Kapitel 2 : Kognitive Neurowissenschaften

Die Erforschung der biologischen Prozesse und Faktoren, die den kognitiven Funktionen zugrunde liegen, steht im Mittelpunkt des Wissenschaftsbereichs, der als kognitive Neurowissenschaften bekannt ist. Teile des Gehirns spielen in diesem Bereich eine bedeutende Rolle. Neuronen spielen die wichtigste Rolle, da es vor allem darum geht, die Kognition aus neuronaler Sicht zu verstehen, zusammen mit den verschiedenen Lappen der Großhirnrinde.

Zu den Methoden, die in den kognitiven Neurowissenschaften angewendet werden, gehören experimentelle Methoden aus der Psychophysik und Kognitionspsychologie, der funktionellen Neurobildgebung, der Elektrophysiologie, der kognitiven Genomik und der Verhaltensgenetik.

Studien an Patienten mit kognitiven Defiziten aufgrund von Hirnläsionen stellen einen wichtigen Aspekt der kognitiven Neurowissenschaften dar. Die Schäden in läsionierten Gehirnen bieten einen vergleichbaren Ausgangspunkt für ein gesundes und voll funktionsfähiges Gehirn. Diese Schäden verändern die neuronalen Schaltkreise im Gehirn und führen dazu, dass es bei grundlegenden kognitiven Prozessen wie Gedächtnis oder Lernen nicht mehr funktioniert. Menschen haben Lernschwierigkeiten und solche Schäden, können mit der Funktionsweise der gesunden neuronalen Schaltkreise verglichen werden und möglicherweise Rückschlüsse auf die Grundlagen der betroffenen kognitiven Prozesse ziehen. Einige Beispiele für Lernschwierigkeiten im Gehirn sind Stellen im Wernicke-Areal, die linke Seite des Schläfenlappens und das Brocca-Areal in der Nähe des Frontallappens.

Auch kognitive Fähigkeiten, die auf der Gehirnentwicklung basieren, werden im Teilbereich der kognitiven Entwicklungsneurowissenschaften untersucht und untersucht. Dies zeigt die Entwicklung des Gehirns im Laufe der Zeit, analysiert Unterschiede und erfindet mögliche Gründe für diese Unterschiede.

Zu den theoretischen Ansätzen gehören Computational Neuroscience und Kognitionspsychologie.

Die kognitive Neurowissenschaft ist ein interdisziplinäres Forschungsgebiet, das aus den Neurowissenschaften und der Psychologie hervorgegangen ist. Diese Bereiche haben eine Reihe von Phasen durchlaufen, von denen jede zu einer deutlichen Veränderung in der Art und Weise geführt hat, wie Forscher an ihre Arbeit herangehen, was schließlich zur Etablierung des Fachgebiets in seiner Gesamtheit geführt hat.

Obwohl die Aufgabe der kognitiven Neurowissenschaften darin besteht, die neuronalen Mechanismen zu beschreiben, die mit dem Geist verbunden sind, hat sie sich historisch weiterentwickelt, indem sie untersucht hat, wie ein bestimmter Bereich des Gehirns eine bestimmte geistige Fähigkeit unterstützt. Frühe Versuche, das Gehirn zu unterteilen, erwiesen sich jedoch als problematisch. Die Phrenologenbewegung hat es versäumt, eine wissenschaftliche Grundlage für ihre Theorien zu liefern, und wurde seither verworfen. Die aggregierte Feldsicht, was bedeutet, dass alle Bereiche des Gehirns an jeglichem Verhalten beteiligt sind, die Gestalttheorie, die Neuropsychologie und die kognitive Revolution waren wichtige Wendepunkte bei der Schaffung der kognitiven Neurowissenschaft als Feld, die Ideen und Techniken zusammenbrachte, die es Forschern ermöglichten, mehr Verbindungen zwischen Verhalten und seinen neuronalen Substraten herzustellen.

Philosophen haben sich schon immer für den Verstand interessiert: "Die Vorstellung, dass die Erklärung eines Phänomens das Verständnis des dafür verantwortlichen Mechanismus beinhaltet, hat tiefe Wurzeln in der Geschichte der Philosophie, von den Atomtheorien im 5. Jahrhundert v. Chr. bis zu ihrer Wiedergeburt im 17. und 18. Jahrhundert in den Werken von Galilei, Descartes und Boyle. Unter anderem ist es Descartes' Idee, dass Maschinen, die Menschen bauen, als Modelle für wissenschaftliche Erklärungen dienen könnten." Aristoteles zum Beispiel dachte, das Gehirn sei das Kühlsystem des Körpers und die Fähigkeit zur Intelligenz befinde sich im Herzen. Es wird vermutet, dass die erste Person, die etwas anderes glaubte, der römische Arzt Galen im zweiten Jahrhundert n. Chr. war, der erklärte, dass das Gehirn die Quelle geistiger Aktivität sei. Einer der Vorläufer der kognitiven Neurowissenschaften war die Phrenologie, ein pseudowissenschaftlicher Ansatz, der behauptete, dass das Verhalten durch die Form der Kopfhaut bestimmt werden kann. Franz Joseph Gall und J. G. Spurzheim waren zwei Wissenschaftler, die zu Beginn des 19. Jahrhunderts die Überzeugung vertraten, dass sich das menschliche Gehirn in etwa 35 verschiedene Regionen unterteilen lässt. In seinem Buch "The Anatomy and Physiology of the Nervous System in General, and of the Brain im Besonderen" behauptete Gall, dass eine größere Beule in einem dieser Bereiche bedeutete, dass dieser Bereich des Gehirns von dieser Person häufiger genutzt wurde. Diese Theorie erregte große öffentliche Aufmerksamkeit und führte zur Veröffentlichung von phrenologischen Fachzeitschriften und zur Entwicklung von Phrenometern, die die Beulen auf dem Kopf eines menschlichen Probanden maßen. Die Phrenologie blieb zwar eine feste Größe auf Jahrmärkten und Jahrmärkten, genoss aber in der wissenschaftlichen Gemeinschaft keine breite Akzeptanz.

Die lokalisierungsistische Sichtweise befasste sich mit der Lokalisierung geistiger Fähigkeiten auf bestimmte Bereiche des Gehirns und nicht darauf, was die Merkmale der Fähigkeiten waren und wie sie gemessen werden konnten. Es war entscheidend für das zukünftige Wissen über die Hirnlappen.

Die aggregierte Feldansicht geht davon aus, dass alle Regionen des Gehirns an der Ausführung jeder einzelnen geistigen Aktivität beteiligt sind.

Die vielleicht ersten ernsthaften Versuche, mentale Funktionen an bestimmten Stellen im Gehirn zu lokalisieren, stammen von Broca und Wernicke. Dies wurde vor allem durch die Erforschung der Auswirkungen von Schäden an verschiedenen Bereichen des Gehirns auf die psychologischen Funktionen erreicht.

Im Jahr 1870 veröffentlichten die deutschen Ärzte Eduard Hitzig und Gustav Fritsch ihre Beobachtungen über das Verhalten von Tieren. Hitzig und Fritsch führten ein Experiment an einem Hund durch, bei dem sie einen elektrischen Strom durch die Großhirnrinde des Hundes leiteten. Das Experiment führte dazu, dass sich verschiedene Muskeln zusammenzogen, je nachdem, welche Teile des Gehirns des Hundes durch den elektrischen Strom stimuliert wurden. Aus diesem Grund entstand als Ergebnis der Forschung die Annahme, dass einzelne Funktionen in bestimmten Regionen des Gehirns lokalisiert sind und nicht im Großhirn als Ganzes, wie die aggregierte Feldansicht nahelegt. Brodmann war auch eine wichtige Figur bei der Kartierung des Gehirns; Seine Experimente, die auf den Gewebefärbetechniken von Franz Nissl basierten, teilten das Gehirn in zweiundfünfzig Bereiche ein.

Um die Wende zum 20. Jahrhundert herrschten in den Vereinigten Staaten pragmatische Einstellungen vor, was dazu führte, dass der Behaviorismus als primärer Ansatz in der Psychologie bevorzugt wurde. Diese Vorliebe hielt den größten Teil des Jahrhunderts an. J.B. Watson war eine wichtige Figur wegen der Reiz-Reaktions-Methode, die er entwickelte. Er wollte in der Lage sein, Verhalten vorherzusehen und zu regulieren, und führte daher Tierversuche durch, um dieses Ziel zu erreichen. Der Behaviorismus war letztlich erfolglos, weil er nicht in der Lage war, eine realistische Psychologie des menschlichen Handelns und Denkens zu liefern. Stattdessen lag der Schwerpunkt auf Reiz-Reaktions-Assoziationen, auf Kosten der Erklärung von Phänomenen wie Denken und Vorstellungskraft. Dies führte zu dem, was oft als "kognitive Revolution" bezeichnet wird.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts begannen Santiago Ramón y Cajal und Camillo Golgi, sich mit der Struktur des Neurons zu beschäftigen.

Golgi entwickelte eine Silberfärbemethode, mit der mehrere Zellen in einem bestimmten Bereich vollständig gefärbt werden konnten, was ihn zu der Annahme veranlasste, dass Neuronen in einem Zytoplasma direkt miteinander verbunden sind.

Cajal stellte diese Ansicht in Frage, nachdem er Bereiche des Gehirns gefärbt hatte, die weniger Myelin aufwiesen, und entdeckte, dass Neuronen diskrete Zellen sind.

Cajal beobachtete auch, dass Zellen elektrische Informationen nur auf eine Weise durch das Neuron übertragen.

Im Jahr 1906 wurde sowohl Golgi als auch Cajal der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin in Anerkennung ihrer Beiträge zur Neuronenlehre verliehen.

Mehrere Entdeckungen im 20. Jahrhundert brachten das Feld weiter voran, wie z. B. die Entdeckung von Augendominanzsäulen, die Aufzeichnung einzelner Nervenzellen bei Tieren und die Koordination von Augen- und Kopfbewegungen. Die experimentelle Psychologie spielte auch eine wichtige Rolle bei der Begründung der kognitiven Neurowissenschaften. Einige besonders wichtige Ergebnisse waren der Nachweis, dass einige Aufgaben über diskrete Verarbeitungsstufen erledigt werden, die Untersuchung der Aufmerksamkeit und die Vorstellung, dass Verhaltensdaten allein nicht genügend Informationen liefern, um mentale Prozesse zu erklären. Daraufhin begannen einige experimentelle Psychologen, die neuronalen Grundlagen des Verhaltens zu untersuchen. Wilder Penfield erstellte Karten der primären sensorischen und motorischen Bereiche des Gehirns, indem er die Körperschaften der Patienten während der Operation stimulierte. Die Arbeit von Sperry und Gazzaniga an Split-Brain-Patienten in den 1950er Jahren war ebenfalls entscheidend für den Fortschritt auf diesem Gebiet.

Neue Technologien zur Kartierung des Gehirns, insbesondere fMRT und PET, ermöglichten es den Forschern, experimentelle Strategien der kognitiven Psychologie...