[A psychophysiology practical as part of the medical psychology course]

 Jochen Kaiser ¹
Christian F. Altmann ¹
Christoph Bledowski ¹
Marcus J. Naumer <sup>1

1</sup> Johann Wolfgang Goethe-Universit?t, Fachbereich Medizin, Zentrum f?r Gesundheitswissenschaften, Institut f?r Medizinische Psychologie, Frankfurt/Main, Deutschland

Abstract

Teaching in medical psychology aims at establishing an understanding of the relationships between psychological functions and bodily reactions and of the relevance of these interactions for the development and maintenance of diseases. To illustrate these relationships, a psychophysiology practical was introduced in the first semester. Students performed practical 30-minute exercises in groups of four on the basis of comprehensive written instructions. The following topics were covered:

(1) stress (dependent variable: heart rate),

(2) "lie detection" (dependent variable: skin conductance response),

(3) biofeedback (dependent variable: skin temperature), and

(4) electroencephalogram (dependent variable: amplitude in the four classical frequency bands).

The practical exercises were complemented by theoretical group work and a summary of the results of the exercises. Students evaluated the practical positively. It was considered a benefit to the course, and the self-rated knowledge in the area of psychophysiology increased significantly. These results, as well as our experiences during the practical, have reinforced our decision to establish a psychophysiology practical as part of the medical psychology/medical sociology course.

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Einleitung

Die biologische Psychologie hat in den letzten Jahrzehnten entscheidende Fortschritte bei der Aufkl?rung der Mechanismen erzielt, die f?r die Zusammenh?nge zwischen psychischen Prozessen und k?rperlichen Ver?nderungen verantwortlich sind [1]. Mit Hilfe von modernen computerbasierten Datenanalysemethoden k?nnen Ver?nderungen sowohl zentralnerv?ser als auch peripherer physiologischer Systeme in engem zeitlichem Zusammenhang zu spezifischen psychischen Verarbeitungsprozessen ermittelt werden [2]. Faktoren wie Stress, negative Emotionen und ungesunde Lebensweise tragen entscheidend zur Entstehung und Aufrechterhaltung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs bei, die in den modernen Industriegesellschaften die wichtigsten Todesursachen darstellen [3]. Erkenntnisse ?ber Zusammenh?nge zwischen Lernprozessen und physiologischen Ver?nderungen stellen die Grundlage f?r psychologische Interventionen dar (z. B. durch Biofeedback), die bei St?rungen vieler Organsysteme eingesetzt werden k?nnen [4].

Ein grunds?tzliches Anliegen unseres Instituts in der Lehre ist die Vermittlung von Grundkenntnissen ?ber die Zusammenh?nge zwischen psychologischen Vorg?ngen und physiologischen Reaktionen. Im vorliegenden Projekt sollten zun?chst durch praktische ?bungen Kenntnisse ?ber physiologische Korrelate psychischer Vorg?nge vermittelt werden. Zudem sollten die Studierenden lernen, dass physiologische Systeme durch Lernvorg?nge (Biofeedback) beeinflussbar sind. Hiervon erhofften wir uns eine Sensibilisierung der Medizinstudenten f?r die Bedeutung psychophysiologischer Wechselwirkungen.

Methodik

Teilnehmer

Die praktischen ?bungen fanden als Teil des Kurses der Medizinischen Psychologie und Medizinischen Soziologie erstmals im Wintersemester 2005/2006 (erstes vorklinisches Semester) statt. Da dieser Kurs mit einer Teilnehmerzahl von ca. 30 Studierenden pro Gruppe durchgef?hrt wurde, war es notwendig, die Gruppen zu halbieren. Somit f?hrte jeweils eine Teilgruppe von bis zu 16 Studenten in R?umen des Instituts f?r Medizinische Psychologie (IMP) an zwei Kursterminen zu jeweils 90 Minuten praktische ?bungen durch, wohingegen die andere H?lfte sich im eigentlichen Kursraum mit theoretischen Aspekten psychophysiologischer Zusammenh?nge besch?ftigte.

Messger?te

F?r die praktischen ?bungen wurden vier Messpl?tze aufgebaut, an denen die Studierenden in Gruppen von maximal vier Teilnehmern arbeiten konnten. An jedem der Messpl?tze wurde eine von vier ?bungen durchgef?hrt, wobei die Gruppen in Abst?nden von jeweils ca. 45 Minuten von einem Messplatz zum n?chsten rotierten. Zur Durchf?hrung der praktischen ?bungen wurden aus Mitteln des Fachbereichs Medizin der Johann Wolfgang Goethe-Universit?t psychophysiologische Messapparaturen f?r vier Arbeitspl?tze beschafft. Herzst?ck ist das System "BIOPAC Studentenlabor" (med-NATIC, M?nchen), das aus einem Mehrkanal-Verst?rker (MP35) mit zugeh?riger Hard- und Software besteht. Mit dem BIOPAC-System k?nnen eine Vielzahl physiologischer Ma?e aufgezeichnet werden wie z. B. Hautleitwert, Elektrokardiogramm, Elektromyogramm, Hauttemperatur oder Elektroenzephalogramm.

Beschreibung der ?bungen

?bungen wurden von den Studierenden eigenst?ndig mit Hilfe ausf?hrlicher schriftlicher Instruktionen zu den folgenden Themen durchgef?hrt: Stress, "L?gendetektor", Biofeedback und Elektroenzephalographie. W?hrend der ?bungen stand ein Dozent f?r R?ckfragen und Hilfestellungen zur Verf?gung. Die Resultate der Messungen wurden anschlie?end von den Studierenden in vorbereitete Ergebnisbl?tter eingetragen. Im folgenden werden die einzelnen ?bungen n?her beschrieben:

1. Stress. In dieser ?bung wurde anhand der Herzrate (gemessen ?ber das Elektrokardiogramm) der Unterschied zwischen Ruhe und zwei Stressbedingungen demonstriert. Nach einer Ruhephase erhielt der/die Proband/in eine mentale Rechenaufgabe (R?ckw?rtsz?hlen von 3000 in 17er-Schritten), die drei Minuten lang ausgef?hrt werden musste. Es folgte eine zweite dreimin?tige Ruhephase. In der nun folgenden Aktivierungsbedingung sollte der/die Proband/in sich entweder eine psychisch oder k?rperlich belastende Situation vorstellen. Zum Abschluss folgte erneut eine dreimin?tige Ruhephase. Im Anschluss an die Messung berechneten die Studenten die mittlere Herzrate (Schl?ge/Minute) w?hrend jeder der f?nf Bedingungen.
2. "L?gendetektor". Diese ?bung demonstriert eindrucksvoll die Aussagekraft psychophysiologischer Ma?e. Als Indikator wurde die elektrodermale Aktivit?t herangezogen. Der/die Proband/in sollte sich eine Zahl zwischen 1 und 5 merken und auf einem Zettel niederschreiben. Es wurden nun zun?chst von den Versuchsleitern einige neutrale Fragen (z. B. zum Wetter, dem Wochentag etc.) gestellt, um eine Art Standard f?r die auf solche Fragen auftretende Hautleitwertsreaktion zu ermitteln. Im eigentlichen Versuch fragten die Versuchsleiter nun in zuf?lliger Reihenfolge nach der gemerkten Zahl, wobei die Versuchsperson immer verneinen musste. Anhand des Vergleichs der Amplituden der Hautleitwertsreaktionen sollte dann ermittelt werden, auf welche der Fragen eine unwahre Antwort gegeben wurde.
3. Biofeedback. Wir f?hrten eine ?bung zur Selbstregulation der Hauttemperatur an der Hand durch. Die Hauttemperatur wurde auf einem Laptopbildschirm in Form eines roten Balkens dargestellt, dessen Fl?che sich mit zunehmender Temperatur vergr??erte. Die Studierenden sollten in drei dreimin?tigen Biofeedbackphasen durch Konzentration auf beruhigende und entspannende Vorstellungen eine Strategie finden, die zur Erh?hung ihrer Hauttemperatur f?hrte. In der Auswertung wurde der Zeitraum 30-60 Sekunden nach Beginn der ?bung mit den letzten 30 s verglichen, um einen m?glichen Erfolg der Bem?hung zu ?berpr?fen.
4. Elektroenzephalographie. Bei dieser ?bung wurden die Hirnwellen mit zwei Kopfhautelektroden und einer Referenzelektrode am Ohrl?ppchen aufgezeichnet. Im Wesentlichen sollten die Studierenden die Auspr?gung der Hirnwellen in den vier klassischen Frequenzbereichen Alpha, Beta, Theta und Delta w?hrend zweier Aktivierungsphasen mit ge?ffneten Augen und der Aufgabe, von 100 in Siebenerschritten herunterzuz?hlen, mit zwei Ruhephasen mit geschlossenen Augen vergleichen. Zur Auswertung wurden die Amplituden und Frequenzen der vier Frequenzb?nder bestimmt.

Evaluation

Zur studentischen Bewertung des Praktikums verwendeten wir einen Evaluationsbogen, der auf der Basis des Standard-Evaluationsbogens des Fachbereichs Medizin der J. W. Goethe-Universit?t erstellt wurde. Beurteilungen wurden von 161 der insgesamt ca. 240 Teilnehmer der praktischen ?bungen abgegeben.

Der Evaluationsbogen enthielt die folgenden Items, die mit einer Ratingskala von 1 = "trifft v?llig zu" bis 5 = "trifft gar nicht zu" beantwortet wurden:

• Das Praktikum hat regelm??ig und p?nktlich stattgefunden.
• Die inhaltliche Gestaltung war sehr interessant.
• Der Lehrstoff war gut strukturiert.
• Der Lehrstoff wurde gut verst?ndlich pr?sentiert.
• Das Praktikum hat geholfen, die Zusammenh?nge zwischen psychischen Prozessen und k?rperlichen Vorg?ngen zu verstehen.
• Der Lehrende verstand es, die Bedeutung psychophysiologischer Zusammenh?nge f?r die ?rztliche T?tigkeit hervorzuheben.
• Das Psychophysiologie-Praktikum war eine Bereicherung f?r den Kurs der Med. Psychologie.
• Der Lehrende stellte h?ufig Verbindungen zu Nachbardisziplinen her.
• Das Praktikum hat mein Interesse an psychophysiologischen Zusammenh?ngen geweckt.
• Ich habe im Praktikum viel gelernt.
• Bei Schwierigkeiten mit den Experimenten f?hlte ich mich durch die Lehrenden gut betreut.
• Ich habe die begleitenden Seminarsitzungen (Gruppenarbeiten) regelm??ig besucht.
• Falls Ja: Die Gruppenarbeiten haben das Praktikum gut erg?nzt.

Die folgenden beiden Fragen wurden mit einer Ratingskala von 1 = "sehr gute Vorkenntnisse" bis 5 = "keine Vorkenntnisse" beantwortet:

1. Zu Beginn des Praktikums hatte ich zur Psychophysiologie…
2. Nach Ende des Praktikums hatte ich zur Psychophysiologie…

Ein weiteres Item forderte die Bewertung des Praktikums mit einer Schulnote:

"Bei einer Bewertung mit Schulnoten (von 1-6) w?rde ich das Praktikum mit _________ bewerten".

Theoretische Gruppenarbeiten und Zusammenfassung der Ergebnisse

Praktikumsbegleitende theoretische Gruppenarbeiten behandelten die Themenbereiche Emotion, Stress und Stressbew?ltigung sowie Biofeedback. Zum Thema Emotion sollten die Studierenden auf der Basis einer Reihe von Texten (entsprechende Lehrbuchkapitel aus [5], [6], [7] sowie [8], [9]) die folgenden Fragen bearbeiten: Ebenen der Erfassung emotionaler Reaktionen, Dimensionen der Klassifikation von Emotionen, Zusammenh?nge dieser Dimensionen mit physiologischen Parametern, Zusammenfassung der wichtigsten historischen Emotionstheorien sowie Argumente f?r und gegen jede dieser Theorien, Erl?uterung der neurowissenschaftlich gepr?gten Auffassung vom Zusammenhang zwischen peripheren und zentralen emotionalen Reaktionen, Rolle verschiedener Hirnsysteme bei der bewussten und unbewussten Emotionsverarbeitung.

Zum Bereich Stress und Stressbew?ltigung sollten auf der Basis von Lehrbuchabschnitten [5], [6], [7] und den Texten [8], [9] die folgenden Themen bearbeitet werden: Stressoren/kritische Lebensereignisse, Stressmodell von Selye, Stressbew?ltigungsmodell von Lazarus, Ma?nahmen zur Stressbew?ltigung, Wirksamkeit von Bew?ltigungshandlungen, Zusammenh?nge zwischen Stress und Krankheit.

Das Thema Biofeedback wurde auf der Basis der Texte [10], [11], [12] mit den folgenden Leitfragen behandelt: Grundprinzip des Biofeedback, Neuroprothesen, Verwendung von EEG-Parametern zum Neurofeedback, EEG-Feedbackanordnungen, zentrale Ergebnisse in den verschiedenen Anwendungsfeldern der Selbstkontrolle langsamer EEG-Potentiale (Epilepsie, ADHS, Kommunikation bei Schwerstgel?hmten).

In einer zusammenfassenden Sitzung im Anschluss an die praktischen ?bungen und theoretischen Gruppenarbeiten wurden die wichtigsten Ergebnisse der ?bungen vorgestellt. Zudem wurden die physiologischen Grundlagen der erhobenen Ma?e wiederholt und Einschr?nkungen der wissenschaftlichen Aussagekraft der ?bungen mit den Studierenden diskutiert.

Statistische Auswertung

Da es sich bei den ?bungen nicht um Experimente zur Hypothesentestung im wissenschaftlichen Sinne handelte sondern um Demonstrationen, bei denen f?r die Studierenden die Erfahrung der Modulierbarkeit physiologischer Parameter im Zusammenhang mit psychischen Prozessen im Vordergrund stand, wurden die Ergebnisse lediglich deskriptiv ausgewertet. Ebenso wurden f?r die Items des Evaluationsbogens Mittelwerte und Standardabweichungen berechnet; der einzige statistische (t-) Test wurde f?r den Unterschied zwischen der Selbsteinsch?tzung des Kenntnisstands im Bereich Psychophysiologie zu Beginn und nach Ende des Praktikums durchgef?hrt.

Ergebnisse

Ergebnisse der ?bungen

Die Ergebnisse der ?bungen sind in Abbildung 1 dargestellt. F?r die ?bung zum Thema "Stress" zeigte sich eine deutlich erh?hte Herzfrequenz w?hrend der Stressphasen im Vergleich mit den Ruhephasen. Zus?tzlich konnte ein kontinuierlicher R?ckgang der Herzrate ?ber die drei Ruhebedingungen hinweg beobachtet werden (siehe Abbildung 1A [Abb. 1]).

Die Ergebnisse der ?bung zum Thema "L?gendetektor" variierte zwischen den einzelnen Studierendengruppen. Bei der Mehrzahl der Versuche konnte bereits nach einem bis zwei Durchg?ngen die gemerkte Zahl anhand der erh?hten Hautleitwertsreaktion ermittelt werden. Ein Beispiel f?r eine Hautleitwertskurve, anhand derer eine erfolgreiche L?gendetektion stattfinden konnte, ist in Abbildung 1B [Abb. 1] gezeigt.

Bei der ?bung zum Thema "Biofeedback" erzielten die Probanden in der Regel nur geringf?gige Ver?nderungen der Hauttemperatur. Im Mittel wurden zwar Temperaturerh?hungen erzielt, deren Ausma? war aber eher gering (siehe Abbildung 1C [Abb. 1]).

Bei der ?bung zur Elektroenzephalographie konnten deutliche Ver?nderungen der Alpha-Aktivit?t in Zusammenhang mit Aktivation nachgewiesen werden. Exemplarisch ist in Abbildung 1D [Abb. 1] die Ver?nderung der Amplitude der Alpha-Aktivit?t bei ge?ffneten im Vergleich zu geschlossenen Augen dargestellt.

Ergebnisse der Evaluation

Die Bewertungen von 11 der 13 Items, die mit einer Ratingskala von 1 = "trifft v?llig zu" bis 5 = "trifft gar nicht zu" beantwortet wurden, sind in Abbildung 2 dargestellt. In der Abbildung nicht gezeigt sind die Ergebnisse f?r zwei Items, f?r die die Varianz sehr gering war: die Frage nach p?nktlichem und regelm??igem Stattfinden des Praktikums (mittlere Bewertung = 1.2, SD = 0.51) sowie nach dem regelm??igen Besuch der begleitenden Seminarsitzungen (mittlere Bewertung = 1.1, SD = 0.32). Auch f?r alle anderen Items lagen die mittleren Bewertungen < 3 auf der F?nf-Punkte-Skala, also in der oberen H?lfte. Im Wesentlichen wurden die folgenden Punkte ?berdurchschnittlich positiv bewertet: Gute Strukturierung, gut verst?ndliche Darstellung, gute Betreuung bei Schwierigkeiten mit den ?bungen. Das Praktikum wurde als Bereicherung f?r den Kurs bewertet, und die theoretischen Gruppenarbeiten wurden als gute Erg?nzung f?r das Praktikum angesehen. Weniger gut bewertet wurden dagegen die Beziehungen zu Nachbardisziplinen und der Lerneffekt. Gegen einen geringen Lerneffekt spricht allerdings die Auswertung der Fragen nach den Vorkenntnissen auf dem Gebiet der Psychophysiologie zu Beginn der Kurseinheit. Hier ergab sich eine hochsignifikante Erh?hung des selbstbeurteilten Kenntnisstandes (mittlere Beurteilung vorher: 4.0 (SD = 1.1), mittlere Beurteilung nachher: 2.6 (SD = 0.8); t(160) = 11.2, p < 0.001) (siehe Abbildung 2 [Abb. 2] und 3 [Abb. 3]). Nach Schulnoten erhielt das Praktikum eine mittlere Bewertung von 2.5 (SD = 0.91).

Diskussion und Schlussfolgerung

Ziel der praktischen ?bungen war die Vermittlung eines besseren Verst?ndnisses der engen Zusammenh?nge zwischen psychischen Vorg?ngen und deren physiologischen Begleiterscheinungen. Stressbedingte Ver?nderungen der Herzrate, Anstiege der elektrodermalen Aktivit?t bei emotionalen Ereignissen sowie Ver?nderungen im EEG-Frequenzspektrum in Zusammenhang mit mentaler Aktivation und Ruhe konnten in der Regel eindrucksvoll beobachtet werden. Die einzige weniger erfolgreiche ?bung betraf das Hauttemperatur-Biofeedback; die geringf?gigen Ver?nderungen, die innerhalb der vorgegebenen drei Biofeedback-Phasen erzielt wurden, legen nahe, dass die F?higkeit zur Selbstregulation der Hauttemperatur eine l?ngere Lernphase erfordert. Anhand der Ergebnisse der ?bungen konnten im Abschlusstermin verschiedene Aspekte des wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns thematisiert werden. Das Problem der Definition einer geeigneten Baseline sowie von ?bungs- oder Erm?dungseffekten wurde bei der Betrachtung der Herzratenver?nderungen ?ber die wiederholten Ruhephasen hinweg deutlich. Zus?tzlich kann der Rosenthal-Effekt bei der Durchf?hrung und Auswertung der Ergebnisse eine Rolle gespielt haben, da es sich durchweg um interaktive Situationen handelte und die Versuchsleiter ?ber die erwarteten Ergebnisse informiert waren. Gerade beim Biofeedback konnte verdeutlicht werden, dass die Ergebnisse nur dann im Sinne eines Erfolgs der angewendeten Strategien h?tten gedeutet werden k?nnen, wenn man eine Kontrollgruppe (z.B. mit zuf?lligem Feedback) herangezogen h?tte.

Die ?berwiegend positiven Ergebnisse der Evaluation sind aufgrund des Fehlens einer Kontrollgruppe ebenfalls vorsichtig zu interpretieren. Beispielsweise w?re es m?glich, dass eine Vergleichsgruppe mit rein theoretischem Unterricht eine ?hnlich gro?e Verbesserung ihres Kenntnisstandes berichtet h?tte. Allerdings scheint uns die f?r die systematische Untersuchung des Lernerfolgs erforderliche zuf?llige Zuweisung der Studierenden auf reine Praxis- oder Theoriegruppen kaum vertretbar.

Zuk?nftige Verbesserungen sollen die Abfolge der einzelnen Termine betreffen. So wurde es im Nachhinein als g?nstiger angesehen, den Termin zu den Grundlagen der verschiedenen physiologischen Messgr??en vor Beginn der praktischen ?bungen durchzuf?hren, um den Studierenden bessere Voraussetzungen f?r ein Verst?ndnis der Vorgehensweise und der Ergebnisse zu bieten. In Zukunft werden wir anstelle der Hauttemperatur das Elektromyogramm der Nacken-Muskulatur als Zielgr??e f?r Biofeedback verwenden, da in der kurzen Zeit keine Kontrolle der Hauttemperatur erlangt werden konnte. Die Muskelanspannung ist prinzipiell der willk?rlichen Steuerung leichter zug?nglich als autonome Funktionen [13] und sollte daher eher zu einem wahrnehmbaren Erfolg der Biofeedback-?bung f?hren. Zum Erlernen einer messbaren Beeinflussung der Hauttemperatur werden dagegen typischerweise 3-4 Lerneinheiten von jeweils etwa zehn Minuten Dauer ben?tigt [14].

Von diesen Modifikationen erhoffen wir uns eine weitere Verbesserung des selbstbeurteilten Lernerfolgs. Zusammenfassend haben uns die positiven Ergebnisse der Evaluation ebenso wie der pers?nliche Eindruck aus den Interaktionen mit den Studierenden w?hrend des Praktikums in unserem Entschluss best?rkt, ein Psychophysiologie-Praktikum als Teil des Kurses der Medizinischen Psychologie und Medizinischen Soziologie fest zu etablieren.

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Literatur

[1] Birbaumer N, Schmidt RF. Biologische Psychologie. Berlin: Springer; 2005.
[2] Heinrichs M, Kaiser J. Messmethoden der Verhaltensmedizin - Diagnostik und Evaluation anhand psychologischer und biologischer Parameter. In: Ehlert U. Verhaltensmedizin. Berlin: Springer. 2002:133-164.
[3] Ehlert U. Verhaltensmedizin. Berlin: Springer; 2003.
[4] Rief W, Birbaumer N. Biofeedback. Stuttgart: Schattauer; 2006.
[5] Sch?ler J, Dietz F. Kurzlehrbuch Medizinische Psychologie und Soziologie. Stuttgart: Thieme; 2004.
[6] Buser K, Schneller T, Wildgrube K. Medizinische Psychologie Medizinische Soziologie. 5. Auflage. M?nchen: Urban & Fischer; 2003.
[7] Rau H, Pauli P. Medizinische Psychologie/Medizinische Soziologie systematisch. 2. Auflage. Bremen: Uni-Med; 2004.
[8] LeDoux JE. Das Ged?chtnis f?r Angst. In: G?nt?rk?n O. Biopsychologie. Heidelberg: Spektrum. 1998:96-103.
[9] ?hmann A. Erlernte Angst. Dossier "Die Welt im Kopf". Spektrum Wissensch. 2005;4:46-52.
[10] Holsboer F. Stress und Hormone. Dossier "Neurobiologie der Angst". Spektrum Wissensch. 1999;3:50-53.
[11] Kaluza G. Stress-Bew?ltigung und Gesundheit. Dossier "Neurobiologie der Angst". Spektrum Wissensch. 1999;3:54-56.
[12] Strehl U. Neurofeedback. Psychomed. 2004;14:11-17.
[13] Strehl U, Hinterberger T, Veit R, Birbaumer N. Entwicklungen der medizinischen Psychologie: Neuroprothesen f?r neurologische Erkrankungen. In Balck F. Anwendungsfelder der medizinischen Psychologie. Heidelberg: Springer. 2005:117-125.
[14] Kraft U. Lenke deinen Geist! Gehirn Geist. 2005;09:12-19.