain Research. Brain Research Reviews. 1999;29:169–195. doi: 10.1016/S0165-0173(98)00056-3.
[5] .
[6] Diana, R.A., Yonelinas, A.P., Ranganath, C. (2007). Darstellung von Erinnerung und Vertrautheit im medialen Temporallappen: ein Drei-Komponenten-Modell. Trends in Cognitive Sciences. ;11:379–386. doi: 10.1016/j.tics.2007.08.001.
[7] Holzman, P. S. (1975). Augenbewegungen bei der Blickverfolgung bei Schizophrenie: Aktuelle Erkenntnisse. In D. X. Freedman (Hrsg.), Biologie der schweren Psychosen (S. 217–231). New York: Raven Press.
[8] Klinische, neuropsychologische und strukturelle Korrelate der Leistungsfähigkeit bei der glatten Blickverfolgung bei chronischer Schizophrenie
[9] Holzman, P.S., Levy, D.L., Proctor, L.R. (1976). Glatte Verfolgungsbewegungen der Augen, Aufmerksamkeit und Schizophrenie. Archives of General Psychiatry, 45:641-647.
[10] Klin, A., Jones, W., Schultz, R., Volkmar, F. und Cohen, D. (2002). Blickfixationsmuster beim Betrachten naturalistischer sozialer Situationen als Prädiktoren für soziale Kompetenz bei Menschen mit Autismus. Arch Gen Psychiatry, Sep;59(9):809-16.
[11] Shic, F., Macari, S. und Chawarska, K. (2014). Sprache stört das Gesichts-Scanning bei 6 Monate alten Säuglingen, die eine Autismus-Spektrum-Störung entwickeln. Biol Psychiatry, 1. Februar; 75(3): 10.1016.
[12] Tranel, D. und Hyman, T. (1990). Neuropsychologische Korrelate einer beidseitigen Schädigung der Amygdala. Archives of Neurology, 47, 349–55.
[13] Lane, R. D., & Nadel, L. (Hrsg.). (2000). Kognitive Neurowissenschaft der Emotionen. New York: Oxford University Press.
