Vorlesung 5 Neurophysiologische Messverfahren Flashcards
Messverfahren auf Basis elektromagnetischer Veränderungen des Gehirns
- EEG –> Elektrische Aktivität Gehirn
- MEG –> Messung Magnetischer Aktivität (Ströme aktiver Nervenzellen verursachen magnetische Signale)
Messverfahren auf Basis des Hirnstoffwechsels
- PET –> Injektion Radioaktiver Stoffe, bindet an Glucose, Stoffwechsel wird so Betrachtet
- MRT
Was ist die Grundlage des MRT und welches Atom ist im Fokus ?
- Grundlage = Magnetische Eigenschaften einiger Atomkerne –> KERNSPIN, also ein Atomkern der um seine eigene Achse rotiert
- Wasserstoff (H) kommt am häufigsten vor (rotierende Masse mit Drehimpuls und dadurch Magnetischer Moment)
Was sind Spins und worauf reagieren sie ?
- Atomkernen mit Drehimpuls und magnetischen Moment –> Diese reagieren auf Magnetfelder und elektromagnetische wellen
Wie rotieren dei Spins im Normalfall vs. Im Magnetfeld ?
- In beliebige Richtung
- Richten sich B0 aus
Was geschieht durch die Kraft im Magnetfeld ?
- Dadurch kommt es zu einer Präzession (Richtungsänderung) der Spins –> Ausgleichsbewegung in Richtung des Externen Magnetfelds
- Kern dreht sich zum einen um die EIGENE Achse als auch um eine Präzessionsachse parallel zum externen Magnetfeld
Weshalb unterscheidet sich die Frequenz der Präzession ?
- hängt vom Atomkern ab
- Als auch von der Magnetfeldstärke
Was ist die Larmorfrequenz ?
Die charakteristische Frequenz für einen Atomkern
Was ist Längsmagnetisierung ?
- Ausrichtung der Spins entlang des Magnetfelds
–> Gleichgewichtszustand
Was ist ein HF Puls ?
- Hochfrequenzimpuls
- Dieser kann das Gleichgewicht stören
–> Dafür muss die Frequenz der eingestrahlten Elektromagnetischen Welle mit der Lamorfrequenz übereinstimmen - Die zusätzliche Elektromagnetische Welle durchquert sozusagen die Längssegmentierung
Was sind Resonanzbedingungen ?
- Grundvoraussetzungen für die Messung
- müssen erfüllt sein damit die zugefügte Energie auch von den Spins aufgenommen wird
Was geschieht beim einstrahlen und wieder abschalten des HF Puls ?
- Die Atome kippen von Richtung Z in Richtung XY
–> Anregung - DIe Längsmagnetisierung (Mz)wird aufgehoben –> JETZT Quermagnetisierung (Mxy)
–> Die Spins rotieren nun auf dieser Ebene - Nach Abschalten bleibt Mxy nicht lange erhalten –> tendieren wieder zu Mz
- Die Spins geben die zuvor gewonnen Energie wieder an das Umfeld ab
–> Es werden Radiosignale die ausgesendet werden und von Detektor Spulen erfasst werden
Was ist ein MR Signal und Entstehung ?
- Free induction Decay
- Unterscheidung in T1-Relaxation und T2-Relaxation
T1: Die Zeit nach der die Längsmagnetisierung auf 63% der Originalstärke zurückgekehrt ist (longitudinal Decay )
–> TE/ Repetitionszeit entscheidet über Beitrag von T1
T2: Zeit nachdem die Quermagnetisierung auf 37% der Ausgangsgröße abgesunken ist –> Dephasierung (Transverse Decay )
–> TE/ Echozeit entscheidet über Beitrag von T2
–> Da sich verschiedene Gewebetypen unterscheiden auf die einzelnen Zeiten überlagern sich diese
Was ist fMRT ?
- Die Darstellung von Aktivierungsmustern unterschiedlicher Hirnfunktionen (aktiviert vs nicht aktiviert)
- Es werden die physiologischen Begleiterscheinungen gemessen die mit neuroyaler Aktivität einher gehen
–> Neurovaskuläre Kopplung - Zeitliche Auflösung ist okay, räumliche Auflösung ist sehr gut
Kontrastmechanismen der MR-Bildgebung sind…?
- Blutvolumenveränderung
- Blutflussänderung
- BOLD Kontrast
Was ist der BOLD-Kontrast und wie entsteht dieser ?
- Blood oxygenation Level dependent Kontrast
- Physiologisch gesehen durch Erhöhung des regionalen zerebralen (Gehirn) Blutflusses während neuronaler Aktivität
- Das Sauerstoff Angebot übersteigt lokalen Sauerstoffverbrauch
–> Überangebot von Oxy-Hämoglobin einem Sauerstoffüberschuss nahe aktiver Hirnregionen
–> Das kann man bei Messung des MR Signals genutzt werden
Was zeigt die Entdeckung von Pauling allgemein ?
- Oxygeniertes und deoxygeniertes Blut haben unterschiedliche Magnetische Eigenschaften
- Hämoglobin besteht aus 4 Eisen Eisenatomen, an die jeweils 1 Sauerstoff gebunden werden kann
–> Eisenatome besitzen eigenes Magnetfeld das je nach Situation unterschiedlich stark ist
Eigenschaft vom Magnetfeld von Deoxy-Hämoglobin (Pauling)
- eigenes Magnetfeld stärker, stört das externe = Inhomogenität
- Dadurch verkürzt sich die T2* zeit im betroffenen Gewebe
–> Abschwächung des zu messenden MR Signals der angeregten Wasserstoffatomkerne
Eigenschaft vom Magnetfeld von Oxy-Hämoglobin (Pauling)
- Magnetfeld der Eisenatome wird unterdrückt !!
–> Bei höherer Konzentration Oxy-Hämoglobin = geringere Störung des externen Magnetfeldes –> MR Signal anstieg/ kommt deutlicher zum Vorschein - ## ABER keine Verstärkung, Überschuss unterdrückt nur Hemmung von Deoxy
Was passiert in Bereichen Neuronaler Aktivität (Pauling)
- Überangebot an Sauerstoffreichem Blut kann zu stärkeren MR Signal führen
–> BOLD Effekt= Abhängigkeit der MR Signalintensität vom Sauerstoffgehalt der Blutkörperchen
Wie misst man den BOLD-Kontrast
- Wie beim MRT Messen, aber andere Messsequenz wird genutzt –> T2*
Was wird nicht gemessen ?
- fMRT zeigt nicht die Neuronale Aktivität selbst
–> Sondern Verknüpfung von physiologischen Veränderungen mit Neuronaler Aktivität - Man kann erkennen welche Gehirnbereiche Aktiv sind
–> Bsp.: Hippocampus –> Wenn dieser Aktiv ist weiss man es wird etwas Gespeichert oder abgerufen, aber nicht was
Was ist ein Experiment ?
Explizite Einführung eines experimentellen Stimulus in eine Untersuchungssituation unter Kontrolle von Störgrößen
–> UV manipulieren und AV messen
was wird oft in fMRT Experimenten genutzt und was wird gemessen?
- Bilder, Gesichter, Objekte
- Veränderung hinsichtlich des BOLD Signals
Was ist ein Experimentelles Design ?
Die Art und Weise wie ein Forscher die Manipulation und Messung wählt
–> Ausprägung der UV = Level/ Konditionen oder Bedingungen
Was ist zu beachten bei der Zusammenstellung eines Experiments ?
- Mindestens 2 Bedingungen und Veränderung der AV messen
–> Das liegt daran, dass man um eine signifikante Aktivierung herzustellen, die Signalveränderung zwischen zwei UV vergleichen muss
(Subtraktionsmethode)
Beschreibe die Subtraktionsmethode
Bsp.: Experimental Bedingung und Kontrollbedingung (nicht Aufgabenbedingung) –> Sollten sich im interessierendem Effekt unterscheiden
–> Kwong Experiment –> Heller licht blitz und Dunkelheit –> PFC zeigte Veränderung des BOLD Signals
–> Bedingungen sollten sich ansonsten aber so ähnlich sein wie möglich
Probleme die auftreten können ? (Konfundierungsfaktoren)
- Bei untercshediung einer Eigenschaft, kann die Veränderung der AV klar zugeordnet werden
- Wenn Bedingungen aber mehr als 1 Eigenschaft haben, dann kann der Effekt mehrere Erklärungen haben
Zeige an einem Beispiel die Schwierigkeit gute Bedingungen zu finden (Gesichter)
Bsp: Gesichterverarbeitung im fusiformen Gyrus
–> Exp. Bedingung = Verschiedene Gesichter
–> geeignete Kontrollbedingung ?
–> Nichts zeigen ? transformierte Gesichter ? Darstellung anderer Objekte ?
–> Andere Objekte weil, vergleichbare Komplexität wie Gesichter –> Durch den vergleich kann man identifizieren was stärker auf Gesichter reagiert
Erkläre das Block Design und ein Beispiel
- Verschiedene Bedingungen getrennt durch Blöcke
–> Jede Bedingung für bestimmte Zeit präsentiert
–> Ein Block = mehrere Durchgänge
–> Bei dem Design willst du die AV in den verschiedenen Blöcken vergleichen
–> Subtraktionsmethode
Bsp.: Musikhören unterstützt Lernen
–> VPN hört 20 Wörter, bei ersten 10 mit Musik danach ohne
Erkläre das Event related Design
- Kurze Blöcke, randomisiert
- Reaktion auf einzelne Trials
Annahme = Neuronale Aktivität auch bei kurzen Intervallen –> Stimuli die kurze anstiege der Aktivität auslösen nennt man EVENTS
Jedes Event ist durch ISI (Interstimulus Intervall) getrennt (2-20 sek.) –> Beim blocked design immer gleich, hier Unterschiedlich
Sind Flexibler man kann dadurch den kognitiven Prozess für jedes event einzeln analysieren
Was ist Jittering ?
- Variation von ISI
- Beide Bedingungen der UV werden mit unterschiedlichen Abständen voneinander gezeigt –> wenn gleicher abstand von einander kann man nicht entscheiden welche Bedingung das Ergebnis beeinflusst. Wenn die gleiche Bedingung ohne Abstand hintereinander auftreten kann (randomisiert) und es dadurch zu keiner Reaktion oder Verwirrung kommt
Wann welches Design ?
Blocked wenn man eine einfache Fragestellung hat.
–> hier ist die Reaktion auf eine Stimulierung weniger interessant
–> Robuster und effizienter
Event-related wenn Flexibel sein muss.
–> Gedächtnisaufgaben
–> Decision Making
