Observeren van activiteit (onderzoeksmethoden) PPT4

Welke soorten activiteiten zijn er?

Elektrische & magnetische activiteit

Metabole & synaptische activiteit

Met welke methoden worden elektrische & magnetische activiteit geobserveerd?

Micro-elektrodes

Macro-elektrodes (& EEG)

MEG

Wat houden micro-elektroden in?

‘Single unit recording’

Dunne elektroden meten elektrische activiteit in 1 neuron

Voordeel: directe registratie actiepotentialen → directe manifestatie neurale activiteit

* belangrijk om te zien welk neuron wanneer actiepotentiaal geeft

Invasief & schadelijk → niet courant bij mensen toegepast

Wat houden macro-elektrodes in?

Elektroden registreren opgetelde **postsynaptische potentialen** van min. 1K neuronen

**Soms** **invasief** (schedel open)

**Elektro-encephalografie (EEG)**: meest courante toepassing

* meten spanning

Hoe registreren macro-elektroden PSP?

Lokaal NT vrijgegeven → Na+ kanalen open & refractair

\+ geladen deeltjes verplaatsen zich → voltage-put: lokaal negatiever geladen

→ + geladen deeltjes van elders aangetrokken tot negativiteit & gaan ‘put’ vullen

Dipool ontstaat (+ & - pool) → stroom

PSP duurt langer dan actiepotentiaal

Wat zijn de voorwaarden opdat EEG een PSP registreert?

**Summatie** van activiteit want 1 PSP te klein (min. 1K)

* **synchronisatie (gelijktijdigheid)**
* spatiale **nabijheid** & zelfde **oriëntatie**
* vooral piramidale neuronen

GEEN summatie actiepotentialen: te kort

* wel: gevolg van actiepotentiaal

Wat zijn de nadelen van EEG?

Niet geschikt voor activiteit dieperliggende kernen

Enkel geschikt voor detectie bepaalde soorten (gesynchroniseerde) activiteit

**Montage** (alle elektroden aanbrengen) neemt veel tijd

Artefacten

* oog- , vooral knipperbewegingen → ‘blind’ voor brein
* elektromagnetische storing, vb stopcontact

**Lage spatiale resolutie**: bron activiteit moeilijk te lokaliseren (door lagen van hoofd)

Wat zijn de voordelen van EEG?

Goedkoop

Mobiel

Hoge temporele resolutie (ms): wanneer gebeurt iets in hersenen

Stil

* handig voor slaaponderzoek

Beweging mogelijk

Onschadelijk → toepasbaar op levend menselijk brein

Wat zijn 4 toepassingen van EEG?

Monitoring bewustzijnsniveau / slaaparchitectuur

Diagnostiek (toekomstige) epilepsie

Impact middelenmisbruik

Neurofeedback / BCI (brain computer interface)

Hoe wordt neurofeedback/BCI toegepast op ADHD?

Kinderen met ADHD naar filmpje laten kijken

Film pauzeert in functie van hersenactiviteit

*  θ/β anders bij ADHD
* als  θ/β naar boven gaat → niet gefocust → film pauzeert

Meerdere sessies → in staat om gewenste verhouding te behouden

Hoe wordt neurofeedback/BCI toegepast bij topgolfers?

Ze worden getraind met neurofeedback om preciezer op bal te slaan

Hoe wordt neurofeedback/BCI toegepast op locked-in patiënten?

Locked-in patiënten kunnen niet verbaal communiceren

Oplossing: scherm met letters

* letters flitsen
* patiënt focust op bepaalde letter
* hersenactiviteit (P300) geregistreerd
* zo woorden spellen

Wat zijn enkele onderzoekstoepassingen van EEG?

Bepaalde frequentiebanden hangen samen met bepaalde bewustzijnstoestanden (vb delta-golven bij slaap)

Voorwaarden:

* veel stimuli, want er is veel ruis
* nauwkeurige registratie aanbiedingsmoment van stimulus in EEG

→ bestudering verband eigenschappen stimulus & EEG

= ERP

Wat is ERP (wat houdt het in)?

Event related potential: reactie in EEG gerelateerd aan bepaalde gebeurtenis

Focus op componenten gedefinieerd door locatie, polariteit, timing & bepaalde functionele samenhang

\
vb N400: gevoelig voor semantische inconsistenties (niet grammaticale fouten)

→ interessant voor stereotypen, persoonlijkheidsindrukken, semantische fouten in visueel materiaal

\
vb P300: onderscheid zeldzame stimuli & normale

Wat is MEG (wat houdt het in)?

Magneto-encephalografie

* elektrische stroom veroorzaakt magnetische velden
* magnetische velden opgepikt
* analoog aan ERP: event-gerelateerde activiteit

Wat zijn de voordelen van MEG?

Beter spatiale resolutie dan EEG

* alle lagen in hoofd verstoren magnetische velden minder dan elektrische stroom

Prenatale toepassing mogelijk

Goede temporele resolutie (als EEG) (ms)

Onschadelijk → toepasbaar op levend menselijk weefsel

Wat zijn de nadelen van MEG?

Duur (zoals MRI)

Geen beweging mogelijk

Ongeschikt voor activiteit dieperliggende kernen

Enkel geschikt voor detectie bepaalde soorten (gesynchroniseerde) activiteit

Met welke methoden worden metabole & synaptische activiteit geobserveerd?

Autoradiografie

PET

fMRI

Microdialyse

Hoe werkt 2-deoxy-glucose + autoradiografie?

1. 2-DG (= radioactieve contrastvloeistof) opgenomen door actieve cellen
2. NIET gemetaboliseerd/verbrand → blijft aanwezig in cel
3. Registratie radioactieve straling maakt zichtbaar welke delen actief zijn geweest

Hoe werkt PET & SPECT (& waarvoor staan ze)?

PET: positron emissie tomografie

SPECT: single photon emission computed tomography

\

1. Radioactieve contrastvloeistof geïnjecteerd (schadeloos)
2. 3D weergave door CT-achtige technologie

Wat zijn de voordelen van PET + SPECT?

Metabole activiteit zichtbaar in levend menselijk weefsel

Aanwezigheid bepaalde chemische stoffen zichtbaar

Hoe wordt PET toegepast op Parkinson patiënten?

Radioactieve L-DOPA toegediend & opgenomen in substantia nigra

Bij Parkinson patiënten sterven er cellen in substantia nigra af

→ minder ‘oplichting’ van substantia nigra op PET beelden

Wat zijn de nadelen van PET & SPECT?

Duur

* noodzaak cyclotron: toestel om radioactieve contraststoffen aan te maken

Veiligheidsrisico’s met radioactieve contraststoffen

Slechte spatiale & temporele resolutie

Indirecte maat voor neurale activiteit

* je registreert metabolisme

Wat is fMRI & hoe werkt het?

Functionele MRI

\

1. **Structurele MRI scan verwerven**
2. **BOLD** (blood-oxygen level-dependent) signaal tijdens experimentele taak meten
* magnetische susceptibiliteit verschilt van hemoglobine (bloed) met of zonder zuurstof
3. **Meet verschillen in regionale bloedtoevoer**
* brein heeft zuurstof nodig voor verbranding → bloed gedraagt zich anders in bepaalde magnetische velden
* verschillen in helderheid, dus activiteit, dus meer zuurstof uit bloed gehaald
* **indirecte** maat metabolisme
* GEEN meting van elektromagnetisch fenomeen samenhangend met neurale communicatie

Wat zijn de voordelen van fMRI?

Idem MRI

Betere temporele resolutie dan PET → meer experimenteel-psychologische mogelijkheden

Nauwkeurige lokalisatie activiteit

Wat zijn de nadelen van fMRI?

Idem MRI

Specifiek voor functioneel experimenteel psychologisch onderzoek:

* gevoelig voor **bewegingsartefacten**
* **luid**
* **indirecte** maat voor neurale activiteit
* temporele resolutie beter dan PET, maar laag voor meeste psychische processen

Hoe wordt statistiek op groepsniveau gedaan wanneer iedereen een ander brein heeft?

Vergeleken met 2 grote standaard-breinen (atlassen)

* Talairach
* Montreal Neurological Institute

Gevormd (morphed) tot standaard-brein

\
Coördinaten tov anterieure commissuur

* x: L (negatief) - R (positief)
* y: posterieur (negatief) - anterieur (positief)
* z: onder (negatief) - boven (positief)

Wat zal men dikwijls in de praktijk doen om een zo nauwkeurig beeld te krijgen van de hersenactiviteit (dus meeste voordelen)?

Gecombineerde methoden

* EEG/fMRI
* EEG/MEG
* …

Hoe werkt microdialyse?

Directe meting hoeveelheid afgescheiden neurotransmitter

Gebruik selectief permeabel membraan

* cannula met onderaan zakje van membraan
* vloeistof in zakje gepompt → NT-moleculen die door membraan gaan opgenomen
* vloeistof dan geanalyseerd

Zelden toegepast bij mensen, enkel voor klinische noodzaak