Kognitive Neurowissenschaften
Die kognitiven Neurowissenschaften untersuchen, wie das Gehirn mentale Prozesse wie Wahrnehmung, Gedächtnis, Aufmerksamkeit, Sprache und Entscheidungsfindung hervorbringt. Sie verknüpfen die Ebene des Verhaltens und der Kognition mit der Ebene der Neuronen, Schaltkreise und großräumigen Gehirnnetzwerke und nutzen Läsionsstudien, Neuroimaging, Elektrophysiologie und computergestützte Modellierung, um zu erforschen, wie physische Gehirnaktivität den Geist erzeugt.
Definition
Die kognitiven Neurowissenschaften sind das interdisziplinäre Studium der neuronalen Mechanismen, die der Kognition zugrunde liegen, wobei Psychologie, Neurobiologie sowie computergestützte und bildgebende Verfahren integriert werden, um mentale Funktionen mit der Aktivität in identifizierbaren Gehirnsystemen in Beziehung zu setzen.
Scope
Dieser Bereich führt den Leser in die kognitiven Neurowissenschaften als Referenzfeld innerhalb der Neurowissenschaften ein. Er stellt die leitende Fragestellung, die wichtigsten Methoden und die Hauptbereiche der Kognition vor, die in den Unterthemen behandelt werden: Gedächtnissysteme und -konsolidierung, exekutive Funktionen und der präfrontale Kortex, Sprach- und Sprechnetzwerke, Belohnung und Entscheidungsfindung sowie räumliche Kognition und Navigation. Es handelt sich eher um eine kurze Übersicht über das Feld als um eine erschöpfende Darstellung eines einzelnen Systems.
Sub-topics
Core questions
- Wie unterstützen spezifische Gehirnregionen und verteilte Netzwerke unterschiedliche kognitive Funktionen wie Gedächtnis, Sprache und Entscheidungsfindung?
- Welche Methoden ermöglichen Rückschlüsse von beobachtbarer Gehirnaktivität auf unbeobachtbare mentale Prozesse, und wo liegen ihre Grenzen?
- Wie beeinflussen Erkenntnisse über normale Kognition das Verständnis neurologischer und psychiatrischer Störungen?
Key concepts
- Funktionelle Lokalisation und verteilte Verarbeitung
- Großräumige Gehirnnetzwerke
- Ruhezustandsnetzwerk (Default Mode Network)
- Läsions-Defizit-Inferenz
- Funktionelle Neurobildgebung (fMRT, PET)
- Elektrophysiologie (EEG, MEG, Einzelzellableitung)
- Struktur-Funktions-Kartierung
- Reproduzierbarkeit und statistische Inferenz in der Neurobildgebung
Mechanisms
Die kognitiven Neurowissenschaften setzen Kognition auf mehreren Ebenen mit dem Gehirn in Beziehung. Klassische Läsions-Defizit-Studien leiten die Funktion einer Region aus den Defiziten ab, die auf ihre Schädigung folgen; Neuroimaging-Methoden wie funktionelle MRT und PET kartieren aufgabenbezogene Veränderungen der regionalen Aktivität; und elektrophysiologische Methoden wie EEG, MEG und Einzelzellableitungen erfassen neuronale Dynamiken auf feineren Zeitskalen. Ein zentrales zeitgenössisches Thema ist, dass Kognition nicht aus isolierten Regionen, sondern aus koordinierter Aktivität in großräumigen, anatomisch verteilten Netzwerken entsteht, deren Organisation mit graphentheoretischen Werkzeugen charakterisiert werden kann (Bullmore & Sporns, 2009; Bressler & Menon, 2010). Das Ruhezustandsnetzwerk (Default Mode Network) ist beispielsweise eine Reihe von Regionen, die bei intern gerichteten Gedanken aktiver sind als bei vielen externen Aufgaben (Buckner et al., 2008).
Clinical relevance
Erkenntnisse aus den kognitiven Neurowissenschaften beeinflussen, wie Kliniker und Forscher die kognitiven Folgen von Schlaganfall, traumatischen Hirnverletzungen, Demenz und psychiatrischen Erkrankungen verstehen und wie kognitive Tests betroffene Gehirnsysteme abbilden. Dieser Eintrag ist eine Bildungsreferenz, die beschreibt, wie Kognition mit dem Gehirn zusammenhängt; er liefert keine diagnostischen Kriterien oder Behandlungsanleitungen für Einzelpersonen.
Evidence & guidelines
Die hier zusammengefassten Ergebnisse basieren auf konvergierenden Evidenzen aus Läsionsstudien, Neuroimaging und Elektrophysiologie, die in Standardwerken (Gazzaniga et al., 2018) und zeitgenössischen Übersichten konsolidiert sind. Das Feld hat sich auch aktiv mit Fragen der statistischen Aussagekraft und Reproduzierbarkeit auseinandergesetzt, was sich in großen Replikationsbemühungen in den angrenzenden psychologischen Wissenschaften (Open Science Collaboration, 2015) zeigt; diese methodologischen Debatten werden in den relevanten Unterthemen behandelt.
History
Die Wurzeln der kognitiven Neurowissenschaften liegen in der klinischen Neurologie des 19. Jahrhunderts, als Läsionsstudien von Paul Broca und Carl Wernicke die Sprache mit spezifischen kortikalen Regionen in Verbindung brachten. Der Begriff selbst wurde in den späten 1970er Jahren geprägt, als die kognitive Psychologie und die Neurowissenschaften konvergierten. Das Aufkommen der funktionellen Neurobildgebung in den 1980er und 1990er Jahren, zusammen mit Entwicklungen in der Elektrophysiologie und der computergestützten Modellierung, verwandelte das Feld von einem, das weitgehend auf Läsionsinferenzen basierte, in eines, das in der Lage ist, gesunde Gehirne bei der Arbeit zu beobachten, und neuerdings in einen Netzwerk- und Konnektomik-Rahmen.
Key figures
- Michael Gazzaniga
- Brenda Milner
- Endel Tulving
- Marcus Raichle
- Stanislas Dehaene
Related topics
Seminal works
- bullmore-sporns-2009
- buckner-2008
- bressler-menon-2010
Frequently asked questions
- Wie unterscheiden sich die kognitiven Neurowissenschaften von der kognitiven Psychologie?
- Die kognitive Psychologie charakterisiert mentale Prozesse hauptsächlich durch Verhalten, während die kognitiven Neurowissenschaften zusätzlich fragen, wie diese Prozesse im Gehirn implementiert sind, indem sie Neuroimaging, Elektrophysiologie und Läsionsstudien verwenden, um Kognition mit neuronalen Systemen zu verbinden.
- Kann eine Gehirnbildgebungsstudie allein beweisen, dass eine Region eine kognitive Funktion „ausführt“?
- Nein. Bildgebung zeigt, dass die Aktivität einer Region mit einer Aufgabe korreliert, was notwendig, aber nicht ausreichend für kausale Aussagen ist; konvergierende Evidenz aus Läsions-, Stimulations- und elektrophysiologischen Studien ist erforderlich, um eine kausale Rolle zu belegen.