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Neuroscience Definition

Die Neurowissenschaft ist die Untersuchung der chemischen, biologischen und anatomischen Prozesse, die das Verhalten und die Funktion des Gehirns beeinflussen. Sie verbindet eine Vielzahl interdisziplinärer Bereiche wie Medizin, Chemie, Psychologie, Molekularbiologie, Anatomie, Physik und andere Biowissenschaften, um das Nervensystem zu verstehen.

Was ist Neurowissenschaft?

Die Neurowissenschaft ist die Untersuchung des Nervensystems und der Art und Weise, wie Nerven das Verhalten beeinflussen, unter Verwendung eines breiten Spektrums wissenschaftlicher Ansätze. Die Neurowissenschaft, auch Nervenwissenschaft genannt, versucht zu verstehen, wie das Nervensystem funktioniert, reift und sich selbst erhält – sowohl bei gesunden Menschen als auch bei Menschen mit Gehirnerkrankungen, psychiatrischen oder neurobiologischen Entwicklungsstörungen. Sie konzentriert sich in erster Linie auf die Struktur und Entwicklung des zentralen Nervensystems, das aus dem Gehirn und dem Rückenmark besteht.

Aus diesem Grund konzentriert sich die neurowissenschaftliche Forschung häufig darauf, wie das Gehirn das kognitive Verhalten und die kognitive Funktion beeinflusst. Diejenigen, die sich mit Neurowissenschaften befassen, werden Neurowissenschaftler genannt. Ein Neurowissenschaftler unterscheidet sich von einem Spezialisten für Neurowissenschaften dadurch, dass sich „Spezialist für Neurowissenschaften“ in der Regel auf Ärzte bezieht, die auf die Behandlung von Gehirn- und Wirbelsäulenerkrankungen spezialisiert sind, während Neurowissenschaftler Forscher sind, die sich auf die Untersuchung des Nervensystems spezialisieren.

TED Talk Neurowissenschaft

Neurowissenschaften: Das Gehirn erforschen

Die Neurowissenschaft ist unsere Hauptquelle für Informationen über das Gehirn und dessen Auswirkungen auf Verhalten und kognitive Funktionen. Mit einer zunehmenden Anzahl von Werkzeugen wie Magnetresonanztomographie (MRT)-Scans, Elektroenzephalogramm (EEG)-Geräten und 3D-Bildgebungstechnologie hilft dieses Feld, die komplexen Funktionsweisen des Gehirns zu entschlüsseln.

Warum Neurowissenschaften wichtig sind

Da die Neurowissenschaften ein so breites Spektrum an menschlichen Funktionen betreffen, spielt das Verständnis des Gehirns eine entscheidende Rolle bei der Behandlung und Vorbeugung vieler neurologischer Erkrankungen.

Die Neurowissenschaft hat dazu beigetragen, unser Verständnis für verschiedene neurologische Störungen und Verletzungen zu verbessern, darunter:

• ADHS

• Sucht

• Autismus-Spektrum-Störung

• Schlaganfall

• Hirntumore

• Zerebralparese

• Down-Syndrom

• Epilepsie

• Multiple Sklerose

• Parkinson-Krankheit

• Schizophrenie

• Ischias

• Schlafstörungen

Neurowissenschaftliche News

Hier sind einige neue neurowissenschaftliche Erkenntnisse und Durchbrüche, die Sie kennen sollten.

• Wissenschaftler entdecken das Navigationssystem des Gehirns. Im Jahr 2005 entdeckten Neurowissenschaftler „Gitterzellen“ im entorhinalen Kortex, die eine wichtige Rolle dabei spielen, wie Tiere ihre Position im Raum verfolgen – eine fundamentale Frage für das Überleben.

• Neurowissenschaftliche Labore nutzen Optogenetik. Die Entdeckung der Optogenetik im Jahr 2005, einer Technik zur Aktivierung von Neuronen mit Licht, bot neurowissenschaftlichen Laboren eine detaillierte Möglichkeit, die Rolle ausgewählter Neuronen bei einer Krankheit oder einem Verhalten zu untersuchen.

• Kognitive Verhaltenstherapie erhält wissenschaftliche Unterstützung. Eine Meta-Analyse aus dem Jahr 2012 von über 100 Studien ergab eine starke Evidenzbasis für die kognitive Verhaltenstherapie. KVT erwies sich als besonders unterstützend bei Angststörungen, somatoformen Störungen, Bulimie, Problemen mit der Impulskontrolle (Wut) und allgemeinem Stress.

• Wissenschaftler öffnen die Blut-Hirn-Schranke. Neurowissenschaftler haben erfolgreich die Blut-Hirn-Schranke durchdrungen, ein Netzwerk von Zellen, das das Gehirn vor dem Rest des Körpers schützt. Während die Schranke verhindert, dass schädliche Toxine aus dem Blutkreislauf in das Hirngewebe gelangen, erschwert sie auch die Verabreichung von Medikamenten an das Gehirn. Die Blut-Hirn-Schranke wurde 2015 erstmals beim Menschen geöffnet.

• Künstliche Intelligenz treibt neuronale Implantate an. Neuronale Implantate können die elektrische Aktivität des Gehirns verändern und so dazu beitragen, Funktionen in Bereichen wiederherzustellen, die von Hirnschäden oder neurologischen Störungen betroffen sind. Im Jahr 2017 entwarfen Forscher den Prototyp eines im Nanomaßstab gefertigten, KI-gestützten neuronalen Implantats, das schwache Synapsen bei Patienten mit Hirnerkrankungen stärken kann.

• Gehirn-Computer-Schnittstellen treiben die neurologische Rehabilitation voran. Der querschnittsgelähmte Rodrigo Hübner Mendes war 2017 der erste Mensch, der ein Formel-1-Auto (F1) ausschließlich mit seinen Gehirnwellen steuerte. Dies wurde durch die Kombination von Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) und nicht-invasiver EEG-Technologie ermöglicht. Hübner Mendes trug ein Emotiv EPOC+ EEG-Headset, während ein Bordcomputer seine Gedanken in Befehle zum Steuern des Autos übersetzte.

Wie kann die Neurowissenschaft zur Erklärung von Verhalten beitragen?

Neurowissenschaftliche Forschung

Die neurowissenschaftliche Forschung ist eine schnell wachsende Disziplin, da Fortschritte in jedem der Hauptbereiche der Neurowissenschaften zur Forschung im gesamten Feld beitragen. Die neurowissenschaftlichen Forschungsbereiche sind thematisch breit gefächert, umfassen jedoch in erster Linie, wie sich Funktion und Struktur des Nervensystems auf Krankheiten, Verhalten und kognitive Prozesse beziehen.

Video „Neurowissenschaften für Kinder“

Die Beantwortung der großen Fragen in den Neurowissenschaften

Obwohl das Nervensystem bei einer unglaublichen Anzahl von Verhaltensfunktionen eine Rolle spielt, gehören zu den interessantesten Themen der heutigen Neurowissenschaften Neurowissenschaft und Schlaf, Neurowissenschaft und menschliche Motivation, soziale Neurowissenschaft und Neuroökonomie. Die Erforschung dieser Themen wirft ein Licht darauf, wie die Neurowissenschaft das Verhalten auf einer breiteren Ebene erklärt.

Neurowissenschaft und Schlaf

Schlaf wurde traditionell in den Kategorien Medizin und Psychologie erforscht. Als sich die Neurowissenschaft Ende des 20. Jahrhunderts zu einem etablierten interdisziplinären Feld entwickelte, begann die neurowissenschaftliche Forschung, ihre Aufmerksamkeit dem Schlaf zuzuwenden. Da Tiere eine bestimmte Menge an Schlaf benötigen, um zu funktionieren – was ein Risiko für ihre Gesundheit darstellt –, ist Schlaf ein kritisches neuronales Verhalten. Die Neurowissenschaft des Schlafs versucht zu erforschen, was Schlaf ausmacht, wie Schlaf ausgelöst wird, was während des Schlafs im Gehirn passiert und wie Schlafstörungen verursacht und behandelt werden.

Eine Art von EEG-Untersuchung ist speziell der Untersuchung von Schlafstörungen gewidmet. Eine „Polysomnographie“ oder EEG-Schlafstudie ist ein nächtliches Verfahren, bei dem die Körperaktivität (Herzfrequenz, Atmung und Sauerstoffgehalt) gemessen wird, während ein EEG-Scan durchgeführt wird.

Neurowissenschaft und menschliche Motivation

Die Untersuchung der Neurowissenschaft und der menschlichen Motivation befasst sich mit den neurobiologischen Komponenten normaler und anormaler Motivation. Sie denken vielleicht bei Motivation an eine Einstellung oder Eigenschaft, die ehrgeizige Menschen beschreibt. Tatsächlich ist Motivation ein neurologisches Verhalten, das biologische und psychologische Prozesse umfasst.

Auf biologischer Ebene sind Tiere motiviert, Überlebensbedürfnisse wie Nahrung, Unterschlupf und Wasser zu befriedigen. Auf psychologischer Ebene können eine Reihe von Faktoren dazu beitragen, ob ein Tier den Motivationsdrang behält, seine Grundbedürfnisse zu befriedigen. Beispielsweise stören neurologische Störungen wie Depressionen und Schizophrenie oder Krankheiten wie Sucht die Motivation.

Neurowissenschaftliche Themen zum Weiterlesen

Neurowissenschaft der Meditation

Meditation war Gegenstand hunderter neurowissenschaftlicher Studien. Da Meditation stark mit dem Abbau von Stress und Angstzuständen verbunden ist, sind Neurowissenschaftler an ihren Auswirkungen auf die Gehirnaktivität interessiert. Viele Studien verwenden Methoden zur Aufzeichnung der Gehirnaktivität wie das EEG und bildgebende Verfahren wie das fMRT, um zu beobachten, wie sich Meditation auf Veränderungen der Gehirnaktivität auswirken kann.

So wurde beispielsweise in einer frühen Studie das EEG verwendet, um die Gehirnaktivität erfahrener Zen-Meditierender aufzuzeichnen. Die Forscher beobachteten das Auftreten von Alphawellen, einen Anstieg der Amplitude der Alphawellen, eine Abnahme der Alphawellen und das Auftreten von Thetawellen. Diese Veränderungen der EEG-Zustände verliefen parallel zu dem vom Probanden praktizierten Meditationsprozess. Die Alpha-Aktivität wird mit einem entspannten, ruhigen und wachen Geisteszustand in Verbindung gebracht, und die Theta-Aktivität bei Erwachsenen wird mit Schläfrigkeit in Verbindung gebracht.

Neurowissenschaft der Depression

Es wird angenommen, dass verschiedene Strukturen im Gehirn eine Rolle bei Depressionen spielen. Auf biologischer Ebene haben Neurowissenschaftler herausgefunden, dass bestimmte Gene beeinflussen können, wie anfällig eine Person für depressive Verstimmungen ist und wie sie auf Medikamente reagiert.

Forscher haben Neuroimaging- und Tomographieverfahren eingesetzt, um zu verstehen, wie sich Depressionen auf Regionen und Funktionen auswirken. fMRT-Scans können Veränderungen in Gehirnregionen messen, wenn sie auf Reize reagieren, und die Single-Photonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) und Positronen-Emissions-Tomographie (PET) können die Dichte und Verteilung von Neurotransmittern messen.

Im depressiven Gehirn kann die Kommunikation zwischen den Neuronen unregelmäßig sein – beispielsweise reagiert ein Neurorezeptor möglicherweise nicht effektiv auf einen Neurotransmitter. Es ist wichtig anzumerken, dass Depressionen möglicherweise nicht nur auf einen niedrigen Gehalt an Neurotransmittern zurückzuführen sind. Da die Forscher die Neurowissenschaft der Depression immer tiefer erforschen, bieten sie ein besseres Verständnis der vielen möglichen Ursachen von Depressionen, einschließlich Trauma, Genetik, Stress und medizinischen Bedingungen.

Neurowissenschaft der Sucht

Gesellschaftliche Stigmata haben Sucht als Folge moralischer Mängel oder mangelnder Willenskraft charakterisiert. Forschung in der Neurowissenschaft der Sucht in den letzten 30 Jahren hat gezeigt, dass Sucht tatsächlich eine chronische Gehirnerkrankung ist. Sucht stört das System der Schaltkreise (Neurocircuitry), die an Motivation und Belohnung beteiligt sind. Die Neurowissenschaft der Sucht untersucht die neurologischen Prozesse, die den biologischen, sozialen und kulturellen Faktoren zugrunde liegen, die dazu beitragen, wie anfällig eine Person für Sucht und Substanzmissbrauch ist.

Video „Neurowissenschaft der Sucht“

Neurowissenschaft der Musik

Die Neurowissenschaft der Musik versucht, die neuronalen Mechanismen zu verstehen, die an den kognitiven Prozessen des Hörens, Aufführens, Komponierens und Lesens von Musik beteiligt sind.

Weil Musik uns auf so emotionale und physische Weise beeinflusst, wurden viele unabhängige Studien zur Neurowissenschaft der Musik durchgeführt. Zum Beispiel haben Forscher untersucht, wie Musik zum Erinnerungsvermögen von Probanden beiträgt, die an Demenz oder Alzheimer leiden.

Die Neurowissenschaft der Musik umfasst auch die Verbraucherforschung. Bei einem Experiment wurden EEG-Daten von drei bekannten norwegischen Künstlern aufgezeichnet, während sie Musik aus verschiedenen Genres hörten. Die aufgezeichneten EEG-Daten wurden mithilfe eines Algorithmus analysiert, um festzustellen, ob den berühmten Künstlern die Musik gefiel, die sie hörten. Sehen Sie sich das Video unten an, um herauszufinden, ob Lars Vaular, Ole Paus und Margaret Berger ihre eigenen Lieblingsmusiker sind.

Video „Understanding Our Appreciation of Music“

Neurowissenschaft des Gedächtnisses

Das Gedächtnis beinhaltet komplexe kognitive und neuronale Prozesse, und Wissenschaftler erforschen immer noch die Neurowissenschaft des Gedächtnisses. Wir haben jedoch ein grundlegendes Verständnis dafür, wie Erfahrungen im Gehirn kodiert werden. Neue Erinnerungen entstehen, wenn Synapsen verändert oder umgelenkt werden. Der Hippocampus und die parahippocampale Region wandeln Kurzzeitereignisse in Langzeiterinnerungen um. Die Amygdala integriert Emotionen in unsere gelebten Erfahrungen.

Neurowissenschaft des Bewusstseins

Das Bewusstsein beeinflusst das menschliche Verhalten, daher bietet die Neurowissenschaft eine Perspektive zur Erklärung des Bewusstseins. Die Erforschung der Neurowissenschaft des Bewusstseins versucht in erster Linie zu beantworten, welche neuronalen Eigenschaften erklären, ob ein Zustand bewusst ist oder nicht (allgemeines Bewusstsein), und welche neuronalen Eigenschaften die Grundlage eines bewussten Zustands identifizieren (spezifisches Bewusstsein).

Neurowissenschaftliche Bereiche

Da die Neurowissenschaft ein interdisziplinäres Studium ist, können moderne Forschung und Entwicklungen in viele verschiedene neurowissenschaftliche Bereiche unterteilt werden.

Liste der neurowissenschaftlichen Bereiche:

In den folgenden Abschnitten erläutern wir die Unterschiede zwischen Neurowissenschaften und Psychologie sowie Neurowissenschaften vs. Neurologie, beschreiben die wichtigsten neurowissenschaftlichen Bereiche (kognitive und Verhaltensneurowissenschaften) und definieren weitere neu entstehende Bereiche.

• Affektive Neurowissenschaft (Emotionsneurowissenschaft)

• Verhaltensneurowissenschaft

• Zelluläre Neurowissenschaft

• Klinische Neurowissenschaft

• Kognitive Neurowissenschaft

• Computational Neuroscience

• Kulturelle Neurowissenschaft

• Kognitive Entwicklungs-

• neurowissenschaft

• Entwicklungsneurowissenschaft

• Evolutionäre Neurowissenschaft

• Pädagogische Neurowissenschaft

• Molekulare Neurowissenschaft

• Medizinische Neurowissenschaft

• Neural Engineering

• Neuroanatomie

• Neurochemie

• Neuroökonomie

• Neuroethik

• Neuroethologie

• Neurogastronomie

• Neurogenetik

• Neuroimaging

• Neuroimmunologie

• Neuroinformatik

• Neurolinguistik

• Neuromarketing

• Neurophysik

• Neurophysiologie

• Neuropsychologie

• Paläoneurobiologie

• Soziale Neurowissenschaft

• Systemneurowissenschaft

• Theoretische Neurowissenschaft

• Translationale Neurowissenschaft

Was ist der Unterschied zwischen Neurowissenschaften und Psychologie?

Wie hängt die Neurowissenschaft mit der Psychologie zusammen? Werfen wir noch einmal einen Blick auf die Definition der Neurowissenschaften. Sie ist die Untersuchung der chemischen, biologischen und anatomischen Prozesse, die das Verhalten und die Funktion des Gehirns beeinflussen, während die Psychologie die abstrakte Untersuchung des menschlichen Verhaltens ist. Sie können Psychologie studieren und etwas über die menschliche Natur lernen, aber ohne wissenschaftliche Kenntnisse über die Funktionsweise des Gehirns erhalten Sie möglicherweise nicht das vollständige Bild. Wissenschaftler erforschen immer noch, wie das Gehirn an psychologischen Prozessen wie Persönlichkeit, Verhalten und Emotionen beteiligt ist.

Neurologie vs. Neurowissenschaften

Die Neurowissenschaft befasst sich mit der Erforschung des Nervensystems, während sich die Neurologie mit der medizinischen Behandlung des Nervensystems befasst. Die Neurologie ist das Teilgebiet der Medizin, das auf das zentrale, periphere und autonome Nervensystem spezialisiert ist. Neurologen sind Ärzte, die neuronale Erkrankungen und Störungen diagnostizieren und behandeln.

Kognitive Neurowissenschaft

Die kognitive Neurowissenschaft ist ein Teilbereich der Neurowissenschaften, der die biologischen Prozesse untersucht, die der Kognition zugrunde liegen, insbesondere im Hinblick auf die neuronalen Verbindungen. Ziel der kognitiven Neurowissenschaft ist es, festzustellen, wie das Gehirn die von ihm ausgeführten Funktionen erbringt. Die kognitive Neurowissenschaft gilt sowohl als Zweig der Psychologie als auch der Neurowissenschaft (Kognitionswissenschaft vs. Neurowissenschaft), da sie die biologischen Wissenschaften mit den Verhaltenswissenschaften wie Psychiatrie und Psychologie verbindet. Die in der neurowissenschaftlichen Forschung eingesetzten Technologien, insbesondere das Neuroimaging, bieten Einblicke in Verhaltensbeobachtungen, wenn Verhaltensdaten nicht ausreichen.

Beispiel für kognitive Neurowissenschaften

Die Untersuchung kognitiver neurowissenschaftlicher Experimente ist hilfreich, um die kognitive Neurowissenschaft in der Praxis zu verstehen. Ein kürzlich preisgekröntes Experiment untersuchte die Rolle von Dopamin, einem Neurotransmitter, der mit Gefühlen der Zufriedenheit in Verbindung gebracht wird, bei der Entscheidungsfindung. Menschen müssen in der Lage sein, Entscheidungen zu treffen, die ihnen beim Überleben helfen. Wenn wir eine Entscheidung treffen, die zu einer Belohnung führt, steigt das Aktivitätsniveau der Dopamin-Neuronen, und schließlich erfolgt diese Reaktion sogar in Erwartung einer Belohnung.

Dieser biologische Prozess ist der Grund, warum wir nach immer größeren Belohnungen wie Beförderungen oder akademischen Graden streben, da eine höhere Anzahl von Belohnungen mit einer höheren Überlebenschance verbunden ist. Die Entscheidungsfindung ist ein Beispiel für einen biologischen Prozess, der die Kognition beeinflusst (Beispiel für kognitive Neurowissenschaften).

Verhaltensneurowissenschaft

Die Verhaltensneurowissenschaft entschlüsselt, wie das Gehirn das Verhalten beeinflusst, indem sie die Biologie auf die Untersuchung von Physiologie, Genetik und Entwicklungsmechanismen anwendet. Wie der Name schon sagt, ist dieser Teilbereich das Bindeglied zwischen Neurowissenschaft und Verhalten. Die Verhaltensneurowissenschaft konzentriert sich auf Nervenzellen, Neurotransmitter und neuronale Schaltkreise, um die biologischen Prozesse zu untersuchen, die sowohl normalem als auch anormalem Verhalten zugrunde liegen (biologische Neurowissenschaft).

Viele einflussreiche verhaltensneurowissenschaftliche Experimente haben wichtige Schlussfolgerungen anhand von nicht-menschlichen Probanden – oft Affen, Ratten oder Mäusen – gezogen, was zu der Annahme führte, dass menschliche und nicht-menschliche Organismen biologische und verhaltensbezogene Ähnlichkeiten teilen. Die Verhaltensneurowissenschaft wird auch als biologische Psychologie, Biopsychologie oder Psychobiologie bezeichnet.

Computational Neuroscience

Die Computational Neuroscience nutzt theoretische Analysen, Computersimulationen und mathematische Modelle, um die neuronale Funktion von der molekularen und zellulären Ebene bis zur Netzwerkebene und wiederum bis zur Ebene der Kognition und des Verhaltens zu verstehen.

Soziale Neurowissenschaft

Die soziale Neurowissenschaft erforscht und implementiert biologische Konzepte, um soziale Prozesse und Verhalten zu verstehen. Da der Mensch eine soziale Spezies ist, schaffen wir soziale Einheiten wie Familien, Gemeinschaften, Nachbarschaften. Die soziale Neurowissenschaft geht davon aus, dass diese sozialen Einheiten existieren, weil das damit verbundene soziale Verhalten dem Menschen hilft, zu überleben und sich fortzupflanzen.

Klinische Neurowissenschaft

Die klinische Neurowissenschaft erforscht die biologischen Mechanismen, die neuronalen Störungen und Erkrankungen zugrunde liegen, und versucht, Wege zur Diagnose und Behandlung dieser Störungen zu entwickeln. Die klinische Neurowissenschaft wird auch als medizinische Neurowissenschaft bezeichnet.

Pädagogische Neurowissenschaft

Die pädagogische Neurowissenschaft erforscht den Zusammenhang zwischen biologischen Prozessen und Bildung, indem sie die neuronalen Prozesse untersucht, die beim Lernen, Lesen, Rechnen und bei bildungsbezogenen neurologischen Entwicklungsstörungen wie Legasthenie und ADHS eine Rolle spielen.

Systemneurowissenschaft

Die Systemneurowissenschaft umfasst die Untersuchung des Verhaltens von Nervenzellen in Nervenbahnen, neuronalen Schaltkreisen und neuronalen Netzwerken. Die Systemneurowissenschaft versucht, die Struktur und Funktion des Gehirns sowohl auf molekularer als auch auf zellulärer Ebene (z. B. wie neuronale Schaltkreise sensorische Informationen analysieren und spezifische Funktionen ausführen) und auf kognitiver und Verhaltensebene (wie Sprache und Gedächtnis funktionieren) zu verstehen.

Kognitive Entwicklungsneurowissenschaft

Die kognitive Entwicklungsneurowissenschaft untersucht psychologische Prozesse und ihre neurologischen Grundlagen im sich entwickelnden Geist – einschließlich der Frage, wie sich biologische und umweltbedingte Veränderungen im Laufe des Alterns von Kindern auf das Gehirn auswirken.

Entwicklungsneurowissenschaft

Die Entwicklungsneurowissenschaft liefert Einblicke in die Prozesse, die das Nervensystem erzeugen und beeinflussen, wobei der Schwerpunkt auf seiner zellulären und molekularen Entwicklung vor allem in der pränatalen Phase liegt.

Theoretische Neurowissenschaft

Der Begriff „Theoretische Neurowissenschaft“ wird oft synonym mit „Computational Neuroscience“ verwendet (die Verwendung theoretischer Analysen, Computersimulationen und mathematischer Modelle zum Verständnis der neuronalen Funktion von der molekularen und zellulären Ebene über die Netzwerkebene bis hin zur Ebene von Kognition und Verhalten). Der feine Unterschied zwischen theoretischer und Computational Neuroscience besteht darin, dass die theoretische Neurowissenschaft eher die vorgeschlagenen theoretischen Ansätze zur Erforschung des Gehirns als mathematische Modelle und die Datenerfassung betont.

Translationale Neurowissenschaft

Die translationale Neurowissenschaft zielt darauf ab, klinische Anwendungen, Lösungen und Therapien für neuronale Erkrankungen zu entwickeln. Zu diesen Anwendungen gehören Gehirn-Computer-Schnittstellen sowie auditorische und retinale Implantate.

Molekulare Neurowissenschaft

Die molekulare Neurowissenschaft wendet die Molekularbiologie und die molekulare Genetik auf die Untersuchung des Nervensystems an. Dieses Teilgebiet untersucht, wie Neuronen auf molekulare Signale reagieren, wie Axone Konnektivitätsmuster bilden und welche molekularen Grundlagen die Neuroplastizität besitzt – die Fähigkeit des Gehirns, sich selbst zu verändern. Die molekulare und zelluläre Neurowissenschaft versuchen beide zu verstehen, wie sich Neuronen entwickeln und wie genetische Veränderungen biologische Funktionen beeinflussen. Die zelluläre Neurowissenschaft untersucht Neuronen auf zellulärer Ebene – wie Neuronen zusammenarbeiten, wie Neuronen sich gegenseitig beeinflussen und welche verschiedenen Typen und Funktionen von Neuronen es gibt.

Emotionsneurowissenschaft

Die Emotionsneurowissenschaft, oft auch als affektive Neurowissenschaft bezeichnet, ist die Erforschung der neuronalen Mechanismen von Emotionen. Man geht davon aus, dass Emotionen direkt mit Strukturen im limbischen System in der Mitte des Gehirns zusammenhängen. Die affektive Neurowissenschaft verbindet die Neurowissenschaft mit der Psychologie. Sie könnte beispielsweise die Überschneidung von neuronalen und mentalen Mechanismen zwischen emotionalen und nicht-emotionalen Prozessen untersuchen, welche Forscher bis vor Kurzem noch als getrennte kognitive Prozesse betrachteten.

Eine kurze Geschichte der Neurowissenschaften

Einige der frühesten Beiträge zur Neurowissenschaft wurden von Philosophen geleistet. Bis 400-300 v. Chr. wurde das Herz als Quelle des Bewusstseins angesehen. Hippokrates und Platon stellten diese Vorstellung infrage, indem sie das Gehirn als Akteur für Wahrnehmung und Intelligenz befürworteten.

Der Arzt Luigi Galvani entdeckte Ende des 18. Jahrhunderts die tierische Elektrizität und gehörte damit zu den Ersten, die die elektrischen Signale von Neuronen und Muskeln untersuchten.

Im frühen 19. Jahrhundert leistete der französische Physiologe Jean Pierre Flourens Pionierarbeit bei der experimentellen Ablation (chirurgische Hirnläsionen) und bewies als Erster, dass der Geist im Gehirn und nicht im Herzen angesiedelt ist. Flourens beobachtete die Auswirkungen, die durch das Entfernen verschiedener Teile des Nervensystems verursacht wurden.

Eine Reihe von Wissenschaftlern im späten 19. Jahrhundert ebnete den Weg für das Verständnis der Neurowissenschaften über die elektrische Aktivität des Gehirns. Emil du Bois-Reymond demonstrierte die elektrische Natur des Nervensignals, Hermann von Helmholtz maß die Geschwindigkeit des Nervensignals und Richard Caton und Adolf Beck beobachteten die elektrische Aktivität in den Gehirnhälften von Kaninchen, Affen und Hunden.

Camillo Golgi entwickelte eine Färbemethode (heute bekannt als Golgi-Färbung) zur Visualisierung von Nervengewebe unter dem Lichtmikroskop. Diese Technik wurde von Santiago Ramón y Cajal verwendet und führte zur Formulierung der Neuronentheorie, dem Konzept, dass das Nervensystem aus einzelnen Zellen besteht. Golgi und Ramón y Cajal erhielten später im Jahr 1906 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

Paul Broca, John Hughlings Jackson und Carl Wernicke trugen im späten 19. Jahrhundert alle zur neurowissenschaftlichen Hypothese der „Lokalisierung der Funktion“ bei, die besagt, dass bestimmte Teile des Gehirns für bestimmte Funktionen verantwortlich sind.

In den 1950er und 60er Jahren wurde die Neurowissenschaft formell als akademische Disziplin etabliert. David Rioch, Francis O. Schmitt, James L. McGaugh und Stephen Kuffler gehörten zu den Ersten, die die Neurowissenschaft in biomedizinische Forschungseinrichtungen integrierten und neurowissenschaftliche Forschungsprogramme und -abteilungen gründeten.

Dieses zunehmende Interesse führte Ende der 1960er Jahre zur Gründung mehrerer neurowissenschaftlicher Organisationen, die es auch heute noch gibt. Dazu gehören die International Brain Research Organization, die International Society for Neurochemistry, die European Brain and Behaviour Society und die Society for Neuroscience.

In jüngster Zeit sind aus den Neurowissenschaften eine Reihe von angewandten Disziplinen hervorgegangen, wie Neuromarketing, Neuroökonomie, Neuroedukation, Neuroethik und Neurorecht.

Wer hat die Neurowissenschaften entdeckt?

Santiago Ramón y Cajal wird aufgrund seiner bahnbrechenden Untersuchungen der mikroskopischen Struktur des Gehirns als „Vater der Neurowissenschaften“ bezeichnet. Ramón y Cajal lieferte Beweise für die Neuronentheorie, die als Grundlage der modernen Neurowissenschaft gilt. Er wies nach, dass Nervenzellen einzeln und aneinandergrenzend (in unmittelbarer Nähe) und nicht kontinuierlich verlaufen, und entdeckte den axonalen Wachstumskegel (die Verlängerung eines sich entwickelnden Neuriten, der nach seinem synaptischen Ziel sucht).

EEG-Neurowissenschaft

Die neurowissenschaftliche Forschung nutzt häufig Neuroimaging-Techniken wie die Elektroenzephalographie (EEG) zur Analyse des Gehirns. Das EEG ist ein elektrophysiologischer Prozess, der die elektrische Aktivität des Gehirns aufzeichnet. Neurowissenschaftler können EEG-Daten analysieren, um die kognitiven Prozesse zu verstehen, die dem menschlichen Verhalten zugrunde liegen. Zum Beispiel haben kognitive Neurowissenschaftler das EEG verwendet, um zu überwachen, wie sich die Gehirnaktivität als Reaktion auf verschiedene Reize verändert (kognitive EEG-Neurowissenschaft).

Da das EEG eine wissenschaftliche Methode zur Untersuchung des Feedbacks und Verhaltens einer Person bietet, ist es auch eine wertvolle Lösung für Consumer Insights. Die Verwendung von Neurotechnologien wie dem EEG zur Untersuchung von Verbraucherreaktionen wird als Consumer Neuroscience oder Neuromarketing (Neurowissenschaftliches Marketing) bezeichnet.

Klinisches EEG und Neurowissenschaften

Das klinische EEG und die Neurowissenschaft nutzen das EEG zur Diagnose und Überwachung von Patienten mit Epilepsie, Schlaganfall oder anderen Störungen, bei denen andere Technologien aufgrund spezifischer Umstände nicht eingesetzt werden können (z. B. können Patienten mit Metallfragmenten oder -platten im Kopf keine MRT-Untersuchungen durchführen). Das EEG wird auch bei der Rehabilitation oder Wiederherstellung von Funktionen bei Patienten eingesetzt, die unter Lähmungen oder motorischen Störungen leiden, indem es als Gehirn-Computer-Schnittstelle dient. Das klinische EEG kann auch zur Beurteilung von Schlafstörungen eingesetzt werden.

Vorteile des EEG für die neurowissenschaftliche Forschung

• Im Vergleich zur funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) verfügt das EEG über eine sehr hohe zeitliche Auflösung, was bedeutet, dass es die schnellen Reaktionen des Gehirns erfassen kann, die sich im Millisekündentakt abspielen. Dadurch kann es sehr genau mit dem synchronisiert werden, was im Gehirn und in der Umgebung passiert.

• EEG-Daten werden nicht-invasiv erhoben. Im Vergleich dazu erfordert die Elektrokortikographie einen neurochirurgischen Eingriff, um Elektroden direkt auf der Gehirnoberfläche zu platzieren.

• Im Vergleich zu Verhaltensuntersuchungsmethoden kann das EEG verdeckte Verarbeitungsprozesse (Verarbeitung, die keine Reaktion erfordert) erkennen. Es kann auch bei Probanden angewendet werden, die nicht in der Lage sind, eine motorische Reaktion zu zeigen.

• Die EEG-Schlafanalyse kann wichtige Aspekte über den Zeitpunkt der Gehirnreifung liefern.

• Es besteht keine physische Gefahr durch ein EEG-Gerät. fMRT und MRT sind starke Magnete, was für Patienten mit metallischen Hilfsmitteln oder Implantaten wie Herzschrittmachern unerschwinglich ist.

Bietet Emotiv Produkte für die Neurowissenschaft an?

Emotiv bietet eine Reihe von Produkten für die akademische neurowissenschaftliche Forschung, Verbraucherforschung, kognitive Leistungsfähigkeit, Neuromarketing und hirngesteuerte Technologieanwendungen an. Die neurowissenschaftlichen Lösungen von Emotiv umfassen neurowissenschaftliche Software, BCI-Software und EEG-Hardwaretechnologie.

EmotivPro ist eine neurowissenschaftliche Softwarelösung für Forschung und Lehre, die es Anwendern ermöglicht, EEG-Daten zu analysieren, die EEG-Aufzeichnungen in Echtzeit anzuzeigen und Ereignisse zu markieren. Die EmotivBCI ist eine Gehirn-Computer-Schnittstellensoftware, mit der eine BCI direkt auf einem Computer implementiert werden kann. Zu den weiteren neurowissenschaftlichen Tools von Emotiv gehört die Gehirnvisualisierungssoftware BrainViz.

Die neurowissenschaftlichen Produkte von Emotiv für die Gehirnmessungstechnologie gelten als die kostengünstigsten und glaubwürdigsten mobilen und kabellosen EEG-Brainwear®-Geräte auf dem Markt. Für die neurowissenschaftliche Forschung und den kommerziellen Einsatz bieten das preisgekrönte Emotiv EPOC+ Headset und die Edition zum 10-jährigen Jubiläum Epoc X Gehirndaten in professioneller Qualität. Die Emotiv Epoc Flex Kappe bietet eine hohe Kanaldichte und bewegliche Elektroenzephalogramm-Sensoren, die sich optimal für die neurowissenschaftliche Forschung eignen.