Table Of ContentLehr- und Forschungstexte
Psychologie 35
Herausgegeben von
D. Albert, K. Pawlik, K.-H. Stapf und W. Stroebe
Michael Trimmel
Angewandte und
Experimentelle
Neuropsychophysiologie
~ ~ Springer-Verlag
, . Berlin Heidelberg New York London
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Paris TOkyo Hong Kong Barcelona
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Autor d. . Band ..
Michael Trimmel
Institut für Psychologie und Institut für Umwelthygiene
der Universität Wien
Kinderspitalgasse 15, A-1 095 Wien
Herausgeber der Reihe
Prof. Dr. D. Albert, Universität Heidelberg
Prof. Dr. K. Pawlik, Universität Hamburg
Prof. Dr. K.-H. Stapf, Universität Tübingen
Prof. Dr. W. Stroebe, Ph.D. Universität Tübingen
ISBN-13: 978-3-540-52892-0 e-ISBN-13: 978-3-642-75892-8
DOI: 10.1007/978-3-642-75892-8
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Fassung vom 24.Juni 1985 zulAssig. Sie ist grundsAtziich vergOtungspflichtig. Zuwider
handlungen unterliegen den Strafbestimmunge des Urheberechtsgesetzes.
~ Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1990
Druck-und Bindearbeiten: Weihert-Druck GmbH, Darmstadt
2126/314~54321 0 - Gedruckt auf sAurefreiem Papier
Für Karin
Vorwort
Die vorliegende Monographie wurde so konzipiert, daß der interes
sierte Leser eine Einführung in die Methoden, Probleme und Anwen
dungsmöglichkeiten der neuropsychophysiologischen Technik vorfin
det, und daß dem Experten einige Anregungen neuerer Analysetech
niken und Artefaktmöglichkeiten - hauptsächlich aus der eigenen
Forschungstätigkeit des Autors - vorgestellt werden.
Als neuropsychophysiologische Methode wird die Analyse der hirn
elektrischen Phänomene im Kontext der Psychologie verstanden. Daß
bei der Beschreibung der neuropsychophysiologischen Methoden auch
auf einige Methoden zur Erfassung der peripheren Aktivitäten des
Nervensystems (z.B. Hautpotentialänderungen, Herzrate, Muskelpo
tentiale usw.) kurz eingegangen wird, liegt daran, daß uns zahlreiche
periphere physiologische Signale immer wieder als Störsignale, vor
allem bei der Registrierung der langsamen kortikalen Potentialän
derungen, begegnen. Somit ist es notwendig, bei der Methodik der
kortikalen Potentiale zumindest einIge grundlegende Tatsachen
peripherer Signale mitzuberücksichtigen.
In drei Abschnitten (Grundlagen, ereigniskorrelierte elektrische Ge
hirnaktivität und Anwendungsbeispiele) wird der Inhalt in zehn Kapi
teln dargestellt.
Kapitel eins ist ein ganz kurzer Abriß der biologischen Grundlagen des
Elektroenzephalogramms. Die technischen Grundlagen der bioelek-
VI Vorwort
trisehen Meßtechnik werden im zweiten Kapitel umfassend behandelt,
wobei die Elektrodenproblematik einen Schwerpunkt bildet. Zahlreiche
Beispiele der digitalen Datenverarbeitung und Signalanalyse bioelek
trischer Signale werden im dritten Kapitel aufgezeigt. Die technischen
und biologischen Artefakte bei der EEG-Registrierung werden im
vierten Kapitel beschrieben - wobei auch auf eine bisher noch nicht
beschriebene potentielle Artefaktquelle, nämlich die Gleichspannungs
komponente des Elektromyogramms, näher eingegangen wird. Bei den
experimentellen Methoden in der Neuropsychophysiologie werden ne
ben den allgemeinen Aspekten und den nichtinteraktiven Methoden
besonders die interaktiven Methoden, wie Biofeedback und Biotrig
gerung (einschließlich der Ergopsychometrie), vorgestellt. Bei den
postexperimentellen Methoden bildet vor allem die Analyse der Pre
Signal-Einflüsse auf die kortikale Informationsverarbeitung einen
Sch werpunkt.
Kapitel sechs (das erste Kapitel des Teil B) behandelt die ereigniskor
relierte Änderung der EEG-Wellencharakteristik. Im umfangreichen
siebenten Kapitel werden die zahlreichen Komponenten des ereignis
korrelierten elektrischen Hirnpotentials (NlOO, P300, CNV usw.) be
schrieben. Dabei wird einerseits auf die physikalischen und
psychologischen Bedingungen und andererseits auf die terminologi
schen Überschneidungen eingegangen. Im achten Kapitel wird die
psychologische Bedeutung langsamer kortikaler Potentialverschie
bungen (Gleichspannungsänderungen) näher betrachtet, sowie deren
experimentellen Einflußgrößen und einige neuere Ergebnisse im Zu
sanunenhang mit motorischem Verhalten und höheren Prozessen vor
gestellt. Einige gängige Modellvorstellungen langsamer kortikaler
Potentiale - vor allem aus psychologischer Sicht - werden im neunten
Kapitel aufgezeigt.
Im Anwendungsteil (Kapitel zehn) werden einige ausgewählte Beispiele
vorgestellt, aus denen die Brauchbarkeit und Vielfalt der Anwen-
Vorwort VII
dungsmöglichkeiten der Neuropsychophysiologie erkennbar werden
sollen.
Danksagung
An dieser Stelle möchte ich allen memen Lehrern, Kollegen, Mitar
beitern und Freunden für die langjährige wissenschaftliche und per
sönliche Unterstützung danken.
Besonderer Dank gebührt meinen akademischen Lehrern. Als erstes
möchte ich mich bei meinem "Doktorvater" Univ.-Prof. Dr. Giselher
Guttmann bedanken, der nicht nur mit seiner "Einführung in die
Neuropsychologie" in mir das Interesse an der Erforschung der Hirn
ströme weckte, sondern mir auch Gelegenheit gab, in seinem Labor vor
allem am Alpha-Biofeedback, der Gleichspannungsableittechnik und
an der Entwicklung der Ergopsychometrie mitzuarbeiten.
In Univ.-Prof. DDr. Manfred Haider fand ich einen großen Förderer
meiner wissenschaftlichen Tätigkeit, der mir die Gelegenheit bot, die
Technik der ereigniskorrelierten (De) Potentiale in der Arbeitspsy
chologie und der Umwelthygiene zu erproben bzw. deren Brauch
barkeit als Indikator für Umwelt- und Streßbelastungen zu
untersuchen. Bei ihm fand ich auch immer ein offenes Ohr für jede
fachnahe und -ferne Diskussion über manchmal auch weitreichende
Ideen und Spekulationen.
Die Nähe zur Medizinischen Psychologie fand ich in der Zusanunen
arbeit mit Frau Univ.-Prof. Dr. Elisabeth Groll-Knapp. Anfänglich
zentrierte sich das Interesse in der Untersuchung ereigniskorrelierter
Potentiale während stereotaktischer Operationen, welche von Prof. Dr.
Josef A. Ganglberger an der Neurochirurgischen Universitätsklinik
durchgeführt wurden und von tiefgreifendem wissenschaftlichen Inter
esse begleitet waren. Nach der Emeritierung von Univ.-Prof. Gangl-
viii Vorwort
berger wandten wir uns der Untersuchung neuropsychophysiologischer
Korrelate der AlB Verhaltenstypologie und der Legasthenie zu. In Frau
Prof. Groll-Knapp stand mir eine akademische Lehrerin zur Seite, die
mich zu höchster Präzision anregte und mir bei zahlreichen Arbeiten,
Analysen und Interpretationen unermüdlich und in höchst kompetenter
Weise behilflich war.
Mit Univ.-Doz. Dr. Herbert Bauer verbinden mich u.a. zahlreiche psy
chophysiologisch orientierte Diskussionen, Spekulationen und Anre
gungen, sodaß manche inhaltlichen Auffassungen ineinander
übergehen. Auch für die Diskussion einiger Abschnitte der vorlie
genden Abhandlung möchte ich mich bei Dozent Bauer und Dr.
Rumyana Kristeva bedanken, allerdings nicht ohne hizuzufügen, daß
etwaige Fehler naturgemäß zu Lasten des Autors gehen.
Für wertvolle Anregungen zu einer früheren Version der vorliegenden
Monographie möchte ich mich bei den ordentlichen Universitätspro
fessoren Dr. L. Deecke, Dr. G. Guttmann, DDr. M. Haider, Dr. H.
Petsche, Dr. F. Rösler und einem anonymen Begutachter bedanken.
Bei Univ.-Prof. Dr. Brigitte Rollett und Univ.-Prof. DDr. Gustav
Lienert bedanke ich mich für die zahlreichen aufmunternden Worte
und das entgegengebrachte Wohlwollen.
Aufgrund der computer-intensiven Tätigkeit 10 der Neuropsycho
physiologie stößt man trotz technischer Vorbildung irruner wieder auf
scheinbar unüberwindbare Schwierigkeiten. Für Dr. Hermann Stein
ringer trugen sie den Charme eines Computerspieles in sich und
konnten nahezu irruner von ihm gelöst werden, wofür ich mich an
dieser Stelle bedanken möchte. Für die tatkräftige und kompetente
Mithilfe bei der Reparatur der Computerhardware und dem Umbau der
Verstärker (für msec-genaue Trigger und gleichspannungsfähige
Verstärker) bedanke ich mich bei Amtsrat Hans-Günter Stidl.
Vorwort IX
Mit den Kollegen vom Institut für Psychologie, Univ.-Doz. Dr. Herbert
Bauer, Univ-Doz. Dr. Rainer Maderthaner, Univ.-Doz. Dr. Erich
Vanecek, Univ.-Prof. Dr. Peter Vitouch und Dr. Paul Weingarten ver
bindet mich die Erinnerung an zahlreiche originelle und anregende
Diskussionen im "Rohracher'schen Kellerlabor". Bei meinen Kollegin
nen Dr. Renate Cervinka und Univ.-Prof. Dr. Margit Koller bedanke
ich mich für die zahlreichen Anregungen aus umweltpsychologischer
bzw. arbeitspsychologischer Sicht, und bei Univ.-Doz. Dr. Michael
Kundi als letzte Instanz bei methodischen Problemen.
Bei den Studenten bedanke ich mich für die Zusammenarbeit und oft
belebenden Anregungen, vor allem gilt das für die im Rahmen von
Dissertationen und Diplomarbeiten entstandenen Arbeiten (im beson
deren Dr. Aumüller, Dr. Enichlmayer, Dr. Sammer, Dr. Streicher, Mag.
Wess und Dr. Wölbinger).
Für das Korrekturlesen des Manuskriptes bedanke ich mich bei Frau
Edith Daniel und Frau Karin Bergolth. Bei Frau Mag. Daniela Fessl
und Frau Mag. Ulrike Sirsch bedanke ich mich für die Umkodierung
des ursprünglich in "Word Perfeet 5.0" erstellten Textes für "Script".
Bei den Universitätsprofessoren Dr. Dietrich Albert und Dr. Kurt
Pawlik, Mitherausgeber der Serie "Lehr- und Forschungstexte Psycho
logie" des Springer-Verlages, bedanke ich mich für das mir entgegen
gebrachte Interesse an der Herausgabe dieser Monographie und bei
Frau Janet Hamilton und Frau Tracy Sobisch vom Springer-Verlag für
die kompetente und freundliche Betreuung seitens des Verlages.
Wien, im Jänner 1990 Michael Trimmel
Inhaltsverzeichnis
Vorw-ort .••...•.......••.•....•...••.•...•. v
Danksagung ................................ vii
Inhaltsverzeichnis ............................. Xl
EINFÜlIRUNG ............................... 1
TEIL A: GRUNDLAGEN
DER NEUROPSYCHOPHYSIOLOGIE
I BIOLOGISCHE GRUNDLAGEN ••••••••••••••• 11
1.1 Anatomisch topographische Aspekte ••••••••••. 11
1.2 Das Elektroenzephalogramm (EEG) .••••••••..• 17
1.2.1 Zur Elektrogenese des EEGs .................... 18
1.2.2 Zur Elektrogenese ereigniskorrelierter Potentiale ...... 20
11 TECHNISCHE GRUNDLAGEN .•••••••••••••• 25
11.1 Biosignale ............................. 26
11.2 Ableitung bioelektrischer Signale ••••••••••••• 27
11.2.1 Elektroden ................................. 27
11.2.2 Elektrodenpotential .......................... 29
11.2.3 Elektrodenselektion .......................... 30
XII Inhaltsverzeichnis
11.2.4 Thermische Einflüsse ......................... 31
11.2.5 Kontaktvermittler ............................ 32
II.2.6 Lagerung der Elektroden ....................... 33
11.2.7 Korrektur des Elektrodenpotentials ................ 35
11.2.8 Elektrodenpositionen ......................... 35
11.2.9 Elektrodenapplikation ......................... 36
11.3 Bioelektrische Verstärker •••••••••••••••••• 37
11.4 Frequenzbegrenzung •••••.•••••.•••••••••• 40
11.5 Digitalisierung ••••••.•.•.••••••••••••••. 41
111 DIGITALE DATENVERARBEITUNG UND SIGNAL-
ANALYSE ............................. 43
111.1 Softwarestruktur ........................ 44:
111.2 Amplitudenanalyse des EEGs •••••••••••••••• 47
111.3 Korrelationsanalyse ...................... 47
111.3.1 Kreuzkorrelationsfunktion ...................... 48
111.3.2 Autokorrelationsfunktion ....................... 49
111.4 Autoregressionsanalyse •••••••••••••••••••• 49
111.5 Kohärenzanalyse ........................ 49
111.6 Frequenzanalyse ........................ 50
111.7 'Synchro-probability-curve' ••••••••.•••••••• 52
111.8 Mittelungstechnik •••••••••••••••••••••••• 52
111.9 Musteranalyse •••••••••••••••••••••••••• 56
111.10 Funktionskennlinien •••••••••••••••••••••• 56
111.11 Transferfunktionen ••••••••••••••••••••••• 61
111.12 Biologische Gleichspannungen .............. . 62
111.13 Gleichspannungsänderungen 64
IV ARTEFAKTE BEI DER REGISTRIERUNG DES EEGs 67
IV.1 Technische Artefakte ..................... 68
IV.l.l Elektroden ................................. 68
IV.1.2 Verstärker ................................. 68
IV.l.3 Kabelbewegungen ............................ 69
IV.l.4 Kontaktstörungen ............................ 69
IV.l.5 Netzspannungseinstreuungen .................... 69
IV.1.6 Elektrostatische Artefakte ...................... 70
