HC2 H7 Imaging de breinactiviteit Flashcards
Spatiële resolutie
Resolutie = oplossend vermogen, ofwel de precisie van de meetschaal): de mate waarin men verschillende hersengebieden van elkaar kan onderscheiden (dus de scherpte van foto of scan)
Hoe hoger. hoe beter
Temporele resolutie
Mate waarin men snelle activiteit veranderingen van elkaar kan onderscheiden (precisie van de tijdklok)
Hoe hoger, hoe beter
Single-cell recording
Registratie van potentialen van afzonderlijke neuronen (dieronderzoek, soms ook bij patiënten tijdens hersenoperaties/ bij epilepsie)
- Uitstekende spatiële en temporele resolutie
Elektro-encefalografie (EEG)
– Kan inzicht geven in anatomische en functionele
afwijkingen van de cortex (bijv. tumoren, epilepsie,
hersenbeschadiging, pathologische
slaaptoestanden, effecten van toxische stoffen en
farmaca, o.a. tijdens anesthesie)
– Ruwe EEG: niet zo veel informatie over specifieke
cognitieve processen
– Goede temporele en matige spatiële resolutie
(volume conduction!)
– Toepassing: voornamelijk neurologische
diagnostiek
– Moderne toepassing: aansturing van externe
hulpmiddelen (BCI)
Coherence theorie
Heeft het doel om de single-cell activiteit van het brein te relateren aan EEG-activiteit
Hoog: wanneer EEG een hoge, langzame golf laat zien en single-cell activiteit een hoge correlatie heeft
Laag: wanneer EEG een laag voltage en hoge frequentie heeft van een beta patroon en als single-cell activiteit een lage correlatie laat zien
Elektrocorticografie (ECoG)
Procedure voor intracraniale EEG opname tijdens een operatie, elektroden worden direct op oppervlak van brein geplaatst, zodat er een betere manier van identificeren van een epileptische aanval beschikbaar is
Event-Related Potential (ERP)
Potentiaalverdeling van een ERP over de cortex: “topographic mapping”
– ERPs op verschillende locaties: tijdsverloop informatie verwerking (‘route’ van stimulus door de cortex)
* ERPs hebben goede temporele en matige spatiële resolutie
* Toepassing: klinische diagnostiek en wetenschappelijk onderzoek in
neurologie, klinische neuropsychologie (steeds vaker), en psychiatrie
ERP - vroege en late corticale componenten (N1, P2)
Automatische reacties op de stimulus
» Aandacht voor de stimulus is dus niet strikt vereist (zelfs tijdens slaap)
» Vooral bepaald door eigenschappen van de stimulus
» Geven onder andere aan of er stoornissen zijn in zintuig, in
verbinding tussen zintuig en cortex, of in sensorische cortex
ERP - Cognitieve componenten (P300, N400, etc)
» Bewuste, cognitieve reacties op de stimulus
» Worden bepaald door subjectieve betekenis van de stimulus
voor de persoon, en dus ook door diens aandacht voor de
stimulus
» Kunnen een indicatie vormen van cognitieve stoornissen
Latentietijd
Tijd tussen prikkeling en reactie
Magneet- encefalografie (MEG)
Magnetische tegenhanger van EEG en ERP
Soort haardroger op je hoofd
Magnetisch veld om het axon, dat meet je met MEG
Het wordt niet door schedel afgeketst, dus preciezere meting dat bij EEG
Betere spatiële resolutie, zelfde temporele resolutie als EEG
Dure methode!!
Deep Brain Stimulation (DBS)
Intracraniale hersenstimulatie
* Al vroeg gebruikt voor bepaling van corticale
functies tijdens hersenoperaties (“brain mapping”), invasief
* Tegenwoordig ook voor therapie (o.a. ziekte van
Parkinson, epilepsie, psychiatrische stoornissen)
* Goede spatiële resolutie
* Toepassing: neurologie, psychiatrie
Remote Deep Brain Stimulation
- Twee kruisende hoog-frequente stroompjes van buiten de schedel
- Nanoparticles in specifieke hersenlocatie (eenvoudigere
operatie), stimuleren met near infrared light (nabij-infrarood)
Transcraniële magnetische stimulatie (TMS)
Non-invasief, kort krachtig stroompje produceert magnetische veld dat een elektrisch veld in hersenen veroorzaakt
– Aanvankelijk alleen gebruikt voor “brain mapping” tijdens hersenoperaties,
nu ook voor onderzoek naar “mapping” van cognitieve taken
– Therapeutische toepassingen door middel van activering of inactivering (o.a.
depressie, angststoornissen en andere emotionele stoornissen; schizofrenie;
chronische pijn; motorische stoornissen)
– Matige spatiële resolutie
– Toepassing: neurologie, (klinische) neuropsychologie, psychiatrie
rTMS
Gebieden inactiveren, virtuele lesie
Beeldvorming hersenen - onderscheid
Onderscheid tussen anatomische en functionele imagingtechnieken
Anatomisch: bepalen van anatomische structuur van hersenen (CT, MRI, MRS, DTI)
Functioneel: bepalen van dynamische activiteit van hersenen (fMRI, PET, SPECT, fNIRS)
Bij de meeste technieken:
computerreconstructie van 3-
dimensionale hersenbeelden op basis
van een groot aantal parallelle,
horizontale 2-dimensionale beelden
(horizontale ‘slices’)
Computer tomografie (CT)
- 2D of 3D röntgenbeeld van hersenen
- Stralen worden meer geabsorbeerd naarmate weefsel grotere dichtheid heeft
- Geeft inzicht in anatomische afwijkingen (laesies, tumoren)
- Redelijk goede spatiële resolutie, maar grijze en witte stof niet te onderscheiden
- Voxel: elke punt op CT-beeld representeert zo’n 1mm diameter cirkel van weefsel, wat voxel wordt genoemd
- toepassing: neurologische en psychiatrische diagnostiek
MRI
- Weergave van anatomische structuur hersenen basis van verschillen in dichtheid van waterstofatomen tussen verschillende structuren
- Zeer goede spatiële resolutie
- Magnetisch veld wordt gemeten in tesla (T)
- toepassing: neurologische en psychiatrische diagnostiek
MR spectroscopie (MRS)
- Weergave van tal specifieke chemische substanties in neuronen (DNA, RNA, myeline etc)
- Weergave van concentraties van specifieke NT binnen het brein, vb GABA
- Geeft ook gliacellen en andere niet-neuronale substanties
- Geeft inzicht in afwijkingen van hersencellen en gliacellen
Toepassing: vooral wetenschappelijk onderzoek naar
hersenafwijkingen en cognitieve functies (neurologie, klinische
neuropsychologie) - Klinische toepassing: vooral bij kinderen voor aantonen metabole
stoornissen, maar ook bij beroertes en epilepsie
Verschil MRI en MRS
MRI werkt op waterstofatomen (80% van brein), MRS meet overige 20% van brein; celmembranen, DNA etc
Diffusie tensor imaging (DTI)
- MRI-methode om selectief zenuwvezels (witte stof) weer te geven
- Geeft inzicht in afwijkingen van zenuwbanen (MS)
- DTI geeft bvb de verbindingsneuronen weer tussen gebied van Wernicke en Broca
- toepassing: diagnostiek en wetenschappelijk onderzoek (neurologie, klinische neuropsychologie, psychiatrie)
Functioneel magnetisch resonantie imaging (fMRI)
- Zuurstofverbruik van hersenen
- Zeer goede spatiële resolutie (MRI betere)
- Matige temporele resolutie
- Goede betrouwbaarheid van individuele registraties
- toepassing: diagnostiek en wetenschappelijk onderzoek (neurologie, neuropsychologie, psychiatrie)
fMRI tijdens rusttoestand (rs-fMRI)
- Ook in normale rusttoestand zijn hersenen vrij actief
- Afwijkingen van normale beeld tijdens rust zijn gevonden tijdens vrijwel alle belangrijke neurologische en psychiatrische aandoeningen (bijv. halfzijdige verlamming na CVA, ziekte
van Alzheimer, depressie, ADHD)
– Toepassing: wetenschappelijk onderzoek (neurologie, klinische neuropsychologie (kinder)psychiatrie)
Positron emissie tomografie (PET)
Geeft inzicht in stofwisseling (metabolisme), doorbloeding (perfusie), of
enzymactiviteit in specifieke hersengebieden
- Registratie opname van radioactief gelabeld materiaal geïnjecteerd in bloed door hersenen
- Grotere opname op bepaalde locatie = sterkere bloedstroom = sterkere lokale hersenactiviteit
- Goede spatiële resolutie maar slechte temporele resolutie, duur!
- Rode en gele gebieden hoge bloedstroom, blauw en groen minder
- Geeft inzicht in metabolische processen of activiteiten van transmittersubstanties in specifieke hersengebieden
Single-foton emissie computer tomografie (SPECT)
Techniek vergelijkbaar met PET maar minder nauwkeurig
Functioneel nabij infrarood spectroscopie (fNIRS)
- Registreert veranderingen in zuurstofgehalte in bloed, door 2-golflengtes van nabij-infrarood licht te gebruiken
- Nabij infrarood licht op schedel door glasvezel
- Detectors: gedeelte van fotonen dat terugkeert naar schedel
- Spatiële resolutie beter dan EEG, maar slechter dan fMRI
- Veilig, geen lawaai, minder gevoelig voor beweging
Statische beeldtechnieken
Beelden met röntgenfoto’s
Conventionele radiografie
Röntgenstraling gaat door schedel op röntgengevoelige film (botten zijn wit, hersenen grijs en ventrikels zijn zwart)
Pneumoencefalografie
Methode voor het verbeteren van de conventionele radiografie door voordeel te nemen van dat röntgenstraling niet wordt geabsorbeerd door lucht
- Pijnlijk en invasief, verplaatst door MRI
- Cerebrospinale vloeistof vervangen door lucht, en dit kan gevaarlijk zijn
Angiografie
Methode voor het maken van beelden van bloedvaten, er wordt een substantie ingespoten in de bloedvaten dat geabsorbeerd wordt door röntgenstraling (gevaarlijk en pijnlijk)
Elektrische/magnetische hersenactiviteit meten met:
EEG
MEG
Stimulatie hersenen meten met
DBS
TMS
Hersenstructuur meten met
CT
MRI
DTI
Hersenfunctie meten met
fMRI
fNIRS
PET
Neurotransmitters meten met
PET
MRS
