Forschungsmethoden

In unseren Projekten verwenden wir eine Vielzahl von Forschungsmethoden. Die Wahl der Methode richtet sich nach der Fragestellung der Studie und nach dem Teilnehmerprofil.

Hier finden Sie eine Übersicht über unsere Forschungsmethoden. Klicken Sie auf eine Methode, um mehr darüber zu erfahren.

Blickbewegungsmessung (Eyetracking)Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)Funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS)Neuropsychologisches TestenTranskranielle Magnetstimulation (TMS)

Blickbewegungsmessung (Eyetracking)

Die Augen sind das vielleicht wichtigste Sinnesorgan des Menschen. Der visuelle Kortex, der Teil des Gehirns der optische Informationen verarbeitet, ist von allen sinnesreiz-verarbeitenden Teilen der weitaus größte. In der Psychologie gibt es das Sprichwort vom Auge als „Fenster zum Geist“, da man aus dem Verhalten der Augen sehr viele Rückschlüsse über Informationsverarbeitung, Aufmerksamkeit und Denken ziehen kann. Wir wenden unseren Blick zumeist auf den Ort, der im Zentrum unserer Aufmerksamkeit liegt. So kann man z.B. messen, worauf unsere Aufmerksamkeit gerichtet ist, wenn wir ein menschliches Gesicht betrachten. Dies sind zumeist die Augen oder der Mund. Mit Blickbewegungsmessungen kann man viele verschiedene Prozesse messen, wie beispielsweise das Lesen oder Rechnen.

Bei der Blickbewegungs-messung werden die Augen mit einer Kamera gefilmt. Unser System verwendet hierzu eine Infrarotkamera. Das Gesicht der Versuchsperson wird dabei mit schwachem Infrarotlicht angestrahlt. Die untersuchte Person selbst sieht und merkt von dem Infrarotlicht nichts. Die Kamera misst zwei Punkte im Auge: Die Pupille und den Cornealreflex. Die Pupille ist der dunkelste Punkt im Auge, da das Licht hier in den Glaskörper hineinfällt. Der Cornealreflex ist der hellste Punkt im Auge. Es ist die Reflektion der Infrarotlichtquelle auf der Außenhaut des Auges. Aus diesen beiden Punkten lässt sich die Blickposition der Versuchsperson genau messen. Hierdurch kann man z.B. bestimmen, welchen Buchstaben die Person beim Lesen gerade anschaut. Wenn eine sehr hohe Messgenauigkeit nötig ist, dann verwenden wir eine Kinn- und Kopfstütze, um den Kopf der Versuchsperson während der Messung möglichst ruhig zu halten. Dies tun wir z.B. bei der Leseforschung.

Das Infrarotlicht, mit dem die Versuchsperson angestrahlt wird, ist sehr schwach und völlig unbedenklich. Die Blickbewegungsmessung ist für Kinder sehr gut geeignet, da sich die Versuchsperson lediglich an einen Tisch setzen und, soweit das Experiment dies erfordert, den Kopf auf die Stütze legen muss. Die Einstellung der Messanlage dauert nur wenige Minuten, und die meisten Experimente enthalten Pausen. Somit können auch junge Kinder ohne Probleme teilnehmen. Uns stehen für die Blickbewegungsmessung zwei EyeLink 1000 Systeme des kanadischen Herstellers SR Research sowie ein Tobii Pro TX300 zur Verfügung.

Weitere Informationen zur Blickbewegungsmessung finden Sie hier.

Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)

Die funktionelle Magnetresonanztomogra-phie, abgekürzt fMRT, ist ein sogenanntes bildgebendes Verfahren. Dies bedeutet, das man mit dieser Methode einen dreidimensionalen „Film“ vom Gehirn aufnehmen kann. In diesem Film kann man sehen, wann und wo das Gehirn besonders aktiv ist. Es verbraucht bei der Arbeit viel Sauerstoff. Dort wo es sehr aktiv ist, wird es vom Körper mit besonders viel sauerstoffreichem Blut versorgt. Diesen Effekt nennt man „hämodynamische Antwort“. Sauerstofreiches Blut hat andere magnetische Eigenschaften als sauerstoffarmes Blut. Daher kann man mit Magnetismus die Gehirnaktivität messen. Hierzu wird die Versuchsperson in eine Art Röhre geschoben, in der verschiedene Magnetfelder herrschen. Aus den verschiedenen magnetischen Signalen von sauerstoffreichem und -armem Blut kann man dann die Aktivität im Gehirn berechnen.

Die fMRT ist ein sogenanntes nichtinvasives Verfahren. Dies bedeutet, dass bei der Untersuchung keinerlei Geräte oder Chemikalien in den Körper eingebracht werden. Im Gegensatz zur Röntgenaufnahme wird bei der fMRT auch kein Kontrastmittel verwendet. Die Versuchsperson wird einem starken Magnetfeld ausgesetzt. Dies ist unbedenklich, solange die Person keine Metallteile im oder am Körper trägt. Daher dürfen z.B. Menschen mit Herzschrittmacher oder mit Schrauben im Körper nicht an Forschungsstudien mit fMRT teilnehmen. Auch Tätowierungen können ein Ausschlussgrund sein, denn manche Tätowierfarben enthalten metallische Farbpigmente. Dies muss im Einzelfall beurteilt und entschieden werden. Während der fMRT-Messungen erzeugt das Gerät ein sehr lautes Geräusch. Daher tragen die Versuchspersonen einen Gehörschutz.

Die fMRT hat den Vorteil, dass man mit einer sehr hohen räumlichen Auflösung bis in die Tiefen unseres Gehirns schauen kann. Auf diese Weise hat die Wissenschaft schon sehr viel über seinen Aufbau und seine Funktion gelernt. Wir verwenden für unsere Forschungsprojekte ein Siemens MRT-Gerät mit einer magnetischen Feldstärke von 3 Tesla.

Mehr Informationen über die fMRT finden Sie hier.

Funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS)

Unser Gehirn verbraucht viel Sauerstoff. Dort, wo es besonders aktiv ist, wird es vom Körper mit besonders viel sauerstoffreichem Blut versorgt. Diesen Effekt nennt man „hämodynamische Antwort“. Sauerstoffreiches und sauerstoffarmes Blut haben verschiedene Farben und sind damit verschieden durchlässig für Licht mit bestimmten Wellenlängen. Die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) misst die Sauerstoffversorgung im Gehirn, indem man die Kopfhaut von außen an bestimmten Stellen mit sichtbarem Rotlicht bestrahlt. Dieses Licht hat Wellenlängen ähnlich denen des Infrarotlichtes (darum heißt diese Methode Nahinfrarotspektroskopie). An anderen Stellen wird außen an der Kopfhaut gemessen, wieviel Rotlicht mit bestimmten Wellenlängen wieder austritt. Hieraus lässt sich die Sauerstoffsättigung – und somit der Grad der Hirnaktivität – im Bereich zwischen Eintritts- und Austrittsstelle des Lichtes berechnen. Die fNIRS misst also denselben Effekt wie die funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT), allerdings mit einem anderen Messverfahren.

Die fNIRS ist ein sogenanntes nichtinvasives Verfahren. Dies bedeutet, dass bei der Untersuchung keinerlei Geräte oder Chemikalien in den Körper eingebracht werden. Das Rotlicht wird im Untersuchungsgerät erzeugt und gelangt über Lichtleiterkabel zu kleinen Sendeeinheiten, die die Versuchsperson an einer Kappe auf dem Kopf trägt. Genauso gelangt das Licht über Empfängereinheiten und Lichtleiterkabel zurück zum Gerät. Das Rotlicht ist harmlos, mann muss lediglich darauf achten, dass man nicht direkt in den Lichtstrahl blickt, so wie es z.B. auch beim Laserstrahl in einem CD-Spieler der Fall ist.

Die fNIRS ist besonders gut für Kinder geeignet, da die Kappe mit den Sende- und Empfängereinheiten ein geringes Gewicht hat und einfach aufzusetzen ist. Bei der fNIRS gibt es keine Ausschlusskriterien.

Wir verwenden für die fNIRS-Messungen ein Hitachi ETG-4000 Gerät mit bis zu 52 Messkanälen und speziellen Sensoren für Kleinkinder und Neugeborene.

Neuropsychologisches Testen

Neuropsychologische Tests sind Verfahren, mit denen Aufmerksamkeit, Intelligenz, Gedächtnis, Sprache, Lese-, Schreib- und Rechenfähigkeit sowie Reaktionen auf bestimmte Reize getestet werden. Es gibt sehr viele verschiedene Tests mit einem breiten Spektrum von Anwendungsgebieten. Die Tests werden teilweise mit Stift und Papier und teilweise am Computer durchgeführt. Die meisten Tests sind normiert, d.h. der jeweilige Test wurde bei einer großen Gruppe von Kindern oder Jugendlichen durchgeführt, und es wurde die durchschnittliche Leistung einer bestimmten Altersklasse berechnet. Somit kann für eine bestimmte Versuchsperson, bei der ein normierter Test durchgeführt wurde, berechnet werden, wie die Leistung der Person im Verhältnis zu ihrer Altersklasse ausfällt. Dies ist insbesondere in der neuropsychologischen Diagnostik wichtig. Neuropsychologische Tests werden aber auch häufig in Studien eingesetzt, um Zusammenhange zwischen bestimmten Leistungsmerkmalen zu erforschen.

Alle neuropsychologischen Tests sind sogenannte nichtinvasive Verfahren. Dies bedeutet, dass bei der Untersuchung keinerlei Geräte oder Chemikalien in den Körper eingebracht werden. Bei psychologischen Tests gibt es grundsätzlich keine Ausschlusskriterien.

Ein Beispiel für ein neuropsychologisches Testverfahren ist die Kinderversion der Testbatterie zur Aufmerksamkeitsprüfung (KiTAP). Mit diesem computergestützten Verfahren kann man bei Kindern von 6 bis 10 Jahren verschiedene Aufmerksamkeitsleistungen, wie z.B. Daueraufmerksamkeit und Unempfindlichkeit gegenüber Ablenkung, in einer spielerischen Umgebung testen.

Weitere Informationen zu neuropsychologischen Tests im Allgemeinen finden Sie hier.

Transkranielle Magnetstimulation (TMS)

Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist ein sogenanntes nicht-invasives Verfahren, d.h. es ist für den Körper nach heutigem Erkenntnisstand unschädlich. Die TMS wird seit den 80er Jahren in der neurologischen Routinediagnostik, in der Psychiatrie und in der kognitiven Neurowissenschaft eingesetzt. Mit Hilfe eines sehr starken Magnetfeldes können gezielt umgrenzte Bereiche des Gehirns kurzfristig und vollständig rückgängig (reversibel) beeinflusst werden. Die magnetische Stimulation erfolgt mittels einer Magnetspule in Berührung mit der Kopfhaut und beruht auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. In den Nervenzellen der Gehirnrinde kann es daher zur Auslösung oder Hemmung von Aktionspotentialen kommen. Dies führt indirekt je nach Stimulationsprotokoll entweder zu einer Steigerung oder einer Inhibition (Verringerung) der Kommunikation zwischen Nervenzellen.

Die TMS ist schmerzlos und nur mit wenigen möglichen Nebenwirkungen verbunden. Nach der TMS können am häufigsten Kieferschmerzen und Kopfschmerzen auftreten. In Einzelfällen wurde von Personen berichtet, bei denen im Rahmen der Stimulation ein epileptischer Anfall aufgetreten ist. Meist waren diese Personen jedoch mit einer Epilepsie vorbelastet, es kam zu einer Aktivierung eines unbekannten epileptischen Fokus oder die Personen wurden mit extremen Reizstärken behandelt. Aus diesem Grund ist es Personen mit einer Epilepsie nicht gestattet an TMS-Studien teilzunehmen. Langfristige Nebenwirkungen der TMS sind nach gegenwärtigem Erkenntnisstand nicht bekannt.

Die TMS gilt als eine sehr sichere Untersuchungsmethode. TMS wird daher nicht nur in der Grundlagenforschung eingesetzt, sondern auch zur Diagnose und Therapie. Dank dieser leicht anwendbaren Methode konnte man bereits wichtige Erkenntnisse über den Aufbau des Gehirns und die Funktion einzelner Regionen erlangen.

Wir verwenden für unsere Forschungsprojekte einen Magstim SuperRapid Stimulator und eine 70 mm Doppelspule.