Die Biopsychologie (engl. behavioral neuroscience) beschäftigt sich mit dem gegenseitigen Einfluss der biologischen Prozesse des Körpers und unserem Verhalten und Erleben. Wir beleuchten in diesem Artikel die Zustände Stress, Aktivation, Bewusstsein und Schlaf mit Hintergründen sowie Pathologien. Lernen Sie, wie Sie ein Wach- und Schlaf-EEG interpretieren, welche Stressmodelle wichtig für Prüfungen sind und was in der Fight-and-Flight-Reaktion passiert. Mit der richtigen Vorbereitung löst Ihr psychischer Stressor "Physikum" bald nur noch Eustress aus.
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hier stuetzt sich ein erschoepfter mann auf ein lenkrad


Zusammenhang von Stress und Krankheiten

Wenn unsere Bewältigungsmöglichkeiten überstiegen werden, reagiert unser Körper mit einer Anpassungsreaktion: Stress. Das Ziel ist dabei, das Gleichgewicht (Homöostase) zwischen der Person und Umwelt wiederherzustellen.

Merke: Stress ist eine Reaktion, kein Reiz.

Stressoren kommen aus der Umwelt oder der eigenen Person:

  • Psychische Stressoren: Isolation, Zeitdruck, critical life events (Geburt, Hochzeit, Verlust einer geliebten Person etc.)
  • Physische Stressoren: Krankheiten, Lärm, Kälte, Schlafmangel

Kritische Lebensereignisse sind positive oder negative Erlebnisse, die eine Anpassungsleistung vom Individuum verlangen. Für jeden hat das unterschiedliche Konsequenzen, da das individuelle Erleben bei stressvollen Ereignissen stark variiert. Die Auswirkungen können von einem geschwächten Immunsystem, höherer Anfälligkeit für Krankheiten, psychosomatischen Störungen bis hin zu einem erhöhten Suizidrisiko reichen.

Lässt sich der Stressgehalt kritischer Lebensereignisse messen?

Für die Erstellung der Social Readjustment Scale wurden „Stresswerte“ für verschiedene gewichtige Lebensereignisse ermittelt. Der Tod des Partners hatte z. B. 100 Punkte, der Verlust des Arbeitsplatzes 50 Punkte. Ein wirklich objektiver Vergleich eines Erlebnisses ist allerdings aufgrund von großen individuellen Unterschieden in der Persönlichkeit nicht möglich.

Es gibt jedoch einige Merkmale, die eine Stressreaktion wahrscheinlich eher auftreten lassen, da eine Neuanpassung an kritische Lebensereignisse erschwert wird durch:

  • Geringe Vorhersagbarkeit
  • Geringe Kontrollierbarkeit
  • Einschnitt sehr früh in der Biografie
  • Große Unerwünschtheit
  • Hohe persönliche Relevanz

Hier erfahren Sie mehr zu den Risiko- und Schutzfaktoren von Stress.

Die physiologische Stressreaktion: Fight or flight

Tiger auf der Lauer


Bild: “Altaic Warrior” von Shane Gorski. Lizenz: CC BY-ND 2.0

Was Sie sicher aus der Physiologie schon kennen, hier noch einmal kurz zusammengefasst: Wie reagiert der Körper in einer Stressreaktion?

Unser Körper bereitet sich in einer Stresssituation auf einen möglichen Kampf oder eine Flucht vor. Cerebral ist maßgeblich der Hypothalamus – das Stresszentrum – an dieser Reaktion beteiligt.

Die Aktivierung des Sympathikus: Durch die entstehende Dominanz des sympathischen Systems steigen die Herzfrequenz, Atemfrequenz und der Blutdruck. Es kommt zu einer Vasokonstriktion und erhöhten Hautleitfähigkeit. Durch die gleichzeitige Hemmung des Parasympathikus nehmen die Speichelsekretion, Magen- und Darmmotilität ab.

Konstanter Stress erhöht das Erkrankungsrisiko

Diese Redensart fasst gut eine der möglichen Folgen von konstantem psychischem Stress zusammen (z. B. in der Prüfungszeit), der mit akuten Bedrohungssituationen für den Körper nichts mehr zu tun hat. Dieser ist nicht mehr sinnvoll für den Körper, sondern schädigt. Hohe Stresssituationen über einen längeren Zeitraum erhöhen das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Magen-Darm-Erkrankungen.

Individualspezifische und reizspezifische Reaktion auf Reize

Physiologische Stressreaktionen zeigen sich in verschiedenen Organsystemen. Meist haben wir einenStressort“, wo wir mit Symptomen antworten: Kopfschmerzen, gastrointestinale Beschwerden, muskuläre Verspannungen. Dieses Reaktionsmuster wird auch als Individualstereotypie bezeichnet. Dagegen führen manche Reize immer zum gleichen Reaktionsmuster bei Menschen, wie z. B. plötzlicher Lärm.

Stressmodelle

Prüfungs-Tipp: Modelle werden immer besonders gerne im Physikum abgefragt. Dazu gehören auch die folgenden vier Stressmodelle!

Das Allgemeine Adaptionssyndrom (AAS) von Selye

Selye beschrieb 1956 das bekannteste Modell zur Reaktion auf chronischen Stress. Er teilt in drei Phasen ein: Alarmphase, Widerstandsphase und Erschöpfungsphase.

  • Alarmphase: Schockphase (Tachykardie, Blutdruckabfall, Hypoglykämie), dann Gegenschockphase (ACTH-Ausschüttung, Sekretionssteigerung der Nebennierenhormone, vor allem Cortisol)
  • Widerstandsphase: Steigerung des Stoffwechsels und Mobilisation von Energie durch ACTH und Cortisol, Gewöhnung an den Stresszustand
  • Erschöpfungsphase: Die ständige Cortisolausschüttung führt zur Immunsuppression und damit zu Organschädigungen, psychosomatischen Erkrankungen und im Extremfall zum Tod.

Das psychoendokrine Stressmodell nach Henry

Bei diesem Stressmodell von 1986 werden emotionale Stressreaktionen miteinbezogen. Stressoren können als Folge Ärger, Angst oder eine Depression auslösen. Auf diese Emotionen folgen wiederum neuroendokrine Reaktionsmuster.

Emotion Verhalten Neuroendokrines Reaktionsmuster
Ärger Kampfverhalten (Fight) Noradrenalin ↑, Testosteron ↑
Angst Flucht (Flight) Adrenalin ↑
Depression Passive Unterordnung Testosteron ↓, Fehlregulation noradrenerges System

Modell der Homöostase-Allostase

Nicht jeder reagiert gleich auf Stressoren: Die Belastung ist abhängig vom individuellen Vulnerabilitätsgrad. Die Homöostase beschreibt einen Zustand, bei dem das innere Milieu im physiologischen, psychologischen und sozialen Gleichgewicht ist. Stress gefährdet also diesen ausbalancierten Zustand.

Wenn man trotz äußerer Stressfaktoren diesen Zustand beibehalten kann, wird diese Fähigkeit Allostase genannt. Verschiedene genetische Faktoren und erworbene Reaktionsmuster sind für diese (veränderliche) Fähigkeit verantwortlich.

Coping-Modell von Lazarus und Launier: Wie bewerte ich eine Situation?

Um diese Schlüsselfrage baut sich das Coping-Modell (Bewältigungsmodell) von Lazarus als Stufenprozess auf.

  • Primäre Bewertung (primary appraisal): Zu einer sekundären Bewertung kommt es nur, wenn der Reiz angesehen wird als:
    • bedrohlich/belastend
    • günstig/positiv
    • neutral/irrelevant
  • Sekundäre Bewertung (secondary appraisal): Jetzt wird bewertet, wie man die Situation mittels der eigenen Handlungsfähigkeit bewältigen kann.
  • Bewältigungsstrategien: Lazarus unterteilt in problemzentrierte Strategien (Suche nach Informationen, direkte Handlungen, kognitives Coping) und emotionszentrierte Strategien (Flucht und Vermeidung, Bagatellisieren, Distanzieren oder Annahme der Verantwortung).
  • Neubewertung der Situation (reappraisal): Je nach Bewältigungsmöglichkeiten und Anforderungen der Umwelt kommt es zu einer Neubewertung der Situation in einem optimistischeren oder pessimistischeren Licht.
Stressmodell von Lazarus

Bild: “Stressmodell von Richard Lazarus” von Philipp Guttmann. Lizenz: CC-by-sa 3.0/de

Unser Verhalten und das Gehirn: Elektro-Enzephalogramm (EEG)

EEG-Messungen sind vor allem wichtig in der Psychophysiologie und der Neuromedizin. Die Elektroden werden auf der Schädeldecke des Patienten in einem standardisierten Schema angebracht und so die elektrische Aktivität des Gehirns abgeleitet.

Das Spontan-EEG

Das Spontan-EEG zeigt die Ableitung von elektrischen Grundmustern, die ohne Einfluss von außen im Wach- oder Schlafzustand messbar sind. Dargestellt werden über einen längeren Zeitraum kontinuierlich vorhandene Wellenbänder. EEG-Muster unterscheiden sich nach Lebensalter: Bei Kindern ist das EEG insgesamt niederfrequenter und es können auch im Wachzustand Theta- und Deltawellen auftreten.

Die Frequenzbänder des EEG

Im EEG unterscheidet man vier Typen von Frequenzbändern (Prägen Sie sich dieses Grundwissen gut ein!):

Alpha-Wellen Beta-Wellen Theta-Wellen und Delta-Wellen
in Ruhe, niederfrequente Wellen: Der Patient ist wach und entspannt bei geschlossenen Augen. Falls Alpha-Wellen an mehreren Stellen ableitbar sind, spricht man von einem synchronisierten EEG. hochfrequente Wellen mit niederer Amplitude: Der Patient öffnet die Augen oder ein Sinnreiz tritt ein, der die Aufmerksamkeit erfordert. Wird der Alpha-Rhythmus durch den Beta-Rhythmus abgelöst, heißt das Alpha-Blockade und bei vorher vorhandenem synchronisierten EEG tritt nun eine EEG-Desynchronisation ein. niederfrequente Wellen mit hoher Amplitude: Sie kommen nur im Schlaf und bei gesunden Erwachsenen nicht im Wachzustand vor.

Die evozierten Potentiale/ereigniskorrelierten Potentiale

Als evozierte Potentiale bezeichnet man Veränderungen der hirnelektrischen Aktivität, welche im zeitlichen Zusammenhang mit einem Reiz stehen. Sie sind vom Spontan-EEG abzugrenzen. Die Begriffe werden nach den auslösenden Reizen unterschieden: visuell (Licht), akustisch (Ton) und somatosensorisch (z. B. Stromstoß). Da die evozierten Potentiale vom Spontan-EEG überlagert werden, bedient man sich Mittelungstechniken, um diese sichtbar zu machen.

Zu den evozierten Potentialen zählen auch langsame Potentialverschiebungen bzw. langsame Hirnpotentiale, am bekanntesten sind CNV und P300:

  • Contingent Negative Variation (CNV): Ein Signalreiz kündigt einen imperativen Reiz an, auf den (z. B. motorisch) reagiert werden muss. Nach diesem Signal folgt eine kontinuierliche Negativierung im EEG („Bereitschaft“ zu reagieren).
  • P300: Wird relevant bei Aufmerksamkeitsprozessen. In der Darbietung einer Reihe gleicher Töne wird ein abweichender Ton eingestreut, der eine Reaktion erfordert. 300ms nach dem relevanten Reiz, zeigt sich eine positive Potentialverschiebung.

Merke: Negativierung im EEG: Indikator für kortikale Mobilisierung

Positivierung im EEG: Positivierung

So kann ein EEG-Bild aussehen:

EEG

Bild: “EEG beta activity” von Wojder. Lizenz: CC BY-SA 4.0

Aktivations- und Bewusstseinszustände

Zwischen hellem Bewusstsein mit maximaler Aufmerksamkeit und Bewusstlosigkeit im Koma oder Tiefschlaf gibt es zahlreiche Abstufungen und Variationen. Einige Parameter geben Aufschluss über den Bewusstseinszustand und können subjektiv oder objektiv gemessen werden.

Indikatoren der Aktivation, auch Aktivierung oder Arousal, sind:

  • Atemfrequenz ↑, Herzfrequenz ↑, Blutdruck ↑
  • Periphere Vasokonstriktion
  • Hautleitfähigkeit ↑
  • Konzentration ↑
  • Tonus der Skelettmuskulatur ↑
  • Gefühlte psychische Anspannung
  • EEG-Desynchronisation (Einsetzen von Beta-Wellen und Alpha-Blockade)
  • Ausschüttung von Katecholaminen ↑
  • Reizschwellenerniedrigung

Das Yerkes-Dodson-Gesetz

Welches Aktivierungsniveau ist für eine gute Leistung optimal? Das Yerkes-Dodson-Gesetz besagt: Zwischen Aktivation und Leistung besteht ein umgekehrt U-förmiger Zusammenhang.

  1. Für ein Leistungsoptimum gibt es ein mittleres aktives Aktivationsniveau.
  2. Leichte Aufgaben lassen sich mit höherem Aktivationsniveau gut lösen.
  3. Je schwieriger eine Aufgabe, desto niedriger ist das Aktivationsniveau.

Orientierungs- und Defensivreaktion

Die Orientierungsreaktion (OR) verändert das Aktivierungsniveau des Organismus. So wird er in die Lage versetzt, bedeutsame Reize zu erfassen und adäquat darauf zu reagieren. Der Ausprägungsgrad einer OR ist bei uns besonders groß, wenn der Reiz ein psychologisch erlerntes Signal darstellt (z. B. der Zuruf: „Pass auf!“).

Die Orientierungsreaktion wurde erstmals von Pawlow beobachtet und als „Was-ist-das?-Reflex“ bezeichnet.

Kehrt der Reiz immer wieder und liefert keine neue Information, findet keine OR mehr statt, das Bewusstsein gewöhnt sich daran und blendet diese aus: Habituation. (Tipp: Verdeutlichen Sie sich das Sirenengeräusch eines Rettungswagens und ihre Reaktion nach 1,2 und 5 Minuten.) Nimmt die OR auf den Standardreiz wieder zu infolge eines kurzen Fremdreizes, spricht man von einer Dishabituation.

Orientierungsreaktion Defensivreaktion
EEG-Desynchronisation; Pulsfrequenz nimmt zuerst ab und dann wieder zu; Vasodilatation im Kopf und Vasokonstriktion peripher; Schweißdrüsenaktivität steigt, Hautleitfähigkeit nimmt zu; Mydriasis; Erhöhter Muskeltonus Verteidigungsreaktion; Ziel: Abwenden der Bedrohung durch Angriff und Flucht; Subjektiv: Erschrecken

Der Schlaf: 30% unserer Lebenszeit

Wenn wir schlafen, reduziert der Organismus psychische und physische Funktionen auf ein Minimum an Aktivation (Ausnahme: der REM-Schlaf). Es werden Non-REM-Schlafphasen (1-4) und der REM-Schlaf unterteilt. Die Schlafdauer sowie der Rhythmus ändern sich im Laufe unseres Lebens.

So viel Schlaf brauchen wir:

  • Ein Neugeborenes schläft 16-20h pro Tag, REM-Schlaf 50%.
  • Ein gesunder Erwachsener schläft ca. 8h pro Tag, REM-Schlaf 20%.
  • Ältere Menschen schlafen 6h oder weniger, REM-Schlaf >20%.

Die folgende Statistik zeigt die durchschnittliche Schlafdauer an einem Tag in verschiedenen Ländern:

Statistik: Schlafzeit an einem durchschnittlichen Tag in Minuten in den OECD-Ländern | Statista
Mehr Statistiken finden Sie bei Statista

Der zirkadiane Rhythmus: Der Schlaf-Wach-Rhythmus

Chronobiologie heißt die Wissenschaft, die sich mit den zeitlichen Körperrhythmen befasst. Der wichtigste Zeitgeber für den zirkadianen Rhythmus ist der Hell-Dunkel-Wechsel.

Exkurs: Experimente haben gezeigt, dass der Mensch auch ohne den Lichtwechsel von Tag und Nacht einen 24h-Rhythmus aus Schlafen und Wachen entwickelt. Das anatomische Korrelat dieser inneren Uhr wird dem Nucleus suprachiasmaticus zugeschrieben. Schaltet man diesen aus, wird jegliche zirkadiane Rhythmik trotz externer Zeitgeber aufgehoben.

Die Chronobiologie des menschlichen Leistungsvermögens

Gedächtnisfunktionen korrelieren mit der Körpertemperatur: Je schwieriger die Gedächtnisaufgabe, desto mehr verschiebt sich die Leistungsfähigkeit zur Tagesmitte hin. Das Leistungsmaximum liegt:

  • bei Rechenaufgaben bei 12:00 – 13:00 Uhr,
  • bei sprachlich-logischen Denkaufgaben bei 14:00 – 15:00 Uhr.
  • und bei akustischen Reaktionszeitaufgaben bei 3:00 Uhr.

Schlafphasen

Ein paar Begriffserklärungen für ein besseres Verständnis der Schlafphasen:

  • REM = Rapid Eye Movement
  • Paradoxer Schlaf: Paradox deshalb, weil das EEG „wach“ erscheint bei gleichzeitiger völliger Muskelatonie.
  • Schlafspindeln: Ebenfalls Morphologien des EEGs, die vor allem im Stadium 2 vorkommen und sich mit hoher Frequenz und niederer Amplitude darstellen.
  • K-Komplexe: K-Komplexe sind Potentiale, die durch abrupte und kräftige Reize (z. B. Blitz und Donner) ausgelöst werden können. Sie können als Form eines Mikro-Arousals interpretiert werden und stellen sich charakteristisch im Stadium 2 im EEG dar.
Schlafstadium EEG
Wach Alphawellen
Einschlafen Alphawellen ↓, Theta-Wellen treten auf, abnehmender Muskeltonus
Leichtschlaf Thetawellen bis Delta-Wellen, Schlafspindeln, K-Komplexe
mitteltiefer Schlaf Übergang zu Deltawellen, keine Schlafspindeln und K-Komplexe mehr
Tiefschlaf Überwiegend Delta-Wellen (Slow-Wave-Sleep)
paradoxer Schlaf (REM-Schlaf) EEG wie in Stadium 2, Rasche Augenbewegungen (REM) völliger Muskelatonie, vereinzelt Muskelzuckungen (Myoklonien), Herz- und Atemfrequenzvariabilität, hohe Traumaktivität mit sehr emotionalem Charakter, mögliche Erektion/Erhöhung der vaginalen Durchblutung

Abfolge der Schlafphasen

Bei acht Stunden Schlaf durchlaufen wir vier bis sechs Zyklen NREM-Schlaf und REM-Schlaf. Im Laufe der Nacht nimmt die Dauer der Tiefschlafphasen immer mehr ab und die REM-Phase zu.

Der Grund des Träumens ist noch unbekannt

Diese Frage haben Sie sich bestimmt schon oft gestellt. Es gibt viele Theorien, warum wir träumen und woher die Trauminhalte stammen. Der einzige Konsens der Traumforschung besteht darin, dass wir wohl tagsüber gewonnene Informationen im REM-Schlaf verarbeiten – höchst individuell unterschiedlich – und eine Überführung von Informationen ins Langzeitgedächtnis stattfindet.

Schlafentzug

Schlafentzug endet im Extremfall letal. Ein dauerhafter Entzug von Schlaf macht es unmöglich, biologische Funktionen unseres Körpers aufrechtzuerhalten. Wie sich nach einem kurzzeitigen Schlafenzug ihr Befinden ändert, wissen Sie sicher selbst aus eigener Erfahrung:

  • Konzentrationsminderung
  • Leichte Ablenkbarkeit
  • Schlechtere Gedächtnisleistung
  • nach mehreren Tagen folgen: Halluzinationen, Schlafphasen-EEG im Wachzustand

Wird nach einem Schlafentzug wieder geschlafen, nimmt der Anteil der Tiefschlafphasen zu, später wird der REM-Schlaf „nachgeholt“ (REM-Rebound). Wurde in Versuchen selektiv REM-Schlaf entzogen (Wecken des Probanden in Stadium 5), zeigten die Probanden Hyperaktivität, eine erhöhte Reizbarkeit und teils größere Ängstlichkeit.

hier liegt ein mann wach

Bild: “Insomnia” von Jacob Stewart. Lizenz: CC BY 2.0

Schlafstörungen

Dysomnien: Fehlregulationen des Schlafes

Dysomnien werden in Hypersomnien und Hyposomnien eingeteilt.

Hypersomnien (zu viel Schlaf) Hyposomnien (zu wenig Schlaf)
Schlaf-Apnoe-Syndrom: lautes, unregelmäßiges Schnarchen führt zu Atempausen bis 10s, vor allem im REM-Schlaf. Der Sauerstoffmangel und der verlangsamte Herzschlaf führen zu einem kurzen Erwachen und somit zu einer massiven Störung der Schlafstruktur. Tags sind die Patienten schläfrig und unkonzentriert. Störungen des Schlaf-Wach-Rhythmus: Nacht- und Schichtarbeit, Zeitzonen-Wechsel/Jet-Lag (auf Dauer sind die Folgen Immunschwäche, funktionelle und psychosomatische Störungen). Wenn die zirkadiane Rhythmik sich den neuen Umweltbedingungen angepasst hat, spricht man von einer Resynchronisation.
Narkolepsie: Zwanghafte Schlafattacken während des Tages, die mehrere Minuten andauern. Ein- und Durchschlafstörungen und Früherwachen aufgrund variabler Ursachen z. B. einer Depression.

Parasomnien

Parasomnien bezeichnen die Gruppe der sonderbaren Phänomene, die im Schlaf auftreten können. Dazu gehören:

  • Somnambulismus: Schlafwandeln
  • Somniloquie: Sprechen im Schlaf
  • Pavor nocturnus: nächtliches Aufschrecken
  • Bruxismus: nächtliches Zähneknirschen
  • Enuresis nocturna: nächtliches Einnässen

Beliebte Prüfungsfragen zu biopsychologischen Grundlagen

Die Lösungen befinden sich unterhalb der Quellenangaben.

1. Eine der Parasomnien ist der Bruxismus. Was versteht man unter dem Bruxismus am ehesten?

  1. nächtliches Einnässen
  2. nächtliches Aufschrecken
  3. Sprechen im Schlaf
  4. Schlafwandeln
  5. nächtliches Zähneknirschen

2. Welches ist das Charakteristikum des Tiefschlafs im Non-REM-Schlaf im Elektro-Enzephalogramm?

  1. Alpha-Wellen
  2. Beta-Wellen
  3. Delta-Wellen
  4. Gamma-Wellen
  5. Theta-Wellen

Ausblick

In diesem Artikel haben wurden vier verschiedene Zustände des menschlichen Organismus beleuchtet: Stress, Aktivation, Bewusstsein und Schlaf. Auf eine fünfte Qualität, den Schmerz, wird ein Beitrag zu Emotionen und zur Schmerzqualität ausführlich eingehen.

Quellen

[1] M. Schön (2007): GK1 Medizinische Psychologie und Soziologie. Springer Verlag.

[2] K. Buser, T. Schneller, K. Wildgrube (2007): Kurzlehrbuch Medizinische Psychologie und Medizinische Soziologie. Elsevier Verlag.

Lösungen zu den Fragen: 1E, 2C



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