Theme 2 Two sides

Lateralisatie

verdeling van arbeid tussen de twee hemisferen

Hoe kun je lateralisatie bepalen?

• Vergelijking van effecten van unilaterale schade aan linker- en rechterhemisferen

• Sodium amytal test

• Dichotic listening test

• Functional brain imaging

Wat heeft de vergelijking van effecten van schade aan linker- en rechterhemisferen ontdekt over taal en links-/rechtshanidgheid?

• Linkerhemisfeer is dominant in taal voor bijna alle dextralen (rechtshandigen)

• Sinestralen (linkshandigen) verschillen vaker in dominante hemisfeer voor taal, maar ook andere aspecten van hersenfuncties
  vb. aandacht, gezichtsherkenning

Wat kan de sodium amytal test aantonen m.b.t. de lateralisatie van taal?

• Injectie van kleine hoeveelheid sodium amytal in één halsslagader
  → verdooft hemisfeer aan kant van injectie voor enkele minuten; capaciteiten van andere hemisfeer kunnen bepaald worden

• Deelnemer wordt gevraagd om bekende reeks (bijv. alfabet, maanden) of foto’s van bekende objecten te benoemen
  → wordt herhaald aan andere kant

Verdoving linkerhemisfeer → onvermogen om te spreken + veel fouten; lijkt dominant voor spreken

Verdoving rechterhemisfeer → nauwelijks complicaties met taak

Wat toont de dichotic listening test m.b.t. lateralisatie van taal en melodie?

• Drie verschillende paren van uitgesproken nummers worden gelijktijdig afgespeeld in elk oor, via oordopjes
  vb. linkeroor 3-9-2; rechteroor 1-6-4

• Deelnemer moet alle nummers opnoemen
  → men is vaak iéts beter in herhalen van cijfers gepresenteerd aan rechteroor; toont taalspecialisatie van linkerhemisfeer aan

Bij het afspelen van melodieën presteert rechterhemisfeer (linkeroor) beter

Wat doet functional brain imaging? Wat zijn voorbeelden van technieken?

bepaling hersenactiviteit gedurende taak
→ taalactiviteiten tonen ook vaak hogere activiteit in linkerhersenhelft aan
vb. positron emission tomography (PET), functional magnetic resonance imaging (fMRI)

Wat is Levy’s hypothese m.b.t. lateralisatie van het brein?

hersenen van mannen en vrouwen verschillen in mate van lateralisatie; mannen hebben hogere mate
→ tegenwoordig niet wijd geaccepteerd

Hoe is de lateralisatie van … verdeeld tussen linker- en rechterhemisfeer?

• Huidreceptoren

• Spieren

• Visuele veld

• Auditieve informatie

• Reukinformatie

• Informatie over smaak

• Spraakproductie

Linkerhemisfeer	Rechterhemisfeer	Beide hemisferen
Huidreceptoren & spieren rechterzijde lichaam	Huidreceptoren & spieren linkerzijde lichaam	Romp- en gezichtsspieren
Ziet rechterhelft van visuele veld	Ziet linkerhelft van visuele veld	-
Iéts sterkere auditieve informatie van contralateraal (rechter) oor	Iéts sterkere auditieve informatie van contralateraal (linker) oor	Auditieve informatie van beide oren
Reukinformatie van ipsilaterale (linker) neusgat	Reukinformatie van ipsilaterale (rechter) neusgat	Informatie over smaak van beide kanten van de tong
Dominant in spraakproductie bij: -            95% rechtshandigen -            80% linkshandingen

Commisures

verbinden hemisferen, waardoor informatie uitwisseling tussen hemisferen mogelijk is
→ informatieverwerking en coördinatie van beweging, afkomstig uit één hemisfeer, kan door beide hemisferen uitgevoerd worden

Wat zijn de belangrijkste commisures?

Identificeer de commisures

Waarom is onderzoek naar de verschillen in functie en anatomie van hersenhelften complex?

• Onduidelijke grenzen van hersengebieden

• Grote verschillen in structuur tussen gezonde mensen

Anatomische verschillen kunnen niet als causaal of gecorreleerd m.b.t. lateralisatie beschouwd worden

Wat zijn de drie meest onderzochte hersengebieden m.b.t. lateralisatie?

• planum temporale (Wernicke’s area)

• frontal operculum (Broca’s area)

• Heschl’s gyrus (primaire auditieve cortex)

Waar is de planum temporale of Wernicke’s area bij betrokken? Wat zijn de verschillen tussen hemisferen?

betrokken bij spreken en taal & is bij 65% van de populatie groter in linkerhemisfeer

• Tijdens opgroeien onderdrukken kinderen steeds meer het gebruik van rechterhemisfeer

• Activiteit in linkerhemisfeer neemt steeds verder toe
  → gebeurt niet als kind geen corpus callosum ontwikkelt; beide hemisferen blijven actief

Waar is de frontal operculum of Broca’s area bij betrokken? Wat zijn de verschillen tussen hemisferen?

Schade aan Broca’s area in linkerhemisfeer wordt geassocieerd met afasie = tekort in vermogen om taal te produceren of begrijpen

• Anterieure gedeelte groter in rechterhemisfeer

• Posterieure gedeelte groter in linkerhemisfeer

Waar ligt Broca’s area ongeveer?

Vóór het gezichtsgedeelte van de primaire motor cortex

Waar is Heschl’s gyrus bij betrokken? Wat zijn de verschillen tussen hemisferen?

ook wel primaire auditieve cortex, bevindt zich in lateral fissure
→ groter in linkerhemisfeer bij gezonde mensen

Wat is apraxie en waarmee wordt het geassocieerd?

moeite met bewuste uitvoering van bewegingen
→ geassocieerd met schade aan linkerhemisfeer, ondanks bilaterale symptomen

Wat is de theorie van cerebrale dominantie?

linkerhemisfeer speelt dominante rol in alle complexe gedrags- en cognitieve processen:

• Linkerhemisfeer = dominante hemisfeer

• Rechterhemisfeer = kleine (minor) hemisfeer

Hoe is het visuele systeem verbonden met het brein?

Elke hemisfeer is verbonden met de helft van elk oog
→ ongeveer de helft van de axonen van het oog kruisen naar weerszijden brein bij optic chiasm

• Licht van rechterkant visuele wereld valt op linkerhelft van netvlies, verbonden aan linkerhemisfeer
  → ziet rechterkant van visuele wereld

• Licht van linkerkant visuele wereld valt op rechterhelft van netvlies,
  → Ziet linkerkant van visuele wereld

• Verticale strip van ± 5 graden van gezichtsveld over centrum van retina is verbonden met beide hersenhelften

Hoe is het auditieve systeem verbonden met het brein?

oren sturen sensorische informatie naar beide hersenhelften (nodig voor lokalisatie van geluid d.m.v. vergelijking input)
→ elke hemisfeer besteed meer aandacht aan input van contralateraal oor

Epilepsie

conditie gekarakteriseerd door herhaaldelijke episodes van excessief gesynchroniseerde neurale activiteit (= seizure)

Hoe wordt epilepsie behandelt als anti-epileptische medicatie niet weerkt?

De focus (= gebied in brein waar epileptische aanval begint; verschilt per persoon) kan operatief verwijderd worden, mits:

• Er géén meerdere foci zijn

• Focus niet ligt in belangrijk hersengebied voor taal

Indien niet mogelijk, kon corpus callosum doorgesneden worden (= commissurotomy of corpus callosotomy) om te voorkomen dat epileptische aanvallen overlopen naar andere hemisfeer

Wat zijn de voordelen van een commisurotomy bij behandeling van epilepsie?

• Slechts één kant van lichaam wordt aangedaan door epileptische aanvallen

• Epileptische aanvallen worden minder frequent
  → activiteit kan niet meer heen en weer kaatsen tussen hersenhelften

Beschrijf het experiment van Myers & Sperry met katten (en apen)

• Twee panelen: één met cirkel, één met vierkant
  → relatieve posities werden gevarieerd

• Katten moesten leren op welk symbool ze moesten drukken voor een beloning
  → werden geblinddoekt, ontvingen enkel visuele informatie uit één oog

 

1. Alle katten leerden taak met geblinddoekt oog even snel

• Experimentele groep (split-brain katten met doorgesneden corpus callosum en optic chiasm)

• Controlegroepen

  • Katten zonder beschadigde hersenen

  • Katten met doorgesneden corpus callosum

  • Katten met doorgesneden optic chiasm
    → produceert scotoma: blindheid in mediale helft gezichtsveld

2. Wisselen van ooglapje produceerde duidelijk verschil in prestatie

• Controlegroepen bleven taak nagenoeg foutloos uitvoeren

• Experimentele groep moest taak opnieuw leren
  → eerste hersenhelft kon informatie over geleerde taak niet doorgeven aan tweede hersenhelft
  

Conclusie: kattenbrein kan functioneren als twee aparte hersenen, corpus callosum dient om informatie door te geven tussen hemisferen
→ ook aangetoond dat split-brain apen fijne sensorische/motorische taken geleerd met één hand niet kunnen uitvoeren met andere hand

Wat is split-brain syndroom? Hoe functioneren mensen met dit syndroom?

syndroom van mensen die operatie aan corpus callosum hebben gehad
→ functioneren normaal, maar gebruiken handen anders:

• Moeite met gezamenlijk gebruik van handen op nieuwe taken

• Kunnen handen onafhankelijk van elkaar gebruiken
  bijv. ∪ tekenen met linkerhand, ⊃ tekenen met rechterhand, tegelijkertijd

Beschrijf het klassieke experiment met split-brain syndroom mensen van Sperry & Gazzinga

• Persoon met split-brain syndroom zit aan tafel met objecten (handen bedekt) en fixeert zich op het midden van een scherm vlak voor de deelnemer

• Woord wordt zeer kort (0,1 s) aan linker- of rechterzijde van scherm vertoond
  → precies lang genoeg voor waarneming zonder maken van oogbewegingen

  • Woord aan rechterzijde wordt waargenomen door linkerhersenhelft
    → deelnemer kan zowel object met linkerhand aanwijzen als spreken over woord

  • Woord aan linkerzijde wordt waargenomen door rechterhersenhelft
    → deelnemer kan enkel objecten wel aanwijzen met linkerhand, maar niet herhalen

Linkerhemisfeer kan niet communiceren met rechterhemisfeer; ontvangt geen visuele informatie over woord om te interpreteren waardoor er geen spraak geproduceerd kan worden
Deelnemer heeft “niets” gezien bij woord aan linkerzijde, want linkerhemisfeer praat!

Wanneer ontvangen mensen met split-brain syndroom nog voldoende informatie uit beide hersenhelften? Via welke pathways?

Bij het interpreteren/ervaren van emoties of bij uitvoering complexe taken, via:

• kleinere commisures die niet zijn doorgesneden

• indirecte pathways vanuit hersenstam

• externe route van cross-cuing: pratende linkerhemisfeer detecteert fouten door signalen als fronsen en hoofdschudden vanuit rechterhemisfeer

Kunnen kinderen hetzelfde gedrag vertonen als volwassenen met split-brain syndroom?

Ja, omdat de corpus callosum langszaam ontwikkelt kunnen jonge kinderen (± 3-5 jaar) weinig vergelijken tussen handen

Beschrijf de competitie tussen twee gespleten hemisferen

In eerste weken na split-brain operatie kunnen de hemisferen zich gedragen als afzonderlijke mensen in één lichaam
bijv. verschil in bewustzijn, capaciteiten, emoties, herinneringen
→ conflicten ontstaan als rechterhemisfeer proactieve rol aanneemt; nemen af met tijd

Hoe kunnen gespleten hemisferen leren samenwerken? Zijn er nog andere voordelen?

• Linkerhemisfeer kan fouten herkennen als rechterhemisfeer gezicht laat fronsen (cross-cuing)
  → helping-hand phenomenon = rechterhemisfeer corrigeert linkerhemisfeer door rechterhand vast te pakken en te begeleiden

• Linkerhemisfeer bedenkt verklaring voor acties van rechterhemisfeer
  bijv. detectie verandering in stemming

Een voordeel is dat hemisferen apart van elkaar taken kunnen uitvoeren/leren
bijv. visuele identificatie/discriminatie, aandacht
→  visual completion = beide hemisferen hebben capaciteit om ipsilaterale visuele veld onafhankelijk van elkaar aan te vullen; aantoonbaar met chimeric figures test

Wat wordt er bedoeld met de functie van interpreter (linkerhemisfeer)?

neiging om verklaringen voor acties te bedenken en verdedigen, zelfs wanneer acties onbewust zijn
→ vindt ook plaats bij mensen zonder split-brain syndroom

Wat zijn de belangrijke functies van de rechterhemisfeer?

• Beter in begrip van ruimtelijke relaties

• Responsiever op emotionele toon van communicatie (zoals handgebaren, stemtoon, gezichtsuitdrukkingen)
  vb. begrip van humor en sarcasme
  → sterkere emotionele intuïtie; linkerhemisfeer is meer analyserend en feitelijk

• Hogere activiteit in rechter prefrontale cortex is geassocieerd met depressie
  → depressieve mensen zullen naar links kijken bij uitvoeren van verbale taak

Wat is een veelvoorkomende misvatting m.b.t. verschillen in de hemisferen?

Hemisferen kunnen verschillen vertonen in activiteit op basis van taak (kleine voorkeur)
→ men gebruikt echter niet zozeer één hemisfeer vaker dan de ander
→ slechte prestaties op taken geassocieerd met linkerhelft is geen oorzaak van goede prestaties op taken geassocieerd met rechterhelft

Conclusie dat hemisferen domineren in brede capaciteiten en functies is te simplistisch
vb. taal, ruimtelijke relaties
→ specifieke cognitieve processen zijn wel gelateraliseerd

Wat is de relatieve dominantie in domeinen/brede functies per hemisfeer?

• Visie

• Geluid

• Aanraking

• Beweging

• Geheugen

• Taal

• Ruimtelijke capaciteiten

Wat zijn de twee algemene stellingen die in veel theorieën over evolutie van cerebrale asymmetrie voorkomen?

1. Locatie in zelfde hemisfeer is voordelig voor hersengebieden die soortgelijke functies uitvoeren

2. Verschillende functies aan weerszijden van hersenen is voordelig om redundancy (overbodigheid) van functies te minimaliseren
   

Beschrijf de analytic-syntethic theory over cerebrale asymmetrie

er bestaan twee denkwijzen (analytisch en synthetisch) die zijn gesegregeerd gedurende evolutie
→ zeer vaag; onduidelijk in welke mate taken analytisch of synthetisch denken vereisen

• Linkerhemisfeer: logisch, analytisch, computerachtig
  → abstraheert sensorische informatie in kleinere stukken m.b.v. verbale labels

• Rechterhemisfeer synthetiseert, organiseert en verwerkt grote delen informatie

Beschrijf de motor theory over cerebrale asymmetrie

linkerhemisfeer is gespecialiseerd in controle van fijne motoriek, waar taal ook onder valt
→ wordt ondersteund door feit dat hersenschade geassocieerd met afasie vaak ook andere problemen met motoriek veroorzaakt
→ beschrijft niet waarom functie is gelateraliseerd

Beschrijf de linguistic theory over cerebrale asymmetrie

primaire rol van linkerhemisfeer is taal
→ ondersteund door feit dat schade aan linkerhemisfeer begrip van gebarentaal, maar niet van letterlijke pantomime-gebaren verhindert

Wat toont het feit dat cerebrale lateralisatie in veel diersoorten voorkomt aan?

Het is voordelig voor overleving van een soort doordat…

• Neuronen met zelfde functie in één hemisfeer verhoogt efficiëntie
  vb. één zeer kundige hand > twee matig kundige handen

• Twee verschillende cognitieve processen kunnen beter gelijktijdig worden uitgevoerd bij lateralisatie

Waarom zou je niet verwachten dat linkshandigheid al honderdduizenden jaren slechts in een klein deel van de populatie voorkomt?

• Indien handvoorkeur geen voordeel levert, zou je een 50/50 verdeling verwachten

• Indien handvoorkeur wél voordeel oplevert, zou je verwachten dat één soort steeds minder zou voorkomen en uiteindelijk zou “uitsterven”

is handvoorkeur erfelijk?

Deels, vooral door moederlijke transmissie

Is handvoorkeur altijd 100% links of rechts?

Nee, intensiteit kan verschillen, sommige activiteiten worden ook uitgevoerd met niet-dominante hand
→ ambidexteriteit; komt vaker voor bij linkshandigen

Wat zijn de voorgestelde omgevingsfactoren die handvoorkeur beïnvloeden?

Handvoorkeur onwikkelt waarschijnlijk in baarmoeder en zet zich mogelijk voort na geboorte
→ links- of extreme rechtshandigheid kan wijzen op vroege verstoring in ontwikkeling of genetisch defect (maar hoeft uiteraard niet); geassocieerd met…

• Autisme, schizofrenie, epilepsie

• Perinatale/intra-uteriene verstoringen aan cerebrale ontwikkeling
  bijv. defect aan neurale buis, infectie, zuurstoftekort, stress
  → kan komen door verhoogd testosteronniveau

  • Verhinderde ontwikkeling van corpus callosum → extreme rechtshandigheid

  • Verhinderde ontwikkeling van linkerhemisfeer → linkshandigheid

• Geboortes in lente tot vroege zomer
  → lagere vitamine D metabolisme of groter aantal infecties in wintermaanden

Wat is de right-shift hypothesis?

Er bestaat een gen die codeert voor verschuiving van taal en motorfuncties naar rechterhemisfeer

Waarmee wordt linkshandigheid geassocieerd?

• Hogere bilateraliteit van cognitieve processen
  vb. 30% heeft bihemisferisch motor speech, 10% in rechterhemisfeer

• Grotere corpus callosum en betere interhemisferische verbinding
  → hoger IQ, betere wiskundige en muzikale capaciteiten

• Groot succes in één-op-één sporten zoals tennis, judo en boxen
  → zowel door ambidexteriteit als surprise effect op tegenstander (game theory)

Wat is de right-sided world hypothesis?

linkshandigen hebben nadeel in rechtshandige wereld
→ grotere kans op ongelukken bij gebruik van rechtshandig gereedschap/machines

Hoe verklaart het artikel van Gutwinski et al. (2011) de stabiele verdeling van linkshandigheid uit?

De voor- en nadelen van linkshandigheid zorgen samen voor een stabiele minderheidsverdeling
→ voorbeeld van continuous polymorphism = voortdurend voorkomen van meerdere types in een populatie

Welke functies zijn volgens het artikel van Gutwinski et al. (2011) nog meer gelateraliseerd?

• Controle van onderste ledematen (bijv. voeten) is gecorreleerd met handigheid

• Visuele stimuli aan linkerkant visuele veld worden sterker waargenomen
  → rechterhemisfeer is dominant voor visuele perceptie

• Verwerking van emoties verschilt per hemisfeer

Activiteit	Linkerhemisfeer	Rechterhemisfeer
Hoog	Geluk/blijdschap	Depressie
Laag	Depressie	Manie

 

Over het algemeen zijn motorfuncties sterker gelateraliseerd dan sensorische, emotionele en cognitieve functies