H7. Manipuleren en meten Flashcards
Obductie
Post-mortem kunnen de hersen veel vertellen
- CVA’s
- Meningioom en Glioom
- zwarte stof (bijv. Parkinson)
Statische/ anatomische afbeeldingen
Snapshot van de anatomie
Functionele/ dynamische afbeeldingen
Functie is af te leiden uit de image
Spatiële resolutie
Hoe gedetailleerd worden hersenstructuren weergegeven (mm - cm)
Temporele resolutie
Hoe nauwkeurig is de meting in de tijd (ms-min)
Invasiviteit
Hoe ver moet je het brein in
- niet = non-invasief
- wel = erg invasief
Stereotactisch apparaat
Bepaald heel nauwkeurig een precieze locatie in de hersenen
- psychochirurgie
- deep brain stimulation
Ablatie
Delen weg halen
Laesie
Incisie maken en deel uitschakelen
Reversibele laesie
Voorkomt dat het omliggende gebied in de laesie komt doormiddel van koelen en neurotransmitters (GABA)
–> Gebied wordt dan tijdelijk uitgeschakeld ipv blijvend
Irreversibele laesie
Blijvende laesie –> brein gaat compenseren (neuroplasticiteit)
- Elektrolytisch = wegbranden dmv. elektroden
- Neurotoxisch = vergiftiging van weefsel via infuus
- High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) = opwarmen met geluidsgolven
- wegzuigen met stofzuigertje
Deep Brain Stimulation
Elektrodes in de hersenen stimuleren met kleine shockjes een specifiek gebied om gedrag te faciliteren
–> veel bij Parkinson (basale ganglia, globus pallidus en sub thalamische nucleus)
Optogenetica
Manipuleren en meten van neurale activiteit in ‘natuurlijke bewegende’ dieren
–> genetisch manipuleren om op lichtgolven te reageren en dan experimenteren met lichtgolven
Transcraniële Magnetische Stimulatie (TMS)
Met een hele sterke magneet de hersenen stimuleren
- 8 vormige spoel waar heel kort een hele sterke stroom doorstroomt (magnetisch veld)
- Het magnetisch veld verstoort de ionen stroom in je hersenen
Online rTMS
rTMS tijdens een taak met herhaaldelijke stimulatie
Offline rTMS
rTMS waarbij voor de taak herhaaldelijk is gestimuleerd
–> bijv. om onderactieve gebieden bij depressie actiever te maken
Single Pulse rTMS
Reactie op een enkele stimulus
Single Cell Recordings
- Extracellulair: meten van elektronische activiteit van meerdere neuronen
- Intracellulair: meten van elektrische activiteit van 1 neuron –> kan alleen in een petrischaaltje of hersenplakje
Elektro-encefalografie EEG
Meet graduele actiepotentialen met gelijke orientatie die gelijkertijd actief zijn
+ goedkoop, non-invasief en hoge temporele resolutie (1 ms)
- lage spatiele resolutie (>1cm), bron van activiteit is moeilijk te achterhalen
Elektrocorticografie
EEG maar dan met sensoren direct op het hersenweefsel
Event Related Potentials ERP
Reactie op herhaaldelijke stimulus meten, kan ook locatie in het brein localiseren.
- respons op een bepaalde stimulus analyseren, bijv. opverprikkeling op geluid bij autisme
Magneto-encefalografie
Activiteit meten via magnetisme\
+ non-invasief, hoge temporele resolutie (1 ms), hoge spatiele resolutie (2-3 mm)
- duurder dan EEG, bron van activiteit moeilijk te achterhalen
Bronlokatie EEG en MEG
Inverse probleem: geen oplossing voor waargenomen activiteit
–> meerdere bronnen kunnen tot dezelfde activiteit leiden
- met a priori kennis over hersenfuncties kun je het meest plausibel afleiden
Histologie
Post-mortem hersenweefsel kleuren om individuele cellen zichtbaar te maken
Computed Tomography CT
Via X-rays plakken van het brein zichtbaar maken in een computer (CT-scan), kan een 3D brein mee gemaakt worden
–> goed voor botbreuk, hersentumoren of laesies te lokaliseren
+ goedkoop en hoge spatiele resolutie (1 mm)
- Xray is invasief en kan DNA beschadigen en lage temporele resolutie (1 sec)
Het beeld komt door absorbtie:
- veel absorbtie (bot) is wit
- weinig absorbtie (vocht) is zwart
–> er is dus geen onderscheidt tussen witte en grijze stof
Magnetic Resonance Imaging MRI
Magnetisch veld door je brein, orientatie van waterstof
- veel waterstof (cellichamen) is zwart
- weinig waterstof (axonen) is wit
–> er is dus wel onderscheidt tussen witte en grijze stof
+ hoge spatiele resolutie (1-5 mm), non-invasief en onderscheidt witte en grijze stof
- lage temporele resolutie (1-4 sec), duur, langzaam en veel herrie
Diffusion Tensor Imaging (DTI)
MRI die stroomrichting van waterstof detecteerd
- beweging is makkelijk in axon en moeilijk in cellichaam
–> afbeelding van zenuwbundels in het centrale zenuwstelsel en verandering in myelinisatie van axonen (multiple sclerose)
Magnetic Resonance Angiography MRA
MRI om bloedvaten in beeld te brengen
Functionele MRI (fMRI)
Meerdere MRI’s over langere tijd
-> via blood oxygen level dependence respons –> meer bloed naar actieve gebieden (zuurstofrijk bloed is minder magnetisch dan zuurstofarm)
+ non-invasief, hoge spatiele resolutie (1-5 mm)
- lage temporele resolutie (10 sec)
Functional near infrared spectroscopy fNIRS
Infra rood in het brein
–> verschillende absorptie in zuurstofrijk en -arm bloed, zuurstof verbruik wordt gemeten
+ goedkoop, non-invasief, hoge spatiele resolutie (1 cm), hoge temporele resolutie (100 ms)
- max diepte is 2 cm dus alleen oppervlakkige lagen
Positron emission tomography PET
Radioactieve deeltjes in patient –> energie komt vrij bij botsing (positronen), met PET scanne is gammastraling van positron te meten –> meten van metabolische activiteit, zuurstof, glucose, neurotransmitters en eiwitten (bijv. minder dopamine bij verslaafde)
+ hoge spatiele resolutie (4-6 mm)
- lage temporele resolutie (2 min), invasieve injectie en duur
Volgorde Spatiële resolutie
- CT (1mm)
- MRI (1-5mm)/ fMRI (1-5mm)
- MEG (2-3mm)
- PET (4-6mm)
- fNIRS (1cm)
- EEG (>1cm)
Volgorde Temporele resolutie
- EEG (1ms)/ MEG (1ms)
- fNIRS (100 ms)
- CT (1sec)
- MRI (10sec)
- fMRI (1-4sec)
- PET (2min)
Waarom kan EEG geen actiepotentialen meten?
Alleen meetbaar als ze in grote clusters optreden
- te kort
- te weinig neuronen op hetzelfde moment
- axonen gaan in verschillende richtingen
Waarom kan EEG wel graduele potentialen meten?
- langer aanwezig
- zijn lokaal (gaan niet over een axon in een richting)
- op dendriete en cellichamen –> loodrecht op de cortex
Kleuring met straling
Veel bot (hoge dichtheid) = wit –> veel absorptie
Veel vloeistof (lage dichtheid) = zwart –> weinig absorptie
Kleuring met magnetische imaging
Cellichaam (veel water) = donker –> grijze stof
Axonen (geen water) = licht –> witte stof
EEG en fNIRS combinatie
Hoge temporele resolutie
Redelijk hoge spatiële resolutie
–> Nadeel: max 2 cm diep
EEG en fMRI combinatie
Hoge spatiële resolutie
Hoge temporele resolutie
–> Nadeel: dure EEG versterkers en elektroden die door MRI kunnen
