5.7. 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.

PET und fMRT spielen innerhalb der aktuellen kognitiv-neurowissenschaftlichen Forschung eine zentrale Rolle, und so wurde das Subtraktionsverfahren (paired-image subtraction technique) eine der entscheidenden Methoden dieser Forschung (siehe Posner & Raichle, 1994). Dieses Verfahren kann sehr gut am Beispiel einer PET-Studie 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 tun haben. Ein Großteil der erfassten Aktivität geht auf andere Prozesse zurück, z. B. das Wahrnehmen, Lesen und Aussprechen von Wörtern. Das Bilder-Subtraktionsverfahren wurde entwickelt, um mit diesem Problem fertig zu werden.

Die Interpretation von Differenzbildern ist aber nicht einfach. Das Gehirn von Menschen, die ruhig sitzen und ihren Gedanken freien Lauf lassen, zeigt beträchtliche Aktivitäten. Dieses Aktivitätsniveau wird „default mode“ des Gehirns genannt (Raichle, 2010). Die im „default mode“ aktiven Gehirnregionen bilden das „default mode“-Netzwerk, bestehend aus medial und lateral parietalen, medial frontalen und lateral temporalen Cortexgebieten (kortikale Mittellinienstrukturen; siehe Otti et al., 2011 und ► Abbildung 5.25).

Ein anderes Problem bei der Verwendung von PET oder fMRT zur Lokalisierung konstituierender kognitiver Prozesse ist das Rauschen, das mit zufälligen zerebralen Vorgängen während des Tests assoziiert ist: z. B. an ein plötzlich auftretendes, nagendes Hungergefühl zu denken, eine Fliege auf dem Bildschirm zu bemerken oder sich zu fragen, ob der Test noch lange dauern wird (siehe Mason et al., 2007). Das Rauschen, das durch solche Ereignisse entsteht, kann über ein Verfahren, das bereits in diesem Kapitel besprochen wurde, erheblich reduziert werden: die Signalmittelung. Bei Wiederholungen desselben Tests kann durch Mittelung der Differenzbilder das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich verbessert werden. So ist es üblich, die von verschiedenen Probanden erhaltenen Bilder zu mitteln. Das resultierende gemittelte Differenzbild betont Aktivitätsbereiche, die bei den meisten Probanden aktiv waren, und schwächt eigenartige Aktivitätsbereiche, die nur wenige Probanden aufzeigen, ab (siehe Abbildung 5.24). Dieses Mittelungsverfahren kann allerdings zu einem ernsten Problem führen: Wenn zwei Probanden spezifi sche, aber verschiedene Muster kortikaler Aktivität haben, würde das über beide gemittelte Bild wenig aussagen. Das ist ein ernsthaftes Problem, da sich Personen bedeutsam darin unterscheiden, welche Gehirnregionen für welche kognitiven Fähigkeiten zuständig sind (siehe Haynes & Rees, 2006). Hinzu kommt noch, dass sich die Gehirnregion, die eine bestimmte Fähigkeit kontrolliert, bei einem Individuum als Ergebnis von Erfahrung verändern kann.