BBG Leerpad 5/ 5.1/ deel 2

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

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