Hoorcolleges Neuro-imaging
Goed de slides van elk hoorcollege bekijken!
Hoorcollege 1 Neuro-imaging
TMS en SPECT → geen tentamenstof
Imaging technieken
Funtioneel:
- Hemodynamic (fMRI, fNRS, PET)
- electrical or electromagnetic (EEG, MEG, cell recording/ EcoG
Structureel:
- CT
- MRI & DTI
fMRI = functional magnetic resonance imaging, meet zuurstofgehalte in het brein, BOLD signaal.
fNRS = functional near-infrared spectroscopy, lijkt op EEG, meet de doorbloeding door een kap op
het hoofd.
PET = positron emission tomography, kan zuurstof opname, glucose opname etc meten. wordt niet
meer gebruikt in het onderzoek, maar wel in de klinische praktijk.
EEG= electroencephalogram, meet de elektriciteit van het brein door elektrodes op het hoofd.
MEG = magnetoencephalogram, meet de magnetische activiteit
Cell recording = electrocorticography, heel intensief, elektroden worden ingebracht in het brein.
Wordt gedaan in proefdieren, niet bij mensen.
ECoG= electrocorticography, wordt een netje om het brein gespannen
EEG/MEG zijn dus →functionele imaging technieken
fMRI is een→ functionele imaging techniek
MRI is een → structurele imaging techniek
DTI → structurele imaging techniek
Wat is activiteit van het brein (hersenactiviteit)?
- Activiteit van neuronen
In het brein hebben we witte en grijze stof. Grijze stof van de cortex bestaat uit meerdere lagen. Laag
5 (internal pyramidal layer) bestaat uit grote pyramidecellen. Deze cellen zijn heel interessant om te
bekijken om dat deze gemeten kunnen worden.
Neuronen genereren elektrische (en elektromagnetische) energie. Dit kan gemeten worden; EEG,
single/multiple cell recordings, MEG
Elk neuron is presynaptisch voor het neuron die erna komt en postsynaptisch voor het neuron die
ervoor komt.
Activiteit kost energie: blood flow & zuurstof consumptie = hemodynamische respons, wat gemeten
kan worden met fMRI & PET.
fMRI vs PET
no radioactivity radioactivity
spatial resolution: mm spatial resolution: cm
temporal resolution: sec temporal resolution: min
maakt veel geluid is pharmacological
,spatial resolution → resolutie in space
temporal resolution → resolutie in tijd, hoe veel meetmomenten heb je in een stukje tijd. Hoe sneller
je meet, hoe beter de temporele resolutie.
Voordelen PET ten opzichte van fMRI:
fMRI heeft een grote magneet, niet iedereen kan in deze magneet. Denk bijvoorbeeld aan mensen
met een pacemaker of mensen met een bepaalde prothese.
PET:
PET kan gedaan worden met O15 of met Fluorodeoxyglucose (FGD) labeled met fluorine 18:
- Oxygen 15 labeled water (O15) meet (relatieve) doorbloeding
- Normaal water is O16
- In hersengebieden waar O15 wordt opgenomen komt positron vrij → deze botst met een
electron → hierna komen er twee photonen vrij (gaan altijd 180 graden bij elkaar vandaan).
Je ziet dit terug op de PET.
- Korte halfwaarde tijd (in minuten)
- Wordt gebruikt in cognitief onderzoek
- Wordt gebruikt bij hersenbeschadiging
- Fluorodeoxyglucose (FGD) labeled met Fluorine18) meet glucose uptake.
- Het heeft een lange halfwaarde tijd. (in uren)
- Wordt gebruikt bij beroertes, tumoren en neurotransmitters
Halfwaardetijd → hoe snel wordt iets afgebroken
Neuronen & cell recordings
Breng je een naald met electrode in het brein om signaal op te vangen van dat neuron. Dit is heel
invasief en wordt voornamelijk gebruikt bij apen. Hierbij gaat het neuron vaak kapot/dood.
Multi unit recording wordt vaker gedaan. Hierbij wordt een naald dicht bij een groepje neuronen in
het brein gebracht en wordt zo een signaal opgevangen.
Met cell recordings (single en multi) meet je actiepotentialen en het vuren van meerdere neuronen.
Het meet actie potentialen maar ook hoe vaak een neuron of groepje neuronen vuren- spiking rate.
Met cell recordings meet je de spiking rate en niet de amplitude. Je meet dus hoe vaak een neuron
vuurt, maar niet hoe hard/sterk een neuron vuurt. Cell recordings zijn invasief en meten spiking rate-
bij axonen.
EEG & MEG
EEG / MEG meten postsynaptische activiteit (post synaptic activity) bij dendrieten van pyramide
cellen. Bij postsynatische activiteit is altijd een deel van de neuron
negatief geladen en een deel dat positief is geladen.
- EEG electrische activiteit → plak je elektrodes op het hoofd.
Welke dipool naar boven zit tegen de schedel aan, is wat je
meet: dus positief of negatief.
- MEG magnetische activiteit
Radial → haaks, je meet altijd of positief of negatief; ligt eraan met
welke dipool je tegen het schedel aanzit.
Tangential → parallel, positief of negatief maar de gebieden eromheen
ook, je ziet dus beide.
,Elektrodes meten verandering in voltage. We kunnen dus alleen metingen maken wanneer er
gelijktijdige activiteit is van meerdere neuronen. Daarnaast
moeten ze ook dezelfde oriëntatie hebben.
Wat meten de electrodes?
Meet signaal verandering van 1 electrode naar de andere
(bipolar recording) of ten opzichte van een referentie
electrode (monopolar recording).
Met EEG wordt er meestal gebruik gemaakt van het 10/20
elektrode systeem, zie het plaatje hiernaast.
A1 en A2 zijn referentie elektroden (meestal mastoiden).
MEG
Alles wat een elektrisch veld heeft, heeft ook een magnetisch veld. MEG meet het magnetische veld.
MEG werkt met een kap met sensoren die net boven het hoofd zweven, die spoelen kunnen
magnetische signalen opvangen. MEG is heel gevoelig, maar om MEG te kunnen gebruiken moet het
heel koud zijn, helium wordt gebruikt. Helium zit in de MEG kap.
• Voor magnetische activiteit niet nodig om tegen het brein/schedel aan te zitten. Want het
magnetisch veld gaat hier gewoon door heen en geeft van een afstand ook signaal af.
Ezelsbruggetje voor magnetisch veld:
Rechter hand regel
Signaal loopt van – naar +
Duim → dipool (dus van min naar plus)
Knokkels/vingers → hoe je magnetisch veld loopt
Wanneer het magnetische veld gelijkloopt aan de spoel → kan de spoel geen signaal opvangen. Het
signaal (magnetische veld) moet dus niet hetzelfde lopen als de spoel om een signaal op te vangen.
- MEG kan alleen tangentiale neuronen (dipoles) meten, EEG radiale en tangentiale neuronen
meten
- MEG heeft betere spatiele resolutie (oppervlakkig) doordat magnetische velden niet worden
gehinderd door bot/ haar etc.
- EEG veel goedkoper
- Beide hoge temporele resolutie; beide
heel precies op het gebied van tijd.
• Bij MEG zie je positief en negatief
• Bij EEG zie je alleen positief of negatief,
omdat die haaks staat op het schedel.
Spatiele resolutie → hoe specifiek iets kan
meten in space
Terugblik college 1:
- Neuronen hebben postsynaptische activiteit (bij dendrieten van postsynaptische neuronen)
en actie potentialen.
- Cell recordings zijn invasief, meten actie potentialen en spiking rate bij axonen.
- MEG en EEG non invasieve meting van (magnetische) elektrische neurale activiteit
(postsynaptisch)
o Veel grote neuronen die actief zijn (pyramide cellen)
, o En zelfde oriëntatie hebben
- PET en fMRI meten hemodynamische respons op neurale activiteit.
- PET heeft een lage temporele en spatiele resolutie, radio-actieve isotopen, maar klinisch
gebruik en neurotransmitters.
- MEG en EEG hebben een hoge temporele resolutie, maar een lage spatiele resolutie
- MEG meet alleen tangentiale neuronen (dipoles), terwijl EEG radiale en tangentiale
neuronen meet
- MEG heeft een beter (oppervlakkige) spatiele resolutie, maar EEG is veel goedkoper.
Practicum EEG:
Wat staat voor wat in een EEG:
Hogere nummers → meer lateraal
C → centraal
F → frontaal
T → temporaal
O → occipitaal
P → parietaal
Pz → midden onder central (Cz)
Fz → midden boven central (Cz)
Fp → fronto-polar
Naar links → oneven nummers
Naar rechts → even nummers
Hoorcollege 2 Neuro-imaging: EEG
Stroom = is de stroom van elektriciteit (geladen deeltjes) door een geleider. Aantal ladingseenheden
(elektronen of protonen) die in een bepaalde tijd langs een bepaald punt stromen.
Spanning = de druk die de elektrische stoom door de geleider duwt. Ook wel elektrische potentiaal
genoemd; potentieel voor elektrische stroom om van de ene plaats naar de andere te stromen.
Weerstand = vermogen van een materiaal om geladen deeltjes tegen te houden. Het is het
omgekeerde van geleiding.
Met EEG minimaal 2 elektroden want → je moet het spanningsverschil meten
Gemeten spanningsveranderingen op de hoofdhuid wordt elektro-encefalogram (EEG) genoemd.
Actiepotentiaal:
- Is axonaal
- Presynaptisch
- Meestal niet meetbaar met EEG/MEG
Postsynaptisch potentiaal (PSP):
- Dendritsich
- Postsynaptisch
- Meetbaar met EEG/MEG
Hoe wordt EEG gegenereerd:
Met name in postsynaptische potentiaal.
Wordt bijna alleen maar gegenereerd in piramidecellen: apicale dendrieten.
- Apicale dendrieten zijn parallel georiënteerd langs de corticale plaat
- Apicale dendrieten dragen waarschijnlijk het meeste bij aan de gemeten EEG/MEG signalen
