H2: Methoden in de neurowetenschappen Flashcards
Structurele methoden (3):
- CAT
- DTI
- MRI
Functionele methoden (6):
- Single cell recording
- EEG
- ERP
- MEG
- PET
- fMRI
Voordelen / nadelen: CAT (Computerized Axial Tomography) (ook CT)
Voordelen:
- goedkoop en ruim beschikbaar
Nadelen:
- Ionisatie (ionetische stralen = niet gezond)
- Lage(re) spatiale resolutie
Onderscheid beroerte en bloeding (bij CAT / CT)
Bij een beroerte sterven neuronen af en worden ze vervangen door CSV, op de scan wordt dit gedeelte dus ZWART.
Bij een bloeding komt er een plaatselijke bloed uitstorting, op de scan heeft dit een WITTE kleur.
Stappen MRI:
- Statisch veld (alignering / aflijning)
- Pulse sequentie (afleiden waar de atomen zijn)
- Gradient veld (geeft aan welk gebied signaal geeft)
- Receiver coil (meet tijd tot herstel > relaxatie)
Voordelen / nadelen MRI:
Voordelen:
- grote spatiale resolutie
- geen röntgenstraling
Nadelen:
- niet mogelijk wanneer je een elektrisch toestel / metaal in je hebt (vb: pacemaker)
Diffusion Tensor Imaging (DTI):
Nieuwe techniek: gebeurt met MRI scanner
= visualiseert VERBINDINGEN tussen hersengebieden
= bij hersenletsels zien we zo welke verbindingen zijn afgestorven
Bij functionele methoden zien we twee groepen:
- Elektrische en Magnetische fluctuaties:
> Single cell
> EEG / ERP
> MEG - Veranderingen in metabolisme:
> PET
> fMRI
Voordelen / nadelen Single cell recording:
Voordelen:
- accuraat temporeel EN spatiaal
Nadelen:
- zeer invasief! Dus niet vaak toegepast bij mensen
- moeilijke om connecties te leggen of netwerken te bepalen
EEG (Electroencephalografie)
= Elektrische veranderingen ter hoogte van de schedel meten
= Ook gebruikt voor epilepsie-onderzoek!
Voordelen:
- Temporeel nauwkeurig!
Nadelen:
- Spatiaal niet nauwkeurig (door geleiding over de schedel!)
Betekenis golven gemeten met EEG:
Alfa golven = ontspanning
Beta golven = zeer actief
Deltagolven = diepere slaap
ERP (event-related potentials):
= Hoe reageren hersenen bij het verwerken van een bepaalde stimulus?
= Principe: meting van elektrische activiteit gekoppeld aan een gebeurtenis (stimulus of respons)
(ZELFDE ALS EEG MAAR HIER WORDEN ER CAUSALE VERBANDEN GELEGD)
Twee soorten componenten bij ERP signalen:
- Reactie op omgeving…
- Gestuurd vanuit hersenen…
- Exogeen = heel vroeg observeerbaar
(gekoppeld aan stimulus) - Endogeen = later in de curve
(gekoppeld aan cognitieve processen)
ERP: P/N signaal
= Positieve / negatieve voltage
ERP: P1/N1 signaal
= Hoeveel aandacht geschonken wordt aan stimulus op het moment van aanbieding
(als stimulus verschijnt op plaats waar aandacht gevestigd wordt heb je een hoge P1/N1)
ERP: N2 signaal
= Wanneer je iets ABNORMAALS registreert
steeds lage tonen horen en plots een hoge toon
ERP: N4 signaal
= Wanneer een woord gedetecteerd wordt dat deviant is t.o.v. vorige woorden (soort N400)
ERP: P3 signaal
= Wanneer we een bepaalde VERWACHTING hebben en er gebeurt iets anders dan wordt de P3 groter
Vier soorten ERP-signalen:
P1/N1: gemoduleerd door aandacht
N2: mismatch negativity
P3: geheugenupdating / verwachting verandert
N4: semantisch deviant
ERN = Error related negativity (bij fouten)
= Bij het MAKEN van een fout stijgt de ERP direct enorm (sterke reactie!)
= Bij het ZIEN van een fout blijft de ERP rond de basislijn
Elektrocorticografie (ECoG):
Men legt de hersenen open terwijl de patiënt wakker is en men brengt elektrodes aan om te zien wat de patiënt nog kan als bepaalde gebieden geprikkeld worden.
MEG (Magnetoencephalografie):
Op basis van magnetische fluctuaties uitspraken doen over welke gebieden op welke momenten actief zijn.
Voordelen / nadelen MEG:
Voordelen:
- Accurater dan EEG (want minder gevoelig voor geleiding)
Nadelen:
- Enorm duur toestel, EEG is véél goedkoper
PET (positron emissie tomografie):
= Metabolische meting!
= PET kijkt naar het Algemene functioneren!
Positron + elektron = annhilatie (heffen elkaar op) -> Foton!
- Temporele resolutie = paar tientallen seconden (cumulatieve meting)
- Spatiale resolutie = enkele millimeters
rCBF (regioanl Cerebral Blood Flow)
= Kijken waar en hoeveel bloed er stroomt
= Men gaat deze vorm van PET gebruiken om de hersenen van een normaal persoon te vergelijking met de patiënt.
Subtractiemethodes PET:
- Conjunctie
- Factoriële designs
- Parametrisatie
Hersendeel belangrijk voor getallen:
Pariëtale cortex!
Statistical Parametric Mapping:
= Statistische waarden afbeelden op de hersenen. We kijken dus naar deze WAARDEN en niet naar de bloedstroom zelf.
Voordelen / nadelen PET:
Voordelen / mogelijkheden:
- GROTE STERKTE: Door de selectiviteit van je tracers kan je héél specifieke aken afleiden die je met fMRI niet kan afleiden!!! (banen van neurotransmitters bvb).
Nadelen / beperkingen:
- Radioactiviteit: kan maar # keer deelnemen
- Beperkte spatiale resolutie (veel proefpersonen nodig!)
- Beperkte temporele resolutie (alleen geblokte designs mogelijk)
- Duur
fMRI: Functionele Magnetische Resonantie imaging
= Meet de VERANDERING in verhouding tussen zuurstofrijk / zuurstofarm bloed.
Actieve hersengebieden -> verhoging zuurstoftoevoer.
(= Het grote verschil met PET is dat we niet de VOLLEDIGE STROOM meten maar enkel zuurstofrijk vs zuurstofarm bloed)
Grote sterkte fMRI in vergelijking met PET:
Bij PET zitten we vast met designs van 3minuten (om te kunnen smoothen en generaliseren etc.), bij fMRI duurt elke BOLD-meting 10-14 seconden, we kunnen dus veel makkelijker trials afwisselen en event-gerelateerd gaan werken.
Voordelen / nadelen block design:
Voordeel:
- Maximaal contrast signaalsterkte tussen de verschillende condities.
Nadeel:
- Mensen beginnen strategieën te ontwikkelen.
Voordelen / nadelen event-related design:
Voordelen:
- Stimulus en baseline alternerend
- Alternatie / wisselen van condities
- Verhoogde TEMPORELE RESOLUTIE -> door fMRI data te kunnen linken aan gedrag
Nadeel:
- Veel metingen nodig voor je data kan afleiden
Voordeel stochastisch design (fMRI):
= Condities op random manier afwisselen
(experimenteel / controle / 1-2-2-1 / …)
> Hoge temporele resolutie!
Voordelen fMRI:
- Betere spatiale en temporele resolutie (maar nog beperkt)
- Geen beperkingen qua scans (niet schadelijk)
- Minder proefpersonen nodig (door betere resolutie)
- Minder duur
- Niet invasief
Combinatie fMRI-ERP/MEG
EEG = slecht spatiaal maar sterk temporeel fMRI = goed spatiaal maar zwak temporeel
Structural aquiation modelling =
(soort fysiologische factoranalyse)
= We kijken naar de correlatie van de activiteit in één gebied met een ander gebied.
Dnamic casual modelling =
= Correlaties: nog geen info over de richting!
Deze techniek slaagt hier wel in omdat het rekening houdt met wanneer het BOLD signaal optreedt.
Multivariate decodingtechniek (hoort bij fMRI)
= Patroon van voxels bekijken
= We kijken niet naar de verschillende activiteit per BEELD maar naar het patroon van activiteit over verschillende beelden. Dit is interessant omdat er in het patroon informatie kan zitten dat niet door de univariate manier van meten kan opgepikt worden.
*! Van de multivariate techniek wordt veel verwacht omdat nu duidelijk geworden is dat we met univariate techniek informatie over het hoofd zien of verkeerd interpreteren.
Sterktes functionele methodes:
EEG / ERP / MEG
+ Sterk temporeel!
- Zwak spatiaal
PET / fMRI
+ Sterk spatiaal!
- Zwak temporeel
Disconnectie syndroom
Beschadigd deel van hersenen kan verbindingsvezels bevatten die twee structuren verbinden.
Beperkingen patiënten onderzoek (3):
- Heterogeniteit (individuele verschillen in hersenen!)
- Indirecte observatie (nooit 100% zeker dat een bepaald gebied een bepaalde functie heeft)
- Onderschatting van bijdrage van bepaalde gebieden.
Multiple case approach
Groepsgemiddelde + individuele variabiliteit in beeld brengen.
Drie mogelijke methodes:
- TMS
- Intracraniale studies
- Neurologische patiënten
TDCS (Transcranial direct current stimulation)
= Positieve en negatieve energie op hersenen brengen en er stroom door sturen
-> Lokaal neuronen doen vuren
Intracraniale stimulatie
= Tijdelijk hersenregio’s deactiveren (man met Parkinson bakje)
= Techniek laat toe om CAUSALE UITSPRAKEN te doen
Deep brain stimulation
(onderdeel van intracraniale stimulatie)
= Elektrode inbrengen waarbij we bepaalde gebieden elektrisch kunnen stimuleren.
“Bij welke aandoeningen kunnen we ‘Deep brain stimulation’ toepassen?”
- Epilepsie
- Parkinson
- Depressie, obsessief-compulsieve stoornis, Tourette, …
Voordelen / nadelen ERP:
Voordelen:
- Temporeel nauwkeurig
Nadelen:
- Spatiaal zeer onnauwkeurig (weer geleidings/inversieprobleem)
