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Neurowissenschaften > Neuromethoden 1 > Flashcards

Neuromethoden 1 Flashcards

1
Q

Strukturelles Neuroimaging: (4)

A
  • CT
  • MRT
  • DTI
  • Angiographie
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Q

CT: Was und wie?

A
  • Computertomographie
  • Aufnahme des Gehirns mit Röntgenstrahlen mit oder ohne Kontrastmittel
  • Röntgenröhre rotiert dabei um den Kopf des Patienten und macht viele einzelne horizontale Aufnahmen des Gehirns
  • Aufnahmen können mit einem Computer zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden
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3
Q

CT - Vorteile

A
  • Geht schnell – wird auch während OP durchgeführt (intraoperativ)
  • Auch Patienten mit Implantaten aus Metall können untersucht werden
  • Kann grobe Unterschiede zwischen grauer und weißer Substanz sichtbar machen
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4
Q

CT - Nachteile

A
  • Belastung durch Röntgenstrahlen
  • Relativ grobe Auflösung (keine feinen Gehirnstrukturen erkennbar)
  • Keine direkte Kombination mit funktionellen Methoden möglich
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5
Q

MRT: Was und wie?

A

Magnetresonanztomographie/Magnetic Resonance Imaging
- Starkes Magnetfeld des MRT-Gerätes (1,5 bis 7 Tesla)
- Verschiedene Gewebe (z.B. Fett, graue Substanz, Weiße Substanz) enthalten u.a. Protonen –> Protons, Energiefreisetzung gemessen

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6
Q

MRT - Vorteile

A
  • Keine ionisierende Strahlung
  • Keine Radioisotope
  • Keine Kontrastmittel
  • Hohe Gewebekontraste (Fett, weiße/graue Substanz)
  • Hohe räumliche Auflösung
  • Inzwischen hohe Verfügbarkeit zumindest an Klinken
  • Lässt sich leicht mit funktionellen Methoden kombinieren (fMRT)
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7
Q

MRT - Nachteile

A
  • Sehr teuer
  • Keine Untersuchung, wenn Metallprothesen im Körper
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8
Q

DTI: Was und wie?

A

Diffusion Tensor Imagine - misst Faserbindung
- Kein Kontrastmittel: Diffusionsrichtung wird mittels magnetischer Feldgradienten erzeugt  MRT-Gerät kann bestimmte Feldgradienten erzeugen um Nervenbahnen zu sehen
- Messung im MRT-Scanner
- Stellt die Diffusionsbewegung (Brownsche Molekularbewegung) von Wassermolekülen im Gewebe räumlich dar
- Wasser-Moleküle können sich im Gehirn nicht beliebig bewegen (Isotropie), sondern Bewegung wird u.a. durch Zellmembranen eingeschränkt (Anisotropie)
- Moleküle können sich in myelinisierten Nervenfaserbündeln entlang der Axone ungehinderter bewegen als quer zu ihnen.
- Aus Diffusionsverhalten kann auf Verlauf großer Nervenfaserbündel (vgl. Capsula interna, Assoziationsfasern) geschlossen werden

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9
Q

Angiographie: Was und wie?

A
  • Aufzeichnung des Blutflusses
  • Durch Injektion von Kontrastmittel (Färbemittel) in eine zerebrale Arterie, bindet an Hämoglobin im Blut
  • sichtbar machen mit Röntgenstrahlen im z.B. Angiographen (spezielle Zusatztechnik zum CT) oder magnetisch (spezielle Zusatztechnik zum MRT)
  • Analyse von Blutfluss nach Schlaganfall
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10
Q

Funktionelle Neuroimaging (4)

A
  • EEG/ERP
  • Magnetenzephalographie
  • fMRT
  • PET
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11
Q

EEG: Was und wie?

A
  • Elektroenzephalographie
  • Elektrische Leitfähigkeit wird über eine Elektrode auf der Kopfhaut gemessen
  • Unter einer Elektrode befinden sich viele Nervenzellen im Gehrin
  • Elektrische Signal, welches Elektrode misst, ist ein Mittelwert der EPSPs, IPSPs und APs über alle Nervenzellen
  • Pyramidenzellenorientierung im Kortex –> Elektrische Aktivierung der Gyri besser zu messen als Sulci
  • Elektrodenposition (32) entsprechen den darunterliegenden Gehirnarealen (pro Areale wird Mittelwert ausgerechnet)
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11
Q

EEG/ERP - Vorteile

A
  • EEG-Kappe relativ angenehm zu tragen - Schlaf-EEG; Epilepsie-EEG möglich
  • Hohe zeitliche Auflösung (misst PSPs/APs –> Millisekunden)
  • Relativ billig, und wenig Platzaufwand –> hohe Verfügbarkein in Forschung und an Kliniken
  • Lässt sich auch mich strukturellen oder anderen funktionellen Methoden kombinieren (fMRT)
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12
Q

EEG/ERP - Nachteile

A

Schlechte räumliche Auflösung (Elektroden nur an der Kopfoberfläche)

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13
Q

Welche neuroelektrische Aktivierung kann EEG/ERP messen?

A
  1. Postsynaptische Potential (PSP) - Dauer: 15ms-200ms; Viel Signal für Messung
  2. Aktionspotential (AP) - Dauer: sehr kurz, 1ms; Wenig Signal für Messung
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14
Q

Was zeigt die EEG-Aktivierung bei epileptischen Menschen?

A

EEG lässt erkennen, wann eine Störung (e.g. Epilepsie) eintritt, auch wenn diese noch nicht im Verhalten sofort erkennbar ist –> Vorhersage

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15
Q

ERP - Event-related Potential: Was und wie?

A
  • Elektrischen Potentiale zum Stimulus werden an verschiedenen Elektroden gemessen
  • Electrodes measure after each stimulus-presentation and act as amplifier
  • Einzelne Ereignisabschnitte des EEG‘s werden gemittelt
  • Resultat: Ereigniskorreliertes Potential (EKP; engl. ERP
  • sehr gute zeitliche Auflösung (ms-Bereich)
16
Q

Was zeigen Topographien?

A
  • die Aktivierungen an allen Elektroden zu ausgewählten Zeitpunkten
  • ERP-Trace (= Spur): zeigt zeitlichen Aktivierungsverlauf einer Elektrode an
17
Q

MEG: Was und wie?

A
  • MEG-Gerät erzeugt kleine Magnetfelder unter der Kopfhaut
  • Diese interagieren mit der Richtung der elektrischen Leitung der aktiven Neurone
  • Spannungsänderungen werden aufgezeichnet
  • Aktivierungsmuster sehen ähnlich aus wie beim EKP
18
Q

fMRT: Was und wie?

A
  • fMRT im selben MRT-Gerät, jedoch muss der/die Proband*in jetzt eine Aufgabe (= Funktion) machen
  • Die Gehirnaktivierung während des Verhaltens (z.B.: Hören, Sehen, Taste drücken) wird gemessen
19
Q

fMRT: Physiologische Grundlagen (2)

A
  1. Hämodynamische Kopplung
    - Elektrische Aktivierung (Aktionspotential) der Zelle führt zu erhöhten Sauerstoff- und Glukoseverbrauch
    - Mehr sauerstoffreiches Blut (Oxyhämoglobin) muss nachfließen um das Neuron zu versorgen
    - Erhöhten Sauerstoffverbrauch kann man messen
  2. Sauerstoffarmes und -reiches Blut haben unterschiedliche magnetische Eigenschaften
    - Diese magnetischen Unterschiede werden durch Anlegen eines starken Magnetfeldes (fMRT) gemessen
    - Das BOLD-Signal (Blood- Oxygenation-Level-Dependent Signal) zeigt den Sauerstoffverbrauch eines arbeitenden (aktivierten) Gehirnareals an
    - Dauert 4-6 Sekunden bis Blut mit Sauerstoff ins Gehirn fließt
20
Q

fMRT - Messung

A
  • Je nach Art des Sehreizes wird eine unterschiedliche Menge an Sauerstoff verbraucht => das BOLD-Signal ändert sich
  • Es wird pro Gehirnareal der Mittelwert (MW) über alle BOLD- Signale eines Typs (Haus/Gesicht) berechnet.
21
Q

Differenz bei fMRT: Subtraktionsmethode

A

Um die funktionsspezifische Aktivierung zu erhalten, müssen Differenzen aus den Mittelwerten berechnet werden
E.g. MW-Gesicht minus MW- Haus der BOLD-Signale gibt an, welcher Teil des visuellen Kortex spezifisch für Gesichter aktiviert, aber eben nicht für andere visuelle Reize wie Häuser

22
Q

fMRT Kombination mit MRT

A
  • MRT: Langsam und genau messen, alles erkennen, 1 Gehirnbild 5-6min, sehr hochauflösend
  • fMRT: relativ schnelle Messung für eine magnet-resonanz-Methode, 1 Gehirnbild pro Sekunde, weniger hochauflösend
  • fMRT über MRT Bild überlagern, funktionsspezifische Aktivierung wird angezeigt
23
Q

fMRT Kombination mit DTI

A

E.g. Welche Faserbündel verlaufen durch das FFA (Fusiforme Face Areal) => aktiviert spezifisch beim Erkennen von Gesichtern?
–> Nicht nur die Faserbündel, sondern auch die Funktion

24
Q

PET: Was und wie?

A
  • Methode älter als fMRT
  • Liefert Messung der regionalen Hirndurchblutung (regional cerebral blood flow; rCBF): Stimulation – Kontrolle = Differenz/Aktivierung
  • Invasiv – Injektion eines radioaktiven Tracers
  • Langsam (Darbietungsdauer 20-30 Minuten)
  • Funktion: Aktivierungsdifferenzen für spezifische Funktionen werden ähnlich wie beim fMRT-berechnet
25
Q

PET: Physiologische Grundlage

A
  • Aktiver Zellen verbrauchen nicht nur Sauerstoff sondern auch Zucker
  • Radioaktive Glukose wird in die Halsarterie injiziert
  • Diese wird im Blut aufgenommen und von den aktiven Zellen aufgenommen
  • Ort und Zerfall der radioaktiven Glukose wird vom PET mit Hilfe der Gammastrahlen detektiert
  • PET-Gerät hat Gammastrahldetektoren – erhöhte Konzentration von Gammastrahlung markiert Punkte erhöhter neuronaler Aktivität
26
Q

PET - Vorteile

A
  • Man kann radioaktive Stoffe entwickeln (Radioligands) die an bestimmte Rezeptoren binden können, e.g. Serotonin
  • Targets specific chemicals or metabolites, like neurotransmitters to relate the concentration of those substances to behaviour, genetics, or differences among individuals
  • Different targeted Receptors can indicate different diseases and aid diagnosis, treatments and planning
27
Q

PET - Nachteile

A

Teuer

28
Q

Neurostimulation (4)

A
  • Zellableitung
  • Transkraniale Magnetstimulation (TMS)
  • Transcranial direct current stimulation (tCS)
  • Deep Brain Stimulation (DBS)
29
Q

Zellableitung

A
  • Wird meist zur Ableitung (d.h. Messung) der neuronalen Aktivierung einzelner Zellen genutzt (heutzutage eher selten, strenge Ethikregeln)
  • Electrode just stuck into brain, uncool
  • Elektrode misst Aktivierung bei Stimuli
  • Anstatt Abzuleiten, können die Neurone per Elektrode auch elektrisch stimuliert (inhibiert/erregt) werden.
  • Am Menschen in Ausnahmefällen
    –> z.B. während OP zur Entfernung epilepsie-auslösender Gehirnareale
    –> Fokale Epilepsie kann temporale, ventromedial-frontale Areale inkludieren:
    –> Stimulation stellt sicher, welche Areale mit z.B. Sprachverarbeitung verbunden sind und nicht operativ entfernt werden sollten.
30
Q

Transkraniale Magnetstimulation (TMS)

A
  • Stimulation mit Magnetspule stört (hemmt oder erregt) kurzzeitig die neuronale Weiterleitung (PSPs/APs) der darunterliegenden Neurone
  • Erreicht nur Neurone direkt unter Schädeldecke
  • Kann entweder hemmend (kurzfristiger Ausfalleiner Funktion) oder erregend (Verbesserung in der Ausübung einer Fkt.) wirken
  • Hängt ab von
    –> Stärke der TMS- Stimulation
    –> Zeitintervall zw. TMS und Aufgabenpräsentation
31
Q

Transcranical direct current stimulation (tCS)

A
  • Schwämme am Kopf mit Elektroden
  • Kann erregend oder hemmend wirken (je nach Polung: Anode/Kathode)
  • Nicht-invasiv (zwei mit Elektroden versetzte Schwämmchen auf Kopfoberfläche)
  • Nachteil:
    –> Keine genaue Lokalisation
    –> Erreicht nur Gehirnareale direkt unter Schädeldecke
32
Q

Deep Brain Stimulation

A
  • Eine Elektrode wird in ein fehlfunktionierendes Gehirnareale implantiert
  • Stromfluss kann erregend oder hemmend auf das Gehirnareal wirken, je nach Polung (Anode/Kathode) durch Neurostimulator
  • Anwendung: Parkinson, Depression, weitere in Forschung
    –> Nur wo man genau weiß, welches Gehirnareal betroffen ist

Neurowissenschaften (18 decks)

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