BBG Leerpad 5/ 5.1

Technieken om de werking van de hersenen te bestuderen (boek)

Letselstudies

• Hierdoor kon men vaststellen dat letsel aan de linkerkant vaker problemen met taal hadden dan rechts.

• Voordeel = beschikbaarheid van mensen met goed gedocumenteerde hersenschade.

• Nadeel = ‘natuurlijke’ letsels vaak meerdere gebieden tegelijk → moeilijk welke delen verantwoordelijk voor het gedrag.

• Bij dieren kunnen letsels chirurgisch aangebracht worden → om te kijken welk gedrag er dan voorkomt/ veranderd.

Elektro-encefalogram (EEG)

• Elektrode worden op de schedel geplaatst.

• Over relatief groot oppervlak → gevoel genoeg om neuronale correlaten van verschillende types vast te leggen.

• Kan onderscheid maken mensen slaap/ waak en de stadia.

• Bij vermoeden epilepsie → kijken ongewone activiteiten in de hersenen?

• Hersenactiviteit meten na aanbieding specifieke stimuli. De electrische activiteit als reactie op prikkel = event-related potential (ERP).

(Elektrische activiteit)

Event-related potential (ERP)

De electrische activiteit als reactie op specifieke prikkel

• Door herhaaldelijk zelfde stimulussoort aan te bieden → gemiddelde, daardoor kunnen toevallige bewegingen (ruis) in signaal uitgezuiverd worden.

• Kijken hoesnel hersenen reageren en oppiken en een idee van plaats waar signaal ongeveer vandaan komt (hersenscans zijn beter). Op basis hoe signaal veranderd → uitspraak welke processen een rol hebben.

(Elektrische activiteit)

Experiment letters H en S

• Gebruikt ERP techniek.

• Meten wanneer wel en geen fout word gemaakt. → gemiddeld signaal

• Resultaat heel anders

  • → relatief vlak bij goede antwoorden

  • → eerst negatief dan positief bij foute antwoorden

• Ook gekeken of tijd uitmaakte= ja bij fouten, nee bij juist → effect bij fouten werd minder (wrss vermoeidheid) = verminderde foutdetectie → niet door ondervragen = te zien door ERP.

(Elektrische activiteit)

Magneto-encefalografie (MEG)

• = verbeterde versie EEG

• Elektrode vervangen door apparaat dat volledige magnetisch veld rond scheld registreerd → in staat elektrische activiteit uiterst nauwkeurig vast leggen (beter plaatbepaling daardoor).

(Elektrische activiteit)

Elektrische stimulatie

• Kan tijdens neurochirurgische ingreep (hersenen blood liggen)

• In verleden veel gedaan → zoveel mogelijk belangrijk weefsel sparen (bv. taalbegrip en motrisch) → bepaling plaats door directe elektrische stimulatie.

• Patïent voel geen pijn bij ingreep in hersenen en dus wakker kan blijven = mogelijk om elektrische stimulatie te doen.

• Gebeurt steeds minder → gebruik hersenscans voor de operatie.

(Elektrische stimulatie)

Transcraniale magnetsiche stimulatie (TSM)

• 8 vormig spiraal op hoofd. Stuurt licht magnetisch veld onder spiraal.

• Dat veld verstoort neuronale communicatie = maken kortstondig ‘letsel’ → kijken gevolgen.

(Elektrische stimulatie)

Hersenscans

• Hersengebieden die actief zijn hebben bloed nodig.

• Nagaan welke gebieden meer bloed krijgen tijdens een taak → idee welke delen actief zijn voor uitvoeren taak.

• Om probleem op te vangen dat hersenen altijd bloed nodig hebben → experimentele taak vergelijken met controletaak.

µ

• Om bloedtoevoer te kunnen meten → indienen licht radioactief geladen stof. Na een tijd kwam dat in de hersenen = te traceren. = postrion emissie tomografie (PET) → tegenwoordig minder gebruikt → alternatief = functional magnetic resonance imaging (fMRI)

µ

• Grootste beperking = niet mogelijk om nauwkeurig beeld te krijgen van verloop van processen in de tijd.

• Waar registratie van elektrische activatie het mogelijk maakt om veraderingen tot miliseconden nauwkeurig te registreren, zijn hersenscans (de temporale resloutie) beperkt tot seconden.

• Daarom vaak combi fMRI en EEG/ERP. Daardoor temorale resolutie van paar miliseconden en spatiale resloutie van milimeters bereiken → gedetailleerde neurale circuits ontrafeld kunnen worden.

postrion emissie tomografie (PET)

• Om bloedtoevoer te kunnen meten → indienen licht radioactief geladen stof. Na een tijd kwam dat in de hersenen = te traceren.

• → tegenwoordig minder gebruikt → alternatief = functional magnetic resonance imaging (fMRI)

(Hersenscans)

Functional magnetic resonance imaging (fMRI)

• Kernspinresonantie meten van rode bloedcellen met en zonder zuurstof.

• Daardoor bepalen waar meer zuurstof naartoe gaat. Zonder radioactieve stof toe te dienen (postrion emissie tomografie (PET))

• Is duidelijker lokatie dan postrion emissie tomografie (PET)

(Hersenscans)

Temporele en spatiële resolutie van beeldvormingstechnieken:

• Temporele resolutie meet hoe nauwkeurig een beeldvormingstechniek gebeurtenissen in de tijd kan onderscheiden.

• Spatiële resolutie meet hoe nauwkeurig een techniek verschillende hersengebieden in de ruimte kan onderscheiden.

• Beide resoluties zijn belangrijk in hersenonderzoek om processen goed te kunnen onderscheiden in tijd en ruimte.

• Verschillende beeldvormingstechnieken hebben verschillende sterktes en zwaktes op het gebied van temporele en spatiële resolutie.

• Keuze van techniek hangt af van het onderzoeksdoel:

  • Hoge spatiële resolutie is nodig bij focus op specifieke hersengebieden.

  • Hoge temporele resolutie is nodig bij focus op timing van hersenactiviteit.

• Lagere waarden (in mm of seconden) betekenen betere resolutie.

• Vergelijkbaar met fotografie of video:

  • Meer pixels (foto) = betere spatiële resolutie.

  • Hogere framerate (video) = betere temporele resolutie.

Overzicht van de belangrijkste technieken om de hersenen te bestuderen:

• Structurele beeldvormingstechnieken (neuro-anatomisch):  

  • Computertomografie (CT)

  • Magnetic Resonance Imaging (MRI)

• Functionele beeldvormingstechnieken (neurofysiologisch): 

  • Elektrische activiteit meten:

    • Elektro-encefalografie (EEG) & Event-Related Potential (ERP)

    • Magneto-encefalografie (MEG)

  • Elektrische stimulatie meten:

    • Transcraniale Magnetische Stimulatie (TMS) 

  • Nucleaire beeldvorming:

    • Positronemissietomografie (PET)

  • Functionele radiologische beeldvorming:

    • functionele MRI (fMRI)

  • Neuropsychologisch onderzoek:

    • Brengt cognitieve functies in kaart het onderzoekt:

      • Geheugen

      • Concentratie

      • Werktempo

      • Taal

      • Ruimtelijk inzicht

      • Planning

    • De patiënt voert verschillende taken uit:

      • Vragen beantwoorden

      • Opdrachten uitvoeren

      • Vragenlijsten invullen

Structurele beeldvormingstechnieken (neuro-anatomisch):  

• Computertomografie (CT)

• Magnetic Resonance Imaging (MRI)

Neuropsychologisch onderzoek:

• Brengt cognitieve functies in kaart het onderzoekt:

  • Geheugen

  • Concentratie

  • Werktempo

  • Taal

  • Ruimtelijk inzicht

  • Planning

• De patiënt voert verschillende taken uit:

  • Vragen beantwoorden

  • Opdrachten uitvoeren

  • Vragenlijsten invullen

Functionele beeldvormingstechnieken (neurofysiologisch): 

• Elektrische activiteit meten:

  • Elektro-encefalografie (EEG) & Event-Related Potential (ERP)

  • Magneto-encefalografie (MEG)

• Elektrische stimulatie meten:

  • Transcraniale Magnetische Stimulatie (TMS) 

• Nucleaire beeldvorming:

  • Positronemissietomografie (PET)

• Functionele radiologische beeldvorming:

  • functionele MRI (fMRI)

Elektrische activiteit meten:

• Elektro-encefalografie (EEG) & Event-Related Potential (ERP)

• Magneto-encefalografie (MEG)

Elektrische stimulatie meten:

Transcraniale Magnetische Stimulatie (TMS) 

Nucleaire beeldvorming:

Positronemissietomografie (PET)

Functionele radiologische beeldvorming:

functionele MRI (fMRI)

Wat zijn structurele beeldvormingstechnieken? + de belangrijkste

• Structurele beeldvormingstechnieken brengen de anatomie van de hersenen in kaart.

• Ze geven informatie over:

  • Vorm

  • Grootte

  • Locatie

  • Samenstelling van weefsels en organen

• Ze tonen geen of weinig informatie over hersenfunctie of -activiteit.

• Doel: antwoord op de vraag "Hoe ziet het eruit?"

  • In tegenstelling tot functionele technieken, die laten zien "Hoe werkt het?"

• In de kliniek belangrijk voor het zichtbaar maken van pathologie (ziekteprocessen).

• Twee belangrijkste structurele technieken:

  • CT-scan

  • MRI-scan

Computertomografie (CT) Algemeen + overige opmerking

Algemeen

• Een CT-scan maakt dwarsdoorsneden van de hersenen met behulp van röntgenstralen en een computer.

• Het is snel en volledig, geschikt voor het opsporen van een acuut herseninfarct of hersenbloedingen.

• Door de ontwikkeling van CT werd het mogelijk hersenweefsel in korte tijd gedetailleerd te tonen.

Overige opmerking

• CT- en MRI-beelden tonen hersenen van onderaf:

  • Linkerzijde van de afbeelding is de rechterkant van de hersenen.

Magnetic Resonance Imaging (MRI) Algemene kenmerken

Algemene kenmerken:

• Gebruikt magneetvelden en radiogolven om beelden van het lichaam (en met name de hersenen) te maken.

• Wordt vooral structureel gebruikt, maar kan met technieken als fMRI ook functionele informatie geven.

Verschillen CT-scan en MRI-scan

Wat zijn functionele beeldvormingstechnieken? 

Algemene kenmerken:

• Meten de werking of activiteit van de hersenen.

• Focussen op wat hersengebieden wel of niet doen.

• Brengen neurobiologische processen in kaart, zoals:

  • Stofwisseling

  • Zuurstofopname

  • Elektrische activiteit

Wat laten ze zien?

• Waar en hoe actief de hersenen zijn.

• Worden toegepast tijdens rusttoestand of bij het uitvoeren van taken.

Toepassingen in de kliniek:

• Afbakenen van getroffen hersengebieden bij een herseninfarct (vooral als dit niet goed zichtbaar is op structurele beeldvorming).

• Inschatten van celdichtheid van een hersentumor.

• Beoordelen van kwaadaardige tumoren.

Toepassingen in wetenschappelijk onderzoek:

• Onderzoeken van de relatie tussen gedrag en neurale activiteit.

• Belangrijk voor (neuro-)psychologisch onderzoek:

  • Mensen voeren taken uit terwijl hersenactiviteit wordt gemeten.

• Diagnostiek van metabole ziektes en hersenafwijkingen op een fijne schaal, zoals:

  • Ziekte van Alzheimer (verstoorde hersenstofwisseling).

Waarom interessant?

• Geeft inzicht in hersenfunctie tijdens gedrag.

• Onmisbaar voor zowel klinisch als fundamenteel neurologisch en psychologisch onderzoek.

Overzicht van de belangrijkste functionele beeldvormingstechnieken:

Elektrische activiteit meten:

• Elektro-encefalografie (EEG) & Event-Related Potential (ERP)

• Magneto-encefalografie (MEG)

Elektrische stimulatie meten:

• Transcraniale Magnetische Stimulatie (TMS) 

Hersenscans:

• Positron Emissie Tomografie (PET)

• functionele MRI (fMRI)

Elektrische activiteit meten:

• Elektro-encefalografie (EEG) & Event-Related Potential (ERP)

• Magneto-encefalografie (MEG)

Wat is elektro-Encefalogram (EEG) 

• Meet elektrische activiteit in de hersenen.

Elektrische activiteit meten.

Werking van EEG

In het kort:

• Elektroden (kleine metalen plaatjes) worden op het hoofd geplaatst.

• Deze vangen elektrische signalen van hersencellen (neuronen) op.

• De signalen worden weergegeven als hersengolven op een scherm of papier.

In detail:

• Elektroden worden met geleidende vloeistof op de hoofdhuid geplaatst.

• Registratie van activiteit uit de hersenschors, van groepen neuronen.

• EEG registreert signalen rond elke elektrode.

• Signalen worden digitaal verwerkt en opgeslagen.

Hersengolven en bewustzijnstoestanden (EEG)

• EEG toont hersengolven met verschillende frequenties, amplitudes en vormen.

• Bèta-golven: lage amplitude, hoge frequentie – bij actieve of alerte toestand.

• Alfa-golven: hogere amplitude, lagere frequentie – bij kalme en ontspannen toestand.

Toepassingen van EEG (onderzoek en klinisch)

Onderzoek:

• Meten van hersenactiviteit tijdens taken (bijv. visuele geheugentaak).

• Stimuli kunnen leiden tot Event Related Potentials (ERP’s): specifieke hersenreacties na een prikkel.

Klinisch:

• Diagnose van epilepsie en karakterisering van epileptische activiteit.

• Onderzoek naar slaap-/waakstoornissen.

• Informatie over hersenbeschadiging (bijv. door beroerte of tumor).

• Ook toepasbaar bij gezonde personen voor studie van normale hersenactiviteit.

Voor- en nadelen van EEG

Voordelen:

• Lage kosten.

• Hoge temporele resolutie (kan snelle veranderingen meten).

Nadelen:

• Lage spatiële resolutie (moeilijk om exacte bron van activiteit te lokaliseren).

• Beperkt tot activiteit in de hersenschors, niet in diepere hersenstructuren.

Magnetic Resonance Imaging (MRI) Ontwikkeling en toepassing:

• Ontwikkeld in de jaren ’80; sindsdien essentieel voor 'in vivo'-hersenonderzoek.

• Belangrijkste techniek voor onderzoek naar de hersenstructuur, -werking en -stoornissen.

• Bestaat uit een ronde buis met een zeer sterke, altijd actieve magneet die een homogeen magnetisch veld opwekt (in Tesla).

Computertomografie (CT) Werking

• 'CT' staat voor computertomografie: 'tomo' = plakje (Grieks), 'grafie' = afbeelding.

• CT-scanner bestaat uit een gemotoriseerde röntgenbron die in een spiraalvorm om het hoofd draait.

• Röntgenstralen worden vanuit meerdere hoeken door het hoofd gestuurd.

• Digitale detectors meten hoeveel straling door het weefsel is gegaan.

• De computer verwerkt de gegevens via wiskundige algoritmes tot:

  • 2D-beelden van hersenplakjes

  • 3D-beelden door plakjes samen te voegen

• Neuro-radiologen kunnen hiermee hersenafwijkingen gedetailleerd bekijken.

Computertomografie (CT) Stappen van een CT-scan

• Röntgenbuis draait om het lichaam.

• Detectoren meten geabsorbeerde straling.

• Computer maakt dwarsdoorsnedes.

• Samenstelling tot 3D-beeld.

Computertomografie (CT) Toepassingen

• In kaart brengen van:

  • Atrofie bij dementie

  • Zwellingen na trauma

  • Aangeboren afwijkingen

• Ziek weefsel = hypodens (donker op beeld, door meer water)

• Bloed en kalk = hyperdens (wit op beeld)

• In acute situaties (zoals beroerte of trauma) wordt CT gebruikt om snel onderscheid te maken tussen:

  • Hersenbloeding

  • Herseninfarct

  • Contusie (kneuzing)

  • Schedelbasisfractuur

Computertomografie (CT) Voor- en nadelen

Voordelen:

• Snelle beschikbaarheid

• Lage kosten t.o.v. MRI

• Geschikt voor acute situaties

• Eén scan toont bloedvaten, hersenweefsel en botten tegelijk

• Minder gevoelig voor patiëntbewegingen dan MRI

• Geen probleem voor patiënten met:

  • metalen implantaten

  • claustrofobie

Nadelen:

• Beperkt onderscheidend vermogen in hersenweefsel

  • Subtiele verschillen in grijze/witte stof niet zichtbaar

• Blootstelling aan ioniserende straling:

  • Risico op DNA-schade, kanker, staar

  • Voorzichtig gebruik bij kinderen en gezonde vrijwilligers

• Voor gedetailleerd hersenonderzoek is MRI beter geschikt

Magnetic Resonance Imaging (MRI) Veldsterkte:

• Ziekenhuisgebruik: meestal 1,5 of 3 Tesla.

• Onderzoeksgebruik: tot 7 Tesla.

• Hogere veldsterkte = betere beeldkwaliteit, maar keuze hangt af van patiënt en onderzoeksdoel.

• Beelden met 1,5 Tesla zijn meestal voldoende voor klinische diagnostiek.

Magnetic Resonance Imaging (MRI) Werking in stappen:

• Sterk magneetveld brengt waterstofatomen in lijn.

• Radiogolven verstoren deze uitlijning.

• Wanneer radiogolven stoppen, keren atomen terug naar hun oorspronkelijke positie en zenden een signaal uit.

• Signalen worden opgevangen en omgezet in gedetailleerde hersenbeelden.

Magnetic Resonance Imaging (MRI) Voordelen en nadelen:

Voordelen:

• Hoge spatiële resolutie: zeer gedetailleerde beelden van kleine hersengebieden.

• Geen ioniserende straling: veilig, ook voor jonge kinderen.

• Geschikt voor herhaald gebruik, bijvoorbeeld om ziekteverloop te volgen.

Nadeel:

• Duurt langer dan CT-scan.

Wat is MEG? (Magneto-Encefalografie)

MEG meet magnetische velden die ontstaan door elektrische activiteit van hersencellen (neuronen).

Hoe werkt MEG?

Kort samengevat:

• Actieve hersencellen produceren elektrische stroom.

• Deze stroom veroorzaakt zwakke magnetische velden.

• MEG-apparatuur detecteert deze velden zonder fysiek contact met het hoofd.

• Een computer zet de metingen om in een kaart van hersenactiviteit.

Uitgebreid:

• MEG werkt via elektromagnetische inductie: elektrische velden wekken magnetische velden op.

• MEG meet ook Gamma-golven (hoge frequentie hersengolven), die niet goed zichtbaar zijn met EEG, en treden op bij sterke mentale activiteit, zoals studeren.

• De gemeten magnetische velden zijn erg zwak en vereisen zeer gevoelige sensoren ('squids'), die werken bij -270°C.

• Een MEG-scanner bevat 150-300 squids in een helmvormige opstelling.

• De scan wordt uitgevoerd in een magnetisch afgeschermde ruimte om externe storingen te voorkomen (zoals van telefoons, computers of het aardmagnetisch veld).

Wat toont MEG?

• Zeer nauwkeurige meting van hersenactiviteit, beter dan EEG.

• Geschikt voor gedetailleerde tijdsbepaling van hersenfuncties.

• MEG toont veranderingen in hersenactiviteit van moment tot moment.

• Minder gevoelig voor dieper gelegen hersengebieden (net als EEG).

• Laat geen anatomische structuur zien.

• Lage spatiële resolutie, daarom vaak gecombineerd met MRI.

Toepassingen van MEG:

• Wetenschappelijk onderzoek.

• Klinisch gebruik, zoals:

  • Lokalisatie van epileptische haarden.

  • Hersenchirurgie: opsporen van taal-, motorische of zintuiglijke gebieden.

EEG in waaktoestand

• Bij alertheid en activiteit:

  • EEG-signaal: onregelmatig, hoge frequentie (13–30 Hz), lage amplitude.

  • Golven: bètagolven.

• Bij ontspanning:

  • EEG vertraagt naar 8–12 Hz, wordt regelmatiger en groter in amplitude.

  • Golven: alfagolven, ontstaan doordat veel neuronen tegelijk vuren.

• Tijdens informatieverwerking:

  • Neuronen desynchroniseren, reageren op specifieke stimuli → alfagolven verdwijnen.

Slaapstadia volgens EEG

Stadium 1:

• EEG: Alfagolven + thètagolven (3–7 Hz).

• Kenmerken: slaperigheid, ogen vallen dicht, spierspanning, temperatuur en hartslag dalen.

Stadium 2:

• EEG: Thètagolven + slaapspoelen (12–14 Hz, 2–5/min) + K-complexen (1/min).

• Functie slaapspoelen: mogelijk betrokken bij geheugenopslag.

• K-complexen: plots grote golfbewegingen.

Stadium 3:

• EEG: Deltagolven (<3 Hz), grote amplitude.

• Kenmerk: neuronen vuren massaal samen → diepere slaap.

Stadium 4 (diepe slaap / slow-wave sleep):

• EEG: Overwegend deltagolven.

• Wordt beschouwd als de diepste slaapfase.

REM-slaap (Rapid Eye Movement):

• EEG: hoge hersenactiviteit met thèta-, alfa- en bètagolven.

• Ogen bewegen snel (zichtbaar via EOG).

• Spiertonus verdwijnt (lijkt op verlamming).

• Moeilijk te wekken ondanks hoge hersenactiviteit → paradoxale slaap.

Transcraniale Magnetische Stimulatie (TMS)

• Non-invasieve hersenstimulatie (NIBS) is een techniek om hersenactiviteit in specifieke corticale gebieden te stimuleren of af te remmen.

• NIBS wordt vaak gebruikt in neurowetenschappelijk onderzoek bij gezonde mensen om te bestuderen of en hoe hersenactiviteit beïnvloed kan worden.

• Transcraniale magnetische stimulatie (TMS) is een bekende vorm van NIBS, waarbij via elektromagnetische inductie depolarisatie en hyperpolarisatie van neuronen in specifieke hersengebieden wordt opgewekt.

• Er wordt ook onderzoek gedaan naar het gebruik van NIBS bij mensen met hersenletsel, vooral gericht op motorische problemen, afasie en neglect.

• Hoewel er veelbelovende resultaten zijn (zoals Fan et al., 2018), worden deze technieken nog niet in de klinische praktijk gebruikt voor patiënten met hersenletsel.

• Redenen hiervoor zijn dat de studies vaak kleinschalig zijn en de klinische relevantie beperkt is.

• Onderzoek focust meestal op korte termijn verbeteringen in cognitieve taken, terwijl langetermijneffecten en impact op het dagelijks leven vaak niet onderzocht worden.

Wat is een PET-scan?

• Een PET-scan (Positron Emissie Tomografie) is een functionele beeldvormingstechniek die de activiteit van organen of weefsels toont.

• Het is een nucleaire beeldvormingstechniek die vooral wordt gebruikt om functionele processen in de hersenen (zoals stofwisseling) in kaart te brengen.

• Wordt vaak ingezet voor vroege detectie van neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer en Parkinson.

Werking van de PET-scan

In het kort:

• Toediening van een radioactieve stof (tracer, bijv. FDG).

• De tracer verspreidt zich en hoopt zich op in actieve cellen.

• De PET-scanner detecteert de uitgezonden straling.

• Een computer reconstrueert een beeld van de stofwisseling of activiteit.

In detail:

• Tracers (radio-isotopen) worden intraveneus toegediend.

• Tracers vallen uiteen via positronemissie → positronen botsen met elektronen → annihilatie → gammastraling komt vrij.

• De gammastraling wordt gemeten met lichtgevoelige detectoren.

• Via wiskundige reconstructie ontstaat een 3D-beeld van tracerverdeling.

• Het soort tracer bepaalt de onderzochte functie: stofwisseling, doorbloeding, enzymactiviteit.

FDG-tracer

• 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) is een gemodificeerde glucosevorm die goed door hersenen wordt opgenomen.

• Hiermee wordt zichtbaar waar meer of minder glucose wordt opgenomen, dus waar hoge of lage hersenactiviteit is.

• Verminderde FDG-opname = mogelijke neurale degeneratie (bijv. dementie).

• Toegenomen opname = mogelijk maligne tumor of encefalitis.

• Fluor-gelabelde tracers kunnen amyloïd-bèta in de hersenen zichtbaar maken.

  • Hiermee kunnen amyloïd-plaquevorming en vroege tekenen van Alzheimer opgespoord worden (voor symptomen zichtbaar zijn).

Voor- en nadelen van PET

Nadelen:

• Hoge kosten.

• Lagere spatiële resolutie dan CT of MRI.

Voordelen:

• Detecteert hersenziekten vóór anatomische veranderingen optreden.

• Lage stralingsbelasting voor de patiënt.

• Combinatie met CT:

  • Voor extra anatomische informatie.

  • Voor correctie van PET-beelden (bij verlies van fotonen).

Wat is fMRI?

• Functionele techniek die hersenactiviteit zichtbaar maakt via een MRI-scanner.

• Verschil met MRI:

  • MRI toont hersenstructuur (stilstaand beeld).

  • fMRI toont hersenfunctie (hersenen in actie)

Hoe werkt fMRI?

In het kort:

• Meet hersenactiviteit via veranderingen in bloedstroom.

• Actieve hersengebieden verbruiken meer zuurstof.

• fMRI detecteert deze veranderingen via het BOLD-signaal (Blood Oxygen Level Dependent).

• Beelden tonen welke hersengebieden actief zijn bij taken zoals denken, kijken of bewegen.

In detail:

• Bij verhoogde hersenactiviteit stijgt de bloedtoevoer naar dat gebied, met meer zuurstofrijk bloed.

• Hemoglobine in bloed bindt zuurstof:

  • Oxyhemoglobine (zuurstofrijk) is diamagnetisch → hoog signaal.

  • Deoxyhemoglobine (zuurstofarm) is paramagnetisch → laag signaal.

• Het BOLD-signaal meet verhouding tussen zuurstofrijk en -arm bloed → indicatie van hersenactiviteit.

• Beelden worden statistisch bewerkt en kleurgecodeerd om verschillen in hersenactiviteit te tonen.

• fMRI-scans worden in reeksen genomen, waarbij rusttoestand wordt afgewisseld met taakuitvoering.

Toepassingen van fMRI (Wetenschappelijk en klinisch)

Wetenschappelijk onderzoek:

• Gebruik van cognitieve taken om functies te activeren en hersengebieden in kaart te brengen.

• Vergelijking van hersenactiviteit bij gezonde personen en patiënten met hersenaandoeningen.

• Inzicht in normale en afwijkende hersenfunctie.

Klinische praktijk:

• Pre-operatieve planning bij hersenchirurgie, bv. lokaliseren van spraak- of motorische gebieden om schade te voorkomen.

• Bij epilepsiepatiënten: lokalisatie van de oorsprong van aanvallen (soms met EEG gecombineerd).

  • Als deze regio geen vitale functies bevat, kan neurochirurgie worden overwogen.

Wat is het neuropsychologisch onderzoek?

• Het neuropsychologisch onderzoek brengt het cognitief functioneren in kaart via tests, oefeningen en observatie.

• Het beoordeelt functies zoals aandacht, concentratie, geheugen, taal, visuele waarneming, redeneren en organisatie, zowel kwalitatief als kwantitatief.

• Het onderzoek vult de informatie aan van structurele en functionele beeldvormingstechnieken.

• Het stelt zelf geen diagnose, maar levert cruciale informatie die kan helpen bij het stellen van een diagnose.

• De resultaten kunnen als basis dienen voor training van getroffen functies.

• De klinisch psycholoog die dit uitvoert, heeft kennis van de relatie tussen hersenafwijkingen, cognitie, emotionele regulatie en (probleem)gedrag.

• Het neuropsychologisch onderzoek is een waardevolle diagnostische methode om uitspraken te doen over deze verbanden.

Bij wie is een neuropsychologisch onderzoek aangewezen?  + Voorbeelden situaties

• Het onderzoek is geschikt voor elke patiënt met een probleem in cognitieve functies dat het normale of optimale functioneren belemmert.

• Er kan soms een verband zijn met hersenletsel of -disfunctie.

Voorbeelden van situaties waarin neuropsychologisch onderzoek zinvol kan zijn:

1. Hersentrauma: zoals hersenschudding of hersenkneuzing.

2. Cognitieve problemen na een beroerte: herseninfarct of hersenbloeding.

3. Chronische neurologische aandoeningen: zoals de ziekte van Parkinson, multiple sclerose, epilepsie.

4. Acute neurologische aandoeningen: zoals hypoxie (zuurstoftekort in de hersenen), encefalitis (hersenenontsteking).

5. Vermoeden van dementie: om dementie op te sporen of uit te sluiten; ook ter geruststelling van de patiënt.

6. Psychische aandoeningen: stress, depressie met ongerustheid over cognitief functioneren.

7. AD(H)D-problematiek: onderzoek naar cognitieve functies in dit kader.

8. Cognitieve problemen door middelenmisbruik: zoals alcohol of drugs.

Samenvattend: het neuropsychologisch onderzoek is breed inzetbaar bij zowel neurologische als psychische aandoeningen waarbij het cognitief functioneren verstoord is.

Hoe verloopt zo een neuropsychologisch onderzoek? 

Breder dan alleen testonderzoek:
Een neuropsychologisch onderzoek omvat een volledige, hypothese-toetsende diagnostische cyclus, vergelijkbaar met de empirische cyclus uit de wetenschap.

1. Start met verwijzing en heldere vraagstelling:

   • Het doel van het onderzoek moet duidelijk zijn voordat het wordt opgezet.

   • Vage vraagstellingen (“Graag cognitie in kaart brengen”) zijn onvoldoende.

   • Specifieke vraagstellingen (“Zijn de concentratieklachten objectief meetbaar en passend bij neurotrauma?”) zijn essentieel.

2. Dossieronderzoek:

   • Analyse van medische en psychiatrische voorgeschiedenis.

   • Controle of er eerder (neuro)psychologisch onderzoek is gedaan.

   • Op basis hiervan worden hypothesen opgesteld en passende tests en vragenlijsten geselecteerd.

3. Anamnese en heteroanamnese:

   • Uitgebreid gesprek met patiënt over klachten, beperkingen, stemming, slaap, karakter- en emotionele veranderingen.

   • Belangrijk om ook informatie van een naaste (heteroanamnese) te verkrijgen.

   • Soms wordt de heteroanamnese afgenomen zonder de patiënt erbij, om openheid te bevorderen.

   • De testselectie kan aangepast worden op basis van deze gesprekken.

4. Psychometrisch testonderzoek:

   • Bestaat uit tests en vragenlijsten.

   • Belangrijk is niet alleen de prestatie, maar ook de manier van aanpak, tempo, fouten en strategie.

   • Observaties buiten de test (gedrag, interactie, motivatie, spraak) zijn ook van belang.

   • Vragenlijsten meten gedragsproblemen, cognitieve klachten, stemming, coping en persoonlijkheid.

   • Zowel patiënt als naasten kunnen deze invullen (in aangepaste vorm).

5. Integratie en conclusie:

   • Alle verkregen informatie wordt samengevoegd en gewogen.

   • Dit leidt tot een conclusie waarmee de oorspronkelijke onderzoeksvraag wordt beantwoord.

6. Advies:

   • Op basis van de resultaten geeft de neuropsycholoog adviezen aan de patiënt, diens naasten en/of het behandelteam.

Belasting en testselectie bij neuropsychologisch onderzoek

• Emotionele belasting voor de patiënt:

  • Neuropsychologisch onderzoek is vaak spannend en confronterend.

  • Vooral bij geheugenproblemen kunnen tests als confronterend en ontmoedigend worden ervaren.

  • Patiënten kunnen het gevoel hebben dat ze een examen afleggen en falen bij fouten.

  • Er is vaak spanning over mogelijke diagnoses.

  • De duur en intensiteit van het onderzoek vragen veel mentale inspanning.

• Zorgvuldige afweging van testgebruik:

  • Belangrijk om kritisch te kijken welke onderdelen van het onderzoek echt nodig zijn om de onderzoeksvraag te beantwoorden.

  • Niet altijd is een uitgebreid testonderzoek nodig; soms is het zelfs niet zinvol.

  • Het doel is voldoende informatie verzamelen zonder de patiënt onnodig te belasten.

• Gebruik van gestandaardiseerde testsets:

  • Een vaste testset kan nuttig zijn bij specifieke patiëntengroepen en als er een uitspraak over het cognitieve profiel moet worden gedaan.

  • Ook binnen wetenschappelijk onderzoek is standaardisatie wenselijk.

  • Als de diagnostiek nog niet duidelijk is en er meerdere verklaringen mogelijk zijn (differentiaaldiagnose), is het beter om de testset uit te breiden of aan te passen aan de individuele patiënt.

Wat is hersenplasticiteit? + voorbeelden

• Hersenplasticiteit (neuroplasticiteit) is het vermogen van de hersenen om zich aan te passen en te veranderen.

• Hersenen kunnen nieuwe verbindingen maken tussen hersencellen.

• Ze kunnen zich herstellen na schade, zoals na een beroerte.

• Hersenen passen zich aan bij leren, ervaring of training.

Voorbeelden:

• Een kind leert een taal → nieuwe hersenverbindingen ontstaan.

• Na hersenletsel kunnen andere hersengebieden functies overnemen.

• Door oefenen (zoals een muziekinstrument bespelen of sporten) verandert de hersenstructuur.

Op welke manier verschilt de werking van Michelle's hersenen met die van een persoon die wel beide hemisferen heeft?

Michelle heeft alleen haar rechterhersenhelft; haar linkerhersenhelft is nooit ontwikkeld. Bij mensen met beide hersenhelften zijn functies verdeeld over links en rechts, waarbij de linkerhelft meestal verantwoordelijk is voor taal, logica en analytisch denken. In Michelle’s geval heeft haar rechterhersenhelft een deel van deze functies overgenomen. Daardoor is haar hersenwerking minder verdeeld en meer geconcentreerd in één hemisfeer. Dit kan leiden tot moeilijkheden met abstracte en vage concepten, omdat die functies normaal gesproken in de ontbrekende linkerhelft zitten.

Welke vaardigheden zijn vrijwel normaal ontwikkeld dankzij hersenplasticiteit? Hoe heeft hersenplasticiteit hier een rol in gespeeld?

Michelle heeft een aantal bijna normaal ontwikkelde vaardigheden, waaronder:

• Normale verbale vaardigheden

• Normaal verbaal geheugen

Dit is te danken aan hersenplasticiteit – het vermogen van de hersenen om zich aan te passen. In haar geval heeft de rechterhersenhelft functies overgenomen die normaal door de linkerhersenhelft worden uitgevoerd. Dankzij deze flexibiliteit kon ze toch leren praten en herinneringen vormen, ondanks het ontbreken van een hele hersenhelft. Dit toont de extreme veerkracht en aanpassingsvermogen van de menselijke hersenen, vooral op jonge leeftijd.

Welke bijzondere, unieke vaardigheden heeft ze?

Michelle bezit een uitzonderlijk geheugen voor data en dagen, zoals:

• Het exact kunnen herinneren van data van gebeurtenissen in het verleden (bijvoorbeeld familiebijeenkomsten).

• Het direct kunnen noemen van de juiste weekdag bij een specifieke datum, zelfs jaren terug.

Dit type geheugen is zeldzaam en valt onder het fenomeen van een kalendergeheugen of een soort savantvaardigheid, wat opmerkelijk is gezien haar neurologische situatie.

Wat gebeurt er bij bewegen in de hersenen (3 zaken + uitleg)?

Bewegen heeft een krachtige invloed op de hersenen. Drie belangrijke effecten zijn:

1. Verbeterde doorbloeding van de hersenen
   Door te bewegen gaat het hart harder pompen, waardoor er meer bloed naar de hersenen stroomt. Dit is gunstig voor de witte stof (de verbindingsbanen tussen hersengebieden), wat de communicatie tussen hersendelen verbetert.

2. Aangroei van nieuwe zenuwcellen (neurogenese)
   In bepaalde gebieden in de hersenen (zoals de hippocampus) kunnen nieuwe zenuwcellen worden aangemaakt. Dit proces wordt bevorderd door beweging, vooral bij aerobe activiteiten zoals wandelen of fietsen.

3. Toename van neurotransmitters zoals dopamine
   Bewegen stimuleert de aanmaak en werking van neurotransmitters. Dopamine is hierbij belangrijk voor motivatie, aandacht en motorische functies. De verhoogde activiteit van deze stoffen ondersteunt hersenplasticiteit (het aanpassingsvermogen van de hersenen).

Waarom is beweging belangrijk voor gezonde hersenen (3 winsten)?

Beweging levert verschillende directe voordelen op voor de hersenen:

1. Betere regulatie van emoties
   Bewegen activeert hersennetwerken die betrokken zijn bij het reguleren van stemming, angst en depressie. Het helpt dus bij het verbeteren van je emotionele stabiliteit.

2. Verbeterde cognitieve functies
   Na bewegen ben je vaak alerter, kun je je beter concentreren en neem je informatie sneller op. Bewegen ondersteunt dus functies als aandacht, geheugen en planning.

3. Betere slaapkwaliteit
   Meer fysieke activiteit overdag verhoogt de kans op een goede nachtrust, wat essentieel is voor het herstel en functioneren van de hersenen.

Welke hersengebieden zijn belangrijk bij bewegen (3 gebieden)?

• Kleine hersenen (cerebellum)
  Belangrijk voor coördinatie, timing en het soepel laten verlopen van bewegingen. Ze helpen ook bij de regulatie van emoties en cognitie.

• Basale kernen (basale ganglia)
  Deze liggen diep in het brein en zijn betrokken bij spierspanning, houding en de basale motoriek (vloeiende bewegingen).

• Motorische cortex
  Gelegen aan de bovenkant van de hersenen. Stuurt bewegingen aan via lange baansystemen naar handen, armen, benen en voeten.

Verschil tussen MRI en fMRI

Overzicht neurologische en neuropsychologische stoornissen

Acalculie

Problemen met rekenen na hersenletsel

Beschadiging in de partiële lob

Afasie van Broca

Spraakproblemen

Stoornis in de linker frontale lob

Afasie van Wernicke

Porblemen met taalbegrip

Stoornis in de linkerhemisfeer op grensgebied tussen partiêle, temporale en occipitale lob

Alexie

Problemen met lezen na hersenletsel

Beschadiging in de pariële lob

Amnesie

Geheugenproblemen

Disfunctie van hippocampus en de temprale cortex

Apperceptieve agnosie

Gen voorwerpen meer herkennen omdat men geen gehelen meer kan zien.

Stoornis in de occipitale lob

Associatieve agnosie

Geen voorwerpen meer herkennen omdat men de betekenis niet meer kan activeren vanuit visuele stimulus.

Stoornis in de temporale lob

Auditieve agnosie

Geen geluiden meer herkennen.

Stoornis in de temporale lob.

Foetaal alcoholsyndroom

Mentale retardatie, hyperactiviteit, verminderde alertheid en motorische problemen.

Stoornis in de ontwikkeling ten gevolgen van alcoholgebruik bij de moeder.

Frontale lobotemie

Problemen met coördinatie en doelgerichtheid van gedrag.

Afsnijden van de frontale lobben.

Hemineglect

Geen aandacht meer besteden aan (linker) kant.

Beschadiging aan de (rechter) partiële lob.

Hemiplegie

Verlamming aan een helft van het lichaam.

Vernietiging van de motorische cortex aan de andere kant van de hersenen.

Multiple sclerose

Problemen met spiercontrole.

Afbraak myelinesche rond de axonen

Split-brain

Integreren van info in linkse en rechtse hemisfeer.

Doorsnijden van het corpus callosum

Vingeragnosie

Onvermogen om de vingers te herkennen.

Beschadiging in de partiële lob.

Ziekte van Alzheimer

Dementie (problemen met geheugen en denken).

Fout bij de acetylcholine neurotransmitters.

Ziekte van Parkinson

Bewegingsproblemen.

Tekort aan dopamine.

Spontaan herstel na hersenbeschadiging

• Na hersenletsel zijn de gevolgen vaak het grootst direct na de beschadiging (bijv. verlamming, hemineglect, spraakverlies).

• Bij veel patiënten treedt na enkele weken spontaan herstel op, zonder ingreep.

• Dit komt doordat:

  • Beschadigd hersenweefsel gedeeltelijk herstelt (dode neuronen worden opgeruimd).

  • Andere hersengebieden functies overnemen.

  • Neuronen nieuwe synaptische verbindingen maken (dendrieten kunnen groeien/krimpen).

  • Gliacellen een belangrijke rol spelen.

• Revalidatie-oefeningen kunnen het spontane herstel versterken.

Recuperatie van minder gebruikte hersengebieden

• Vroeger dacht men dat primaire sensorische en motorische gebieden onveranderlijk waren. Dat is herzien.

• Onderzoek van Edward Taub (2004):

  • Bij makaken waarbij de armzenuwen waren doorgesneden, herorganiseerde de somatosensorische cortex zich.

  • Het hersengebied dat eerder op de arm reageerde, reageerde nu op het gezicht.

  • Bij mensen zonder arm werd iets soortgelijks vastgesteld.

• Hersengebieden kunnen dus reorganiseren, zelfs als ze oorspronkelijk andere functies hadden.

• Bij:

  • Blindgeborenen: visuele cortex actief bij klankdiscriminatie.

  • Doofgeborenen: auditieve cortex actief bij visuele taken.

• Mogelijke verklaring: bij geboorte bestaan er synaptische connecties tussen zintuiglijke gebieden, die normaal worden weggesnoeid maar blijven bestaan als één zintuig geen input krijgt.

Veranderingen door oefening en ervaring (hersenplasticiteit)

• Veelvuldig gebruik van een hersengebied leidt tot uitbreiding van dat gebied in naburig weefsel.

• Voorbeelden:

  • Bij vioolspelers is het hersengebied voor de linkerhand groter dan bij controlepersonen.

  • Bij volwassenen die als kind veel Pokémon speelden, is de visuele cortex anders ontwikkeld

  • Bij gezinshonden is een specifiek gebied in de visuele cortex gewijd aan het herkennen van mensengezichten