Hoorcollege 1: introductie en onderzoeksmethoden
Leerdoelen
- Je weet welke methoden er zijn om hersenstructuur en – functie in kaart te
brengen.
- Je hebt een basisbegrip van hoe de verschillende onderzoeksmethoden (zoals
MRI, DTI en EEG) werken.
- Je begrijpt welke informatie (zoals hersenstructuren, verbindingen of activiteit) de
verschillende onderzoeksmethoden in kaart brengen en hoe je deze output moet
interpreteren.
- Je kunt benomen wat de voor- en nadelen van de verschillende
onderzoeksmethoden zijn.
Waarom willen wet weten hoe ons brein werkt?
- Medisch: mensen met hersenschade beter kunnen helpen.
- Psychologisch: basis van menselijk gedrag leren begrijpen.
Overzicht: onderzoek doen naar de hersenen
Categorie Subcategorie/doel Techniek/methode
Structuur Anatomie MRI
Connecties (tussen hersengebieden) DTI (MRI methode)
Functie Hersenactivatie fMRI en EEG
Manipulaties (om veranderingen in gedrag Schade, TMS, DBS en
te zien) drugs
Magnetic Resonance Imaging (MRI)
MRI scanner: grote, sterke magneet die waterstofatomen in ons lichaam ordent.
Met een radiopuls worden sommige atomen tijdelijk in een hogere
energietoestand (sneller ronddraaien) gebracht. Wanneer ze terugvallen naar hun
normale toestand, geven ze energie af. Deze energie wordt gemeten en omgezet
in een beeld van de hersenen.
- Normaal bewegen waterstofatomen vrij rond, door MRI gaan ze parallel om
hun as draaien.
- Structurele MRI scan: brengt anatomie van de hersenen in kaart.
o Grijze stof (donkere lijnen): bestaat vooral uit hersencellen; verwerking
van informatie.
o Witte stof (lichtere lijnen): bestaat vooral uit uitlopers van zenuwcellen
(axonen) die bedekt zijn met myeline; zorgen voor
connecties/verbindingen en communicatie.
Wat meten we precies?
- Corticale dikte: afstand tussen binnenste en buitenste randen van cerebrale
grijze stof.
- Oppervlakte van de grijze stof (zie ‘pial surface’).
- Volume: oppervlakte x dikte.
- Gyrificatie index (GI): ratio oppervlakte buitenkant/omtrek (blauw) vs.
binnen in de vouwen (rood).
,Diffusion Tensor Imaging (DTI): wordt specifiek gebruikt om de witte
stofbanen in beeld te brengen. Het meet hoe watermoleculen zich verspreiden
langs de axonen en maakt zo de verbindingen en netwerken in de hersenen
zichtbaar.
- Als het apparaat ziet dat de watermoleculen specifiek in één richting bewegen
(en niet alle kanten op) dan is dat aanleiding om aan te nemen dat een
watermolecuul zich in zo’n witte stofbaan bevindt.
Functional MRI (fMRI): meet hersenactivatie. Resolutie is laag; er worden heel
snel, veel verschillende foto’s gemaakt.
- Meet BOLD response: Blood Oxygenation Level Dependent signal
(zuurstofgehalte in het bloed); indirecte maat van neurale activiteit. Als een
hersengebied actiever wordt, gebruikt het meer zuurstof. Hierdoor verandert
de verhouding tussen zuurstofrijk en zuurstofarm bloed, en dat verschil ziet de
scanner als een sterker fMRI-signaal.
Uitleg hersenactivatie:
1. Het gebied gebruikt meer zuurstof, dus meer de-oxyhemoglobine in het bloed.
2. Sterkere bloedtoevoer dan nodig, waardoor het zuurstofrijk bloed toeneemt en
zuurstofarm afneemt.
3. Zuurstofarm bloed (de-oxyhemoglobine) is magnetischer (gevolg: verstoort
het magnetisch veld) meer dan zuurstofrijk bloed.
- Samengevat: hersenactivatie minder de-oxyhemoglobine minder
verstoring magnetisch veld sterker fMRI-signaal (BOLD-respons).
Je kunt de hersenactiviteit meten tijdens het uitvoeren van een taak. Dit is te
gebruiken voor het vergelijken van condities en groepen, of een combinatie
hiervan.
Voordelen:
- Veilig, niet-invasief (er hoeven geen instrumenten je hersenen binnen te
gaan)
- Onderzoek bij gezonde kinderen en volwassenen
- Goede spatiele resolutie: je kunt heel goed zien waar bepaalde
hersengebieden zitten en bij functionele MRI waar bepaalde activatie precies
plaatsvindt.
Nadelen:
- Duur
- Gevoelig voor beweging
- Slechte temporele resolutie (fMRI): je kan niet exact zien wanneer het
brein actief wordt.
,Elektro-encefalografie (EEG): elektrische activiteit van de hersenen meten
d.m.v. elektroden op het schedel.
- Meten: communicatie van hersencellen via elektrische signalen.
- EEG signaal verandert als gedrag verandert.
- Verschillende patronen, vaak ritmisch.
- Nooit stil: er is altijd hersenactiviteit (zelfs in slaap of coma). Alleen als je
hersendood bent, is er een platte lijn.
Amplitude:
hoogte
Frequentie:
aantal golven per
seconde.
Event-Related Potentials (ERPs): techniek die uit EEG-data wordt afgeleid.
Het kijkt naar hersenactiviteit die specifiek reageert op een gebeurtenis of
stimulus.
- Meten: gemiddelde reactie per elektrode; veranderingen in EEG-golven die
optreden direct na een stimulus.
- Elke keer dat de stimulus wordt gegeven, krijg je een EEG-signaal met veel
ruis. Door al die signalen op te tellen en gemiddelde te pakken, verdwijnt de
ruis en blijft alleen de reactie die steeds op dezelfde manier op de stimulus
komt; dat is het ERP
Voordelen:
- Niet-invasief
- Relatief goedkoop (goedkoper dan MRI-scan)
- Goede temporele resolutie
Nadelen:
- Slechtere spatiele resolutie
- Moeilijk om iets te zeggen over diepgelegen hersengebieden
- Niet zo praktisch (veel voorbereiding-/opruimtijd)
Electrocorticography (ECoG): elektroden direct op de hersenschors plaatsen
(invasief).
Manipulatie: (werking van) het brein aanpassen en kijken wat dit doet met het
gedrag.
- Schade: hersenschade functieverlies (dan weet je welk hersengebied
betrokken is).
- Transcranial Magnetic Stimulation (TMS): tijdelijk (kortdurend) de functie
van een bepaald hersengebied verstoren (d.m.v. magnetische spoel) om
gedrag uit te lokken of te onderbreken.
o Repetitive TMS (rTMS): langdurige effecten.
- Deep Brain Stimulation (DBS): elektroden geïmplanteerd in het brein om
bepaald gebied (meestal subcorticale gebieden) te stimuleren (vaak bij bijv.
Parkinson en OCD).
, - Drugs manipulatie: drugs/medicatie toedienen om neurotransmitters
(communicatie tussen hersencellen) en de werking van het brein aan te
passen.
Literatuur
Functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS): niet-invasieve techniek
die licht meet dat door corticale weefsels wordt uitgezonden. Dit licht geeft
informatie over veranderingen in zuurstofverbruik in de hersenen.
- Temporele resolutie: hoog, spatiële resolutie: hoog.
Magneto-encefalogram (MEG): magnetische tegenhanger van EEG/ERP; meet
de hersenactiviteit door de magnetische velden te registreren die ontstaan
wanneer zenuwcellen in de hersenen signalen naar elkaar sturen.
- Voordeel: registreert nauwkeuriger dan EEG/ERP. Magnetische golven
ondergaan minder vervorming, waardoor het een hogere resolutie heeft.
- Nadeel: MEG is veel duurder dan EEG/ERP en complexere apparatuur.
Computed Tomography (CT): röntgenscan die een gedetailleerd beeld van de
hersenen maakt. Er worden veel foto’s gemaakt en deze worden samengevoegd
tot een 3D beeld.
- CT en DRI wordt gecombineerd tot VR. Zo kun je een virtuele reconstructie
van het brein bekijken.
- Temporele resolutie: laag, spatiële resolutie: hoog.
Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS): speciale vorm van MRI die niet
alleen de structuur van de hersenen laat zien, maar ook de chemische
samenstelling van hersenweefsel meet (nuttig voor bijv. hersenschudding).
Resting-state MRI (rs-fMRI): speciale vorm van functionele MRI die meet
hersennetwerk- activiteit wanneer iemand in rust is, dus zonder dat er een
specifieke taak wordt uitgevoerd.
Positron Emissie Tomografie (PET): meet de metabole activiteit van
hersencellen door veranderingen in de bloedstroom te detecteren m.b.v.
radioactief gelabelde tracers.
- Voordeel: in staat om neurotransmitters en receptordichtheden te meten.
- Nadelen: duur en brengt een dosis straling met zich mee.
- Temporele resolutie: laag, spatiële resolutie: hoog.
Hoorcollege 2: anatomie
Leerdoelen
- Je weet hoe het zenuwstelsel in elkaar zit.
- Je weet hoe en uit welke onderdelen de onderstaande structuren zijn
opgebouwd
o Hersenen
o Hersencellen (neuronen)
o Ruggenmerg
- Je begrijpt en herkent de verschillende oriëntaties en bijbehorende termen
(zoals anterieur, dorsaal) van het brein.
- Je kunt uitleggen wat de functie is van:
o De verschillende hersengebieden
o Het ruggenmerg
o Het somatisch, autonoom en enterisch zenuwstelsel
Leerdoelen
- Je weet welke methoden er zijn om hersenstructuur en – functie in kaart te
brengen.
- Je hebt een basisbegrip van hoe de verschillende onderzoeksmethoden (zoals
MRI, DTI en EEG) werken.
- Je begrijpt welke informatie (zoals hersenstructuren, verbindingen of activiteit) de
verschillende onderzoeksmethoden in kaart brengen en hoe je deze output moet
interpreteren.
- Je kunt benomen wat de voor- en nadelen van de verschillende
onderzoeksmethoden zijn.
Waarom willen wet weten hoe ons brein werkt?
- Medisch: mensen met hersenschade beter kunnen helpen.
- Psychologisch: basis van menselijk gedrag leren begrijpen.
Overzicht: onderzoek doen naar de hersenen
Categorie Subcategorie/doel Techniek/methode
Structuur Anatomie MRI
Connecties (tussen hersengebieden) DTI (MRI methode)
Functie Hersenactivatie fMRI en EEG
Manipulaties (om veranderingen in gedrag Schade, TMS, DBS en
te zien) drugs
Magnetic Resonance Imaging (MRI)
MRI scanner: grote, sterke magneet die waterstofatomen in ons lichaam ordent.
Met een radiopuls worden sommige atomen tijdelijk in een hogere
energietoestand (sneller ronddraaien) gebracht. Wanneer ze terugvallen naar hun
normale toestand, geven ze energie af. Deze energie wordt gemeten en omgezet
in een beeld van de hersenen.
- Normaal bewegen waterstofatomen vrij rond, door MRI gaan ze parallel om
hun as draaien.
- Structurele MRI scan: brengt anatomie van de hersenen in kaart.
o Grijze stof (donkere lijnen): bestaat vooral uit hersencellen; verwerking
van informatie.
o Witte stof (lichtere lijnen): bestaat vooral uit uitlopers van zenuwcellen
(axonen) die bedekt zijn met myeline; zorgen voor
connecties/verbindingen en communicatie.
Wat meten we precies?
- Corticale dikte: afstand tussen binnenste en buitenste randen van cerebrale
grijze stof.
- Oppervlakte van de grijze stof (zie ‘pial surface’).
- Volume: oppervlakte x dikte.
- Gyrificatie index (GI): ratio oppervlakte buitenkant/omtrek (blauw) vs.
binnen in de vouwen (rood).
,Diffusion Tensor Imaging (DTI): wordt specifiek gebruikt om de witte
stofbanen in beeld te brengen. Het meet hoe watermoleculen zich verspreiden
langs de axonen en maakt zo de verbindingen en netwerken in de hersenen
zichtbaar.
- Als het apparaat ziet dat de watermoleculen specifiek in één richting bewegen
(en niet alle kanten op) dan is dat aanleiding om aan te nemen dat een
watermolecuul zich in zo’n witte stofbaan bevindt.
Functional MRI (fMRI): meet hersenactivatie. Resolutie is laag; er worden heel
snel, veel verschillende foto’s gemaakt.
- Meet BOLD response: Blood Oxygenation Level Dependent signal
(zuurstofgehalte in het bloed); indirecte maat van neurale activiteit. Als een
hersengebied actiever wordt, gebruikt het meer zuurstof. Hierdoor verandert
de verhouding tussen zuurstofrijk en zuurstofarm bloed, en dat verschil ziet de
scanner als een sterker fMRI-signaal.
Uitleg hersenactivatie:
1. Het gebied gebruikt meer zuurstof, dus meer de-oxyhemoglobine in het bloed.
2. Sterkere bloedtoevoer dan nodig, waardoor het zuurstofrijk bloed toeneemt en
zuurstofarm afneemt.
3. Zuurstofarm bloed (de-oxyhemoglobine) is magnetischer (gevolg: verstoort
het magnetisch veld) meer dan zuurstofrijk bloed.
- Samengevat: hersenactivatie minder de-oxyhemoglobine minder
verstoring magnetisch veld sterker fMRI-signaal (BOLD-respons).
Je kunt de hersenactiviteit meten tijdens het uitvoeren van een taak. Dit is te
gebruiken voor het vergelijken van condities en groepen, of een combinatie
hiervan.
Voordelen:
- Veilig, niet-invasief (er hoeven geen instrumenten je hersenen binnen te
gaan)
- Onderzoek bij gezonde kinderen en volwassenen
- Goede spatiele resolutie: je kunt heel goed zien waar bepaalde
hersengebieden zitten en bij functionele MRI waar bepaalde activatie precies
plaatsvindt.
Nadelen:
- Duur
- Gevoelig voor beweging
- Slechte temporele resolutie (fMRI): je kan niet exact zien wanneer het
brein actief wordt.
,Elektro-encefalografie (EEG): elektrische activiteit van de hersenen meten
d.m.v. elektroden op het schedel.
- Meten: communicatie van hersencellen via elektrische signalen.
- EEG signaal verandert als gedrag verandert.
- Verschillende patronen, vaak ritmisch.
- Nooit stil: er is altijd hersenactiviteit (zelfs in slaap of coma). Alleen als je
hersendood bent, is er een platte lijn.
Amplitude:
hoogte
Frequentie:
aantal golven per
seconde.
Event-Related Potentials (ERPs): techniek die uit EEG-data wordt afgeleid.
Het kijkt naar hersenactiviteit die specifiek reageert op een gebeurtenis of
stimulus.
- Meten: gemiddelde reactie per elektrode; veranderingen in EEG-golven die
optreden direct na een stimulus.
- Elke keer dat de stimulus wordt gegeven, krijg je een EEG-signaal met veel
ruis. Door al die signalen op te tellen en gemiddelde te pakken, verdwijnt de
ruis en blijft alleen de reactie die steeds op dezelfde manier op de stimulus
komt; dat is het ERP
Voordelen:
- Niet-invasief
- Relatief goedkoop (goedkoper dan MRI-scan)
- Goede temporele resolutie
Nadelen:
- Slechtere spatiele resolutie
- Moeilijk om iets te zeggen over diepgelegen hersengebieden
- Niet zo praktisch (veel voorbereiding-/opruimtijd)
Electrocorticography (ECoG): elektroden direct op de hersenschors plaatsen
(invasief).
Manipulatie: (werking van) het brein aanpassen en kijken wat dit doet met het
gedrag.
- Schade: hersenschade functieverlies (dan weet je welk hersengebied
betrokken is).
- Transcranial Magnetic Stimulation (TMS): tijdelijk (kortdurend) de functie
van een bepaald hersengebied verstoren (d.m.v. magnetische spoel) om
gedrag uit te lokken of te onderbreken.
o Repetitive TMS (rTMS): langdurige effecten.
- Deep Brain Stimulation (DBS): elektroden geïmplanteerd in het brein om
bepaald gebied (meestal subcorticale gebieden) te stimuleren (vaak bij bijv.
Parkinson en OCD).
, - Drugs manipulatie: drugs/medicatie toedienen om neurotransmitters
(communicatie tussen hersencellen) en de werking van het brein aan te
passen.
Literatuur
Functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS): niet-invasieve techniek
die licht meet dat door corticale weefsels wordt uitgezonden. Dit licht geeft
informatie over veranderingen in zuurstofverbruik in de hersenen.
- Temporele resolutie: hoog, spatiële resolutie: hoog.
Magneto-encefalogram (MEG): magnetische tegenhanger van EEG/ERP; meet
de hersenactiviteit door de magnetische velden te registreren die ontstaan
wanneer zenuwcellen in de hersenen signalen naar elkaar sturen.
- Voordeel: registreert nauwkeuriger dan EEG/ERP. Magnetische golven
ondergaan minder vervorming, waardoor het een hogere resolutie heeft.
- Nadeel: MEG is veel duurder dan EEG/ERP en complexere apparatuur.
Computed Tomography (CT): röntgenscan die een gedetailleerd beeld van de
hersenen maakt. Er worden veel foto’s gemaakt en deze worden samengevoegd
tot een 3D beeld.
- CT en DRI wordt gecombineerd tot VR. Zo kun je een virtuele reconstructie
van het brein bekijken.
- Temporele resolutie: laag, spatiële resolutie: hoog.
Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS): speciale vorm van MRI die niet
alleen de structuur van de hersenen laat zien, maar ook de chemische
samenstelling van hersenweefsel meet (nuttig voor bijv. hersenschudding).
Resting-state MRI (rs-fMRI): speciale vorm van functionele MRI die meet
hersennetwerk- activiteit wanneer iemand in rust is, dus zonder dat er een
specifieke taak wordt uitgevoerd.
Positron Emissie Tomografie (PET): meet de metabole activiteit van
hersencellen door veranderingen in de bloedstroom te detecteren m.b.v.
radioactief gelabelde tracers.
- Voordeel: in staat om neurotransmitters en receptordichtheden te meten.
- Nadelen: duur en brengt een dosis straling met zich mee.
- Temporele resolutie: laag, spatiële resolutie: hoog.
Hoorcollege 2: anatomie
Leerdoelen
- Je weet hoe het zenuwstelsel in elkaar zit.
- Je weet hoe en uit welke onderdelen de onderstaande structuren zijn
opgebouwd
o Hersenen
o Hersencellen (neuronen)
o Ruggenmerg
- Je begrijpt en herkent de verschillende oriëntaties en bijbehorende termen
(zoals anterieur, dorsaal) van het brein.
- Je kunt uitleggen wat de functie is van:
o De verschillende hersengebieden
o Het ruggenmerg
o Het somatisch, autonoom en enterisch zenuwstelsel
