Metoder att studera hjärnan

Question 1

Vilka metoder kan ge oss kausalitet dvs orsakssamband, dvs vilka hjärnregioner är nödvändiga och tillräckliga för en given funktion?

Answer 1

• Patientstudier/lesionsstudier

- TMS (transkraniell magnetisk stimulering)

Question 2

Vilka metoder ger en samvariation mellan experimentvariabel och hjärnaktivitet?

Answer 2

• Hemodynamiska metoder (PET, fMRI)
• Elektromagnetiska metoder (EEG, MEG)
• Single-/multi cell recordings

Question 3

Vad betyder TMS?

Answer 3

Transcranial magnetic stimulation

Question 4

Vad gör man vid TMS?

Answer 4

 Med TMS har man möjlighet att tillfälligt ”slå ut” kortikala områden på friska försökspersoner, s.k. ”virtual lesions”
 Finns även nyare liknande metoder: ’focused ultrasound’ och ’transcranial direct current stimulation’
 Åstadkoms genom att skicka en magnetisk puls genom skallbenet
 Två vanliga tillvägagångssätt:
 Single-pulse stimulation – enskilda pulser skickas in och man kan
studera effekterna på t ex kognition. Inga negativa biverkningar har
rapporterats av denna typ av stimulering.
 Repetetive TMS (rTMS) – ett antal pulser skickas i snabb följd. Detta ger en större effekt, men också risk för biverkningar.
Vid TMS placeras en spole på försökspersonens huvud.
Man jämför prestation på en specifik mental uppgift efter stimulering (störning) av en hjärnregion med prestation utan störning.
Jämförbart med patientstudier.

Question 5

Vad är för- och nackdelarna med TMS?

Answer 5

 Fördelar:
 Ger kausal information
 Kan ge god temporal information

 Nackdelar:
 Begränsade delar av hjärnan kan stimuleras
 Biverkningar vid rTMS
 Diffust verkningsområde (m.a.p. hjärnregion)

 Både för- och nackdel:
 Effekten kan bero på vilket tillstånd systemet (hjärnan) är i (ex.pigg vs. trött, glad vs. ledsen)

Question 6

Vad står EEG för?

Answer 6

Elektroencefalografi

Question 7

Vad gör man vid EEG?

Answer 7

Med EEG mäter man de elektriska potentialer som alstras av neuronal aktivitet, genom elektroder på hjässan. T.ex. kan man mäta förändringar i EEG-mönster under sömn/vakenhet, epileptiska anfall m.m.
Används ofta när tidsmässiga aspekter av en viss neural process är av intresse.

Question 8

Vad är för- och nackdelarna med EEG?

Answer 8

FÖRDELAR:
Mkt bra temporal (tidsmässig) upplösning (ms)
Direkt mått på hjärnaktivitet (tar ej “omvägen” via blodflöde)
Relativt billigt
Utrustningen är portabel

NACKDELAR:
Dålig spatial upplösning
Begränsad lokalisering av aktivitet
Kommer ej åt subkortikala strukturer väl

Question 9

Vad står MEG för?

Answer 9

Magnetoencefalografi

Question 10

Vad gör man vid MEG?

Answer 10

Liknar EEG, men registrerar magnetiska fält istället för spänningar.
Signalen har bättre kvalitet och MEG har därför bättre spatial upplösning.

Question 11

Vad är för- och nackdelarna vid MEG?

Answer 11

FÖRDELAR:
Mkt bra temporal upplösning (ms)
Bättre spatial upplösning än EEG
Direkt mått på hjärnaktivitet

NACKDELAR:
Kräver magnetiskt avskärmat rum.
Dålig spatial upplösning jämfört med PET och MRI.
Begränsad “åtkomst” till hjärnaktivitet; mäter framför allt cortikala regioner med nervceller orienterade vinkelrät mot skallbenet (sulci).

Question 12

Vad står PET för?

Answer 12

Positron Emission Tomography

Question 13

Vad gör man vid PET?

Answer 13

Funktionell hjärnavbildning genom att mäta fördelningen av ett radioaktivt ämne i blodet, och därmed i hjärnan.

Question 14

Vad är för- och nackdelarna med PET?

Answer 14

FÖRDELAR:
Tyst
Mäter hela hjärnan
Kan få andra mått än regional syreupptagning, t ex receptordensitet för en viss neurotransmittor.

NACKDELAR:
Måste injicera radioaktiva substanser i kroppen
Begränsad till blockad design
Dyrt (cyklotron med personal)

Question 15

Vad görs vid fMRI?

Answer 15

Mäter blodets halt av syresättning, vilket påverkar dess magnetiska egenskaper

Question 16

Vad är för- och nackdelarna med fMRI?

Answer 16

FÖRDELAR:
Mäter hela hjärnan
Relativt god spatial och temporal upplösning
Inga ingrepp på deltagaren
Tillåter flexibel experimentdesign - blockad eller event-relaterad
Billigare än PET (fortfarande dyrt!)

NACKDELAR:
Omgivningen; högljudd, trångt utrymme
Känslig för huvudrörelser
Indirekt mått på hjärnaktivitet (via blodflöde)

Question 17

Ponera att du finner att en grupp patienter har en relativt begränsad skada på hjärnregion x samt nedsatt prestation på test y jämfört med en kontrollgrupp. Problematisera fyndet utifrån styrkor/svagheter i metoden.

Answer 17

Fyndet påvisar ett samband mellan region x och prestation på test y. Styrkan är att metoden (Enkel Dissociation) kan generera stöd för kausalt samband mellan region x och prestation y.

Finns dock en rad svagheter:
Patienter kan ha olikartade skador samt även andra regioner än x kan vara skadade för vissa. Detta skapar problem när det gäller validiteten.
Andra problem är att hjärnan är plastisk och att då andra regioner kan ta över när vissa delar skadats.
Om andra regioner indirekt drabbats av skador så påverkar det också i sin tur prestation på test y, oavsett om region xä r inblandad eller inte i de funktioner som mäts med test y.

Question 18

Beskriv en alternativ metod som kan användas för att komplettera de svagheter som finns i ovanstående exempel, med motivering.

(du finner att en grupp patienter har en relativt begränsad skada på hjärnregion x samt nedsatt prestation på test y jämfört med en kontrollgrupp)

Answer 18

Man kan använda sig av en dubbel dissociation, där en patientgrupp med en viss typ av hjärnskada och prestationnedsättning jämförs med en patientgrupp som har en annan typ av hjärnskada och annan prestationsnedsättning. Således ska patientgrupperna prestera bra på den uppgift där de inte har en skada (som då den andra gruppen presterar sämre på) och dåligt på den uppgift som påverkats av skadan.

Metoderna skiljer sig också i avseenden på slutsatser man kan dra från data;
Korrelation och kausalitet. Korrelationsstudier ger information om samvariationen mellan experimentvariabel och hjärnaktivitet, det vill säga att de associerar utförandet av en viss kognitivi uppgift med ett visst mönster av aktivitetsförändring i hjärnan. Man kan dock inte uttala sig om hu ruvudia en region som uppvisar förändrad aktivitet är nödvändig för uppgiftens utförande. Exempel på sådana metoder: Hemodynamiska metoder (PET och FRMI), Elektromagnetidska metoder (EEG och MEG) samt Single-cell recordings. Kausalitetsstudier ger information om orsakssamband: vilka hjärnregioner är nödvändiga och tillräckliga för given funktion? Detta undersöks med fördel genom TMS tekniker

Question 19

Vad menas med att hemodynamiska metoder ger ett indirekt mått på hjärnaktivitet? Vilka konsekvenser kan detta ha? Vad är den hemodynamiska responsfunktionen och vad kännetecknar den?

Answer 19

Indirekt mått - Mäter ej neuronaktivitet, mäter blodflöde i hjärnan. Mäter syre + glukosupptagning. (Motsatsen till single cell, som är direkt)
Konsekvenser - Mätningen är inte exakt, alltså sänkt reliabilitet.
Den hemodynamiska responsfunktionen - När nervceller är inaktiva befinner sig halterna av syresatt hemoglobin (oxyhemoglobin) och icke-syresatt hemoglobin (deoxyhemoglobin) på ungefär samma nivå. När de aktiveras kommer de att öka sin förbrukning av syre (O2), varpå lokala responsen blir att öka blodflödet till dessa regioner, och halten av oxyhemoglobin ökar. Det ökade blodflödet gör att området i fråga tillförs mer syre än vad nervcellerna kan använda sig av, vilket för tillfället ger en generell ökning av syrehalten i området. Blodflödet gör det möjligt att kartlägga hjärnans aktivitet med några sekunders intervall.

Question 20

Vad menas med spatial och temporal upplösning för hjärnavbildningsmetoder?

Answer 20

Temporal upplösning: hur precist kan man fånga in förändring i tidsförloppet av hjärnaktivitet
Spatial upplösning : hur noggrant kan man lokalisera regioner i hjärnan

“Temporal resolution is the ability to resolve fast-moving objects and is comparable to shutter speed for a camera.”

Question 21

Vilka typer av slutsatser kan man dra från olika metoder?

Answer 21

Kort sagt: man kan dra kausala slutsatser, eller slutsatser om en korrelation. Man kan dra generella eller specifika slutsatser beroende på metod. Vilken typ av slutsatser man kan dra beror mycket på spatial och temporal upplösning, men också vad man mäter (indirekt eller direkt hjärnaktivitet) och experimentdesign (block/flexibel; enkel/dubbel dissociation).

Kausala slutsatser:
Orsakssamband, vilka regioner i hjärnan är nödvändiga och tillräckliga för en given funktion. X orsakar y.
- TMS (transcranial magnetic stimulation) slår ut cortikala områden på friska personer med en magnetisk puls. Man jämför prestation på en mental uppgift utan och med stimulering. Vet då om och när en region är nödvändig för uppgiften som studeras.
- Patientstudier undersöker personer med likartade hjärnskador och jämfr med kontrollgrupp.
Korrelationsdata
Samvariation mellan experimentvariabel och hjärnaktivitet. Vid x finns även y. Man ser en korrelation. Det finns ett samband mellan det man vill mäta och hjärnaktivitet. Kan finnas en bakomliggande variabel.
- PET, fMRI, EEG, MEG och single cell recordings.
Generella slutsatser/grupp
PET och fMRI kan med en viss statistisk styrka påvisa likheter på gruppnivå, samt aktivitet i olika regioner samtidigt.

Specifika slutsatser / individ
- patientstudier är svåra att göra på gruppnivå och få generella slutsatser.
- Single cell recordings ger information om en viss region, men inte en generell hjärnaktivitet. Sker oftast på djur vilket gör det svårt att generalisera till människor.
- Hemodynamiska metoder (PET, fMRI) mäter hjärnaktivitet jämfört med ett baselinetillstånd. Då kan man dra slutsatser mellan dessa tillstånd.
Reliabilitet, alla metoder har felkällor vilket ska tas i beräkning vid slutsatser ex audiativa stimuli stimuli vilket kan skapa brus i mätningen. Fundera även kring om vi mäter rätt sak vid rätt tillfälle, det vi avser att mäta osv. huruvida vi kan generalisera eller ej.

Question 22

Vilka för- och nackdelar finns det med patientstudier?

Answer 22

FÖRDELAR:
Ger kausala samband mellan hjärnområden och funktioner
Nya upptäckter/fenomen
Mycket lärorikt för kliniker

NACKDELAR:
Svårt att rekrytera lämpliga patienter
Kan vara svårt att generalisera (fallstudier)
Definiering av skadelokalisation. Ofta diffusa skador, svårt att avgöra exakt vilka delar som skadats
Indirekt påverkan på andra regioner?
Omorganisering av hjärnan. Hjärnan anpassningsbar (plastisk), kan ha ändrat hur den arbetar som följd av skadan
Kan ändra beteende/strategier hos individen

Question 23

Vad innebär patientstudier?

Answer 23

Antagande: Om en hjärnregion är kritisk (nödvändig) för en funktion ska denna funktion försämras vid skada av regionen (association) medan andra funktioner förblir intakta (dissociation).

Undersöker personer med ”likartade” begränsade hjärnskador- patientgrupp jämförs mot kontrollgrupp på t.ex. olika kognitiva uppgifter som mäter olika kognitiva funktioner t.ex. minne för verbal och visuo-spatiell information.

Question 24

Vad innebär enkel dissociation?

Answer 24

Enkel dissociation: Patientgrupp jämförs mot kontrollgrupp på t.ex. olika mentala uppgifter
Indikerar att effekten av en skada är selektiv (påverkar vissa men inte andra test).

Question 25

Vad innebär dubbel dissociation?

Answer 25

Dubbel dissociation: Jämför grupp med skada A och grupp med skada B, på 2 uppgifter som antas påverkas av de olika skadorna.