30-09-2019
Purves H2: The methods of cognitive neuroscience
Cognitieve hersenwetenschappen
2 belangrijke aspecten:
- Convergentie: als een theoretisch concept met heel veel verschillende technieken
wordt bewezen is het waarschijnlijk waar. Alleen een serie experimenten kan iets
bewijzen
- Complementariteit: nauwkeurigheid van de verschillende methoden verschilt
(tijd/ruimte, veel/enkele neuronen, directe/indirecte meting
Belangrijk!!!
Hier zijn goed de
verschillende technieken
te zien en waar ze voor
gebruikt kunnen worden
Elke methode heeft voor
en nadelen.
Verband tussen hersenprocessen en gedrag
- Correlationeel verband -> hersenmetingen
- Causaal verband -> hersenstimulatie
Causale methoden;
- Humane lesies -> je kijkt naar hersenschade
Nadelen van hersen lesies:
Hersenschade is vaak niet beperkt tot 1 gebied
Individuen verschillen in welke gebieden betrokken zijn bij cognitieve functies
- Experimentele lesies -> proefdieren kan je heel nauwkeurig lesies toebrengen
Nadelen:
Trainen duurt erg lang
Is het wel ethisch
- Farmacologische interventies -> experimenteel toedienen van agonisten en
antagonisten
Je beïnvloed het hele brein tegelijk
- Intracraniële stimulatie = Directe elektrische stimulatie van hersengebieden in de
cortex of subcorticale gebieden. Zwakke stimulatie zorgt vaak voor betere verwerking,
sterke stimulatie veroorzaakt een tijdelijke of permanente lesie. Vrijwel uitsluitend
dieronderzoek.
- Optogenetics -> je injecteert een virus in het brein. Dit zorgt ervoor dat het DNA van
de ionkanalen wordt gewijzigd. Daarna reageren deze ionkanalen op laserlicht:
inhiberend of exciterend. Als er licht schijnt exciteren de neuronen en als er geen licht
schijnt doen de neuronen niks.
- Transcraniële stimulatie = magnetische stimulatie door de schedel heen, heel
nauwkeurig (TMS)
Elektrische stimulatie door de schedel heen, niet nauwkeurig (TES). Veroorzaakt
geen actiepotentialen, maar je kan onderzoeken wat onderliggende gebieden doen.
, TMS TES
Pros Vrij precies Goedkoop
Heel snel Licht
Induceert actiepotentialen Veilig
Cons Duur Onnauwkeurig
Zwaar Geen controle over
stroomrichting
Kleine kans op epileptisch Langzame toediening van
insult stroom
Correlatiemethoden:
- Single cell recording = electrode wordt dicht bij een neuron in het brein gestoken. Dit
wordt gebruikt om actiepotentialen te meten. Zo kan je onderzoeken welke stimulus
invloed hebben op neuronen etc. Eigenlijke alleen bij dieren.
- PET = radioactieve stoffen worden in het bloed geïnjecteerd. Als protonen in
instabiele isotopen (bijv. 11C) vervallen en botsen met elektronen komen er gamma-
straling vrij. Op basis van deze straling kan je de locatie bepalen waar het verval
heeft plaatsgevonden. PET meet geen neurale activiteit, maar de hoeveelheid bloed
die in verschillende hersendelen aanwezig is (normaal gesproken: meer bloed = meer
neurale activiteit)
groot aantal verschillende moleculen kan gedetecteerd worden
Kan concentratie neurotransmitter, hoeveelheid receptoren en metabolische
processen meten
Indirecte maat voor neurale activiteit
- EEG/MEG -> je meet de inputs, dus alles wat aankomt op de dendrieten (je meet
geen actiepotentialen/outputs). Je hebt een heleboel neuronen nodig met die ‘graded
potentials’, om dit te kunnen zien. Dit zijn dan local field potentials.
Local field potentials (LFP) = gecombineerde input op de dendrieten.
De neuronen moeten allemaal dezelfde kant op staan anders middelen ze elkaar uit
en valt er niks te meten. Daarom meet je met EEG vooral pyramidale neuronen, zoals
cortex. Je kan zien welke hersendelen met elkaar aan het communiceren zijn
Verschillen EEG (elektrisch) & MEG (magnetisch): je meet met MEG andere LFP’s.
EEG meet loodrecht op de schedel en MEG meet parallel tov de schedel.
Bronlokalisatie is bij MEG beter, omdat de schedel voor spreiding van elektrische
straling zorgt. EEG is veel goedkoper.
Waar komen de oscillaties vandaan (herhalende sinusgolven)?
Excitatoire neuronen worden actief, deze activeren inhibitoire neuronen. De inhibitoire
neuronen remmen de excitatoire af en vervolgens zichzelf. Daarna kunnen de
excitatoire neuronen weer actief worden.
2 manieren van data-analyse
Event-related potentialen (ERP’s): gemiddelde time locked EEG signaal. Je
telt de golven op om een patroon te maken. (superpositie natuurkunde). De
pieken (P) en dalen (N) in de golf zijn te koppelen aan verschillende stappen
in de informatieverwerking en geven de snelheid weer en in welke volgorde
hersengebieden actief worden.
Groot nadeel is dat als de oscillatie van elkaar verschillen in fase dan
middelen de golven elkaar uit. Ze meten niet erg gevoelig
Time-frequency analyse: zegt iets over welke hersendelen met elkaar
communiceren.
- Functionele MRI: je meet fluctuaties in de hoeveelheid zuurstof in het bloed.
Zuurstofarm bloed: magneet = minder signaal
, Zuurstofrijk bloed: niet magnetisch = meer signaal
Meer neurale activiteit -> meer zuurstofrijk bloed -> meer signaal
Je meet ongeveer heftzelfde als met EEG, maar veel nauwkeuriger. Alleen met kleine
vertraging.
Nadeel: magnetische objecten (mensen met pacemaker mogen niet)
01-10-2019
Laptopcollege Functionele anatomie
Frontale Beloning, beweging Hippocampus Geheugen (lange
cortex (pre- & motor cortex), termijn)
inhibitie, oriëntatie
(aandacht),
planning, spraak
(broca),
werkgeheugen
Pariëtele Basale Hersenstam Beloning (substantia
cortex somatosensorische nigra), controle autonome
verwerking, zenuwstelsel, pijn, vitale
oriëntatie (aandacht), lichaamsfuncties(ademen,
pijn (waar), taal hartslag)
(ruimtelijke ordening)
Occipitale Basale visuele Corpus callosum Communicatie tussen
cortex verwerking hemisferen
Temporale Basale auditieve Amygdala Angst, beloning, emotie,
cortex verwerking, pijn
taalbegrip
(wernicke), visuele
object herkenning
Cingulate Conflict detectie Basale ganglia Beloning (nucleus
cortex accumbens), beweging
Cerebellum Beweging Pijnappelklier/epifyse/ Slaap/wakker cyclus
(coördinatie) pineal gland
Thalamus Schakelstation voor Hypofyse/ pituitary hormoonregulatie
sensorische en gland
motorische
informatie aan de
cortex
Hypothalamus Hormoonregulatie,
regulatie van honger
en dorst
02-10-2019
Kolb H8: sensorische systemen
Algemene verwerkingsprincipes van sensorische systemen:
- Prikkel -> stimulus
- Sensorische receptor
- Transductie
Purves H2: The methods of cognitive neuroscience
Cognitieve hersenwetenschappen
2 belangrijke aspecten:
- Convergentie: als een theoretisch concept met heel veel verschillende technieken
wordt bewezen is het waarschijnlijk waar. Alleen een serie experimenten kan iets
bewijzen
- Complementariteit: nauwkeurigheid van de verschillende methoden verschilt
(tijd/ruimte, veel/enkele neuronen, directe/indirecte meting
Belangrijk!!!
Hier zijn goed de
verschillende technieken
te zien en waar ze voor
gebruikt kunnen worden
Elke methode heeft voor
en nadelen.
Verband tussen hersenprocessen en gedrag
- Correlationeel verband -> hersenmetingen
- Causaal verband -> hersenstimulatie
Causale methoden;
- Humane lesies -> je kijkt naar hersenschade
Nadelen van hersen lesies:
Hersenschade is vaak niet beperkt tot 1 gebied
Individuen verschillen in welke gebieden betrokken zijn bij cognitieve functies
- Experimentele lesies -> proefdieren kan je heel nauwkeurig lesies toebrengen
Nadelen:
Trainen duurt erg lang
Is het wel ethisch
- Farmacologische interventies -> experimenteel toedienen van agonisten en
antagonisten
Je beïnvloed het hele brein tegelijk
- Intracraniële stimulatie = Directe elektrische stimulatie van hersengebieden in de
cortex of subcorticale gebieden. Zwakke stimulatie zorgt vaak voor betere verwerking,
sterke stimulatie veroorzaakt een tijdelijke of permanente lesie. Vrijwel uitsluitend
dieronderzoek.
- Optogenetics -> je injecteert een virus in het brein. Dit zorgt ervoor dat het DNA van
de ionkanalen wordt gewijzigd. Daarna reageren deze ionkanalen op laserlicht:
inhiberend of exciterend. Als er licht schijnt exciteren de neuronen en als er geen licht
schijnt doen de neuronen niks.
- Transcraniële stimulatie = magnetische stimulatie door de schedel heen, heel
nauwkeurig (TMS)
Elektrische stimulatie door de schedel heen, niet nauwkeurig (TES). Veroorzaakt
geen actiepotentialen, maar je kan onderzoeken wat onderliggende gebieden doen.
, TMS TES
Pros Vrij precies Goedkoop
Heel snel Licht
Induceert actiepotentialen Veilig
Cons Duur Onnauwkeurig
Zwaar Geen controle over
stroomrichting
Kleine kans op epileptisch Langzame toediening van
insult stroom
Correlatiemethoden:
- Single cell recording = electrode wordt dicht bij een neuron in het brein gestoken. Dit
wordt gebruikt om actiepotentialen te meten. Zo kan je onderzoeken welke stimulus
invloed hebben op neuronen etc. Eigenlijke alleen bij dieren.
- PET = radioactieve stoffen worden in het bloed geïnjecteerd. Als protonen in
instabiele isotopen (bijv. 11C) vervallen en botsen met elektronen komen er gamma-
straling vrij. Op basis van deze straling kan je de locatie bepalen waar het verval
heeft plaatsgevonden. PET meet geen neurale activiteit, maar de hoeveelheid bloed
die in verschillende hersendelen aanwezig is (normaal gesproken: meer bloed = meer
neurale activiteit)
groot aantal verschillende moleculen kan gedetecteerd worden
Kan concentratie neurotransmitter, hoeveelheid receptoren en metabolische
processen meten
Indirecte maat voor neurale activiteit
- EEG/MEG -> je meet de inputs, dus alles wat aankomt op de dendrieten (je meet
geen actiepotentialen/outputs). Je hebt een heleboel neuronen nodig met die ‘graded
potentials’, om dit te kunnen zien. Dit zijn dan local field potentials.
Local field potentials (LFP) = gecombineerde input op de dendrieten.
De neuronen moeten allemaal dezelfde kant op staan anders middelen ze elkaar uit
en valt er niks te meten. Daarom meet je met EEG vooral pyramidale neuronen, zoals
cortex. Je kan zien welke hersendelen met elkaar aan het communiceren zijn
Verschillen EEG (elektrisch) & MEG (magnetisch): je meet met MEG andere LFP’s.
EEG meet loodrecht op de schedel en MEG meet parallel tov de schedel.
Bronlokalisatie is bij MEG beter, omdat de schedel voor spreiding van elektrische
straling zorgt. EEG is veel goedkoper.
Waar komen de oscillaties vandaan (herhalende sinusgolven)?
Excitatoire neuronen worden actief, deze activeren inhibitoire neuronen. De inhibitoire
neuronen remmen de excitatoire af en vervolgens zichzelf. Daarna kunnen de
excitatoire neuronen weer actief worden.
2 manieren van data-analyse
Event-related potentialen (ERP’s): gemiddelde time locked EEG signaal. Je
telt de golven op om een patroon te maken. (superpositie natuurkunde). De
pieken (P) en dalen (N) in de golf zijn te koppelen aan verschillende stappen
in de informatieverwerking en geven de snelheid weer en in welke volgorde
hersengebieden actief worden.
Groot nadeel is dat als de oscillatie van elkaar verschillen in fase dan
middelen de golven elkaar uit. Ze meten niet erg gevoelig
Time-frequency analyse: zegt iets over welke hersendelen met elkaar
communiceren.
- Functionele MRI: je meet fluctuaties in de hoeveelheid zuurstof in het bloed.
Zuurstofarm bloed: magneet = minder signaal
, Zuurstofrijk bloed: niet magnetisch = meer signaal
Meer neurale activiteit -> meer zuurstofrijk bloed -> meer signaal
Je meet ongeveer heftzelfde als met EEG, maar veel nauwkeuriger. Alleen met kleine
vertraging.
Nadeel: magnetische objecten (mensen met pacemaker mogen niet)
01-10-2019
Laptopcollege Functionele anatomie
Frontale Beloning, beweging Hippocampus Geheugen (lange
cortex (pre- & motor cortex), termijn)
inhibitie, oriëntatie
(aandacht),
planning, spraak
(broca),
werkgeheugen
Pariëtele Basale Hersenstam Beloning (substantia
cortex somatosensorische nigra), controle autonome
verwerking, zenuwstelsel, pijn, vitale
oriëntatie (aandacht), lichaamsfuncties(ademen,
pijn (waar), taal hartslag)
(ruimtelijke ordening)
Occipitale Basale visuele Corpus callosum Communicatie tussen
cortex verwerking hemisferen
Temporale Basale auditieve Amygdala Angst, beloning, emotie,
cortex verwerking, pijn
taalbegrip
(wernicke), visuele
object herkenning
Cingulate Conflict detectie Basale ganglia Beloning (nucleus
cortex accumbens), beweging
Cerebellum Beweging Pijnappelklier/epifyse/ Slaap/wakker cyclus
(coördinatie) pineal gland
Thalamus Schakelstation voor Hypofyse/ pituitary hormoonregulatie
sensorische en gland
motorische
informatie aan de
cortex
Hypothalamus Hormoonregulatie,
regulatie van honger
en dorst
02-10-2019
Kolb H8: sensorische systemen
Algemene verwerkingsprincipes van sensorische systemen:
- Prikkel -> stimulus
- Sensorische receptor
- Transductie
