Brain & Cognition: Cognitive neuropsychology
Hoorcollege 1 – Introduction
Het hoofdstuk van dit college is geen onderdeel van het tentamen.
Cognitieve psychologie en gedragsonderzoek
We nemen de wereld niet direct waar, maar interpreteren eigenlijk de inkomende informatie.
Mentale verwerking kan een probleem zijn voor informatieverwerking:
- Informatieverwerking hangt af van pre-existerende interne representaties (zoals
overtuigingen, concepten, wensen en waarnemingen).
- Deze mentale representaties ondergaan transformaties
Cognitieve psychologie gebruikt gedragsexperimenten om uit te zoeken wat deze representaties en
transformaties zijn.
Mentale representaties
Een voorbeeld van een case study is de letter matching task: 2 letters worden getoond en de pp moet
een snelle respons geven van ‘same’ of ‘different’. Dan is de vraag van het onderzoek of er meerdere
representaties (multiple representations) worden opgehaald.
- Fysiek identiek → bijvoorbeeld A en A. Dan is er een snelle
respons
- Fonetisch identiek → A en a, al een langzamere respons
- Zelfde categorie → klinkers of medeklinkers, dan zijn ze voor
beide langzamer, maar het meest langzaam voor beide
medeklinkers, omdat er meer medeklinkers zijn.
- Andere categorie → A en S, dit gaat weer iets sneller.
De conclusie is dat je eerst fysieke representaties activeert, daarna
fonetisch en daarna categorisch.
Mentale transformaties
Een ander onderzoek is de memory comparison task → er is een serie letters en daarna een andere
letter en dan wordt gevraagd of de letter in de reeks voorkwam. Een vraag van het onderzoek is:
verwerken proefpersonen deze taak parallel (allemaal tegelijk waarnemen) of serial (een voor een
waarnemen)? Er is een lineaire relatie tussen het aantal items en de reactietijd, wat erop duidt dat je
de letters een voor een afgaat, dus serial.
Beperkingen in informatieverwerking
Beperkingen kunnen ons informeren over mentale transformaties. Een voorbeeld van een beperking
in de verwerking is de Stroop task. We vinden het erg lastig om een woord te verwerken dat niet
overeenkomt met de kleur.
Er zijn twee representaties van een woord die worden geactiveerd → kleur en het woord. Het woord
belemmert de taak, ook al weten we dat het niet relevant is.
Dus:
Cognitieve psychologie gebruikt gedragstaken om mentale representaties en transformaties te
onderzoeken → handig om mentale processen te begrijpen.
Beperkingen: er is geen inzicht in hoe deze processen worden uitgevoerd in het brein en je kunt niets
bewijzen dat niet wordt geuit in gedrag.
1
,Patiëntonderzoek
Door middel van onderzoek bij patiënten met hersenschade kun je de rol van breinregio’s vaststellen.
Want als een deel van het brein belangrijk is voor een bepaalde functie, dan zal deze functie afnemen
nadat er schade is in deze regio.
Epilepsie is een interessante case omdat deze proefpersonen veel onderzocht zijn. Dit is niet vanwege
hun epilepsie, maar vanwege de behandelingen die ze kregen. Zoals patiënten bij wie het corpus
collosum is weggehaald, die zijn interessant om te onderzoeken. Er zijn ook epilepsiepatiënten met
elektroden in het hoofd op de hersenen om de aanvallen te kunnen meten. Deze patiënten kunnen
goed gebruikt worden bij onderzoek naar neurale activiteit.
Patiëntonderzoeken laten zien dat regio’s nodig zijn (maar niet genoeg). Beperkingen zijn:
- Schade van locaties kan variëren tussen patiënten → niet elke patiënt heeft een laesie op
dezelfde plek
- Specificiteit van de schade
- Compensatiemechanismen → deze zijn belangrijk om niet te vergeten, want door middel van
compensatie kun je toch bepaalde handelingen uitvoeren.
Een oplossing zou dieronderzoek kunnen zijn, want het is gecontroleerd, gelokaliseerd en je kunt de
laesies repliceren. Maar het is geen mensenbrein dus er zullen altijd verschillen zijn.
Single versus double dissociation
Functies hebben meerdere componenten: welke componenten leiden tot het onvermogen van de
patiënt? Zoals een slechte prestatie op een leestest. De potentiële oorzaken: blindheid,
aandachtsstoornis, taalstoornis.
Is iemand selectief achteruit gegaan, dus is de schade geïsoleerd in een apart component? Of is het
een probleem met sensitiviteit?
Enkele dissociatie: de test wordt uitgevoerd in een recency
memory task en in een familiarity memory task. Dus de vraag is
hoe recent je iets hebt gezien / heb je het ooit eerder gezien? Het
blijkt dat patënten met schade aan de temporaalkwab problemen
hebben met de familiarity, maar niet met recency. Familiarity is
lastiger voor deze patiënten.
Double dissociatie: dezelfde tests worden gedaan, maar dan bij 3
groepen → controle, temporaalkwab schade, en frontaalkwab
schade. De patiënten met frontaalkwab schade zijn slechter in
recency dan de controlegroep, maar gelijk in familiarity. Het is dus
niet zo dat patiënten met hersenschade altijd in dezelfde taken
achteruitgaan. Het hangt af van de locatie van de schade.
Als er algemene hersenschade is, dan is de vraag of elke taak dan
als moeilijker wordt ervaren.
Correlation versus causation
Het is verleidelijk om een causale link te concluderen in de afwezigheid van een manipulatie.
Onderzoek: de relatie tussen PTSS en breingrootte (hippocampus).
2
,1e onderzoek uitgevoerd bij een persoon die blootgesteld is aan gevechten. Hieruit lijkt: hoe kleiner de
hippocampus van is, hoe ernstiger de PTSS.
2e onderzoek uitgevoerd bij de tweelingbroer van de persoon die is blootgesteld aan gevechten.
Hieruit blijkt: hoe kleiner de hippocampus van deze broer, hoe ernstiger de PTSS van de blootgestelde
broer.
Je kunt in dit onderzoek dus geen causale relatie concluderen, want anders zou de tweelingbroer ook
PTSS moeten hebben. Maar je kunt wel zeggen dat de kans op PTSS groter is na blootstelling aan
gevechten, wanneer je een kleinere hippocampus hebt.
Neurosurgery
Interventies zijn nodig om causatie te kunnen concluderen. Dit kan met behulp van neurochirurgie.
- Split-brain en lobotomie-patiënten
- Deep brain stimulation
o Een patiënt met Parkinson had veel last van zijn symptomen, maar door middel van
DBS namen de klachten af wanneer er werd gestimuleerd.
o DBS kun je aan- en uitzetten, waardoor je de effecten met elkaar kan vergelijken. Op
deze manier kun je inzicht krijgen in de effecten van stimulatie van het brein. Maar:
deze patiënten hebben geen ‘normaal brein’ voorafgaand aan de operatie voor de
DBS.
Manipulating the brain
Transcranial stimulation
Transcranial magnetic stimulation (TMS): er wordt een magnetisch veld opgewekt en dit wordt op het
schedel geplaatst en kan op die manier neuronen activeren. Hiermee kun je tijdelijke laesies
opwekken of kun je bepaalde gebieden activeren. Dit kun je ook aan- en uitzetten, waardoor je
controle hebt over de effecten.
Het heeft een hoge temporele precisie (tijd). Bijvoorbeeld een proefpersoon moet letters voorlezen
die op een scherm verschijnen. Dan kan er met het moment van de stimulatie worden gevarieerd. Als
er vlak voor de stimulus wordt gestimuleerd in de occipitaalkwab, dan kan het dat de proefpersoon
faalt in het identificeren van de stimulus. Het is echter niet spatiaal erg specifiek, omdat de stimulus
alleen op de cortex kan stimuleren en niet dieper in het brein.
Farmacologie
Communicatie tussen neuronen hangt af van neurotransmitters zoals dopamine en serotonine.
Farmacologie is gerelateerd aan psychiatrische stoornissen, en ze manipuleren de neurale chemie
(neurotransmitters).
Maar pillen hebben ook beperkingen: de regionale specificiteit is niet groot, want de pil kan overal in
het brein vrijkomen. Daarnaast is er ook geen temporele specifiteit, want je weet niet wanneer het
medicijn zal gaan werken.
3
, Looking inside the brain
Breinstructuur
De functie volgt uit:
- Correlatie tussen ziekte en breinstructuur
- Welke regio’s kunnen met elkaar communiceren → witte stof tracts
- Lokaliseren van laesies
Maar dit vertelt niets over hoe de hersenen functioneren.
Functional neuroimaging
Het doel hiervan is om neurale correlaties te vinden van cognitieve processen. Dit wordt gedaan door
middel van ‘additieve logic’: als je iemands brein meet en je geeft die persoon een foto in kleur en in
zwart-wit, dan zul je zien dat de hersengebieden actiever zijn voor de gekleurde foto.
Een overzicht
Er zijn veel soorten onderzoeksmethoden,
die elk hun sterke en zwakke punten
hebben. Er zit namelijk verschil tussen
spatiale en temporele resolutie, en het
hangt af van wat er beschikbaar is.
De methode die gebruikt wordt bepaalt de
conclusie die getrokken kan worden.
Het combineren van methoden zorgt ervoor
dat methoden elkaar kunnen aanvullen
waardoor een sterkere conclusie getrokken
kan worden.
(Overzicht niet te kennen).
fMRI
Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI): zuurstofrijk en zuurstofarm bloed verschilt in
magnetische eigenschappen en zuurstofrijk bloed gaat naar een hersengebied toe als het actief wordt.
Dit wordt gemeten met het BOLD (Blood Oxygenation Level
Dependent) signal. Als er een stimulus plaatsvindt, dan gaat dit
BOLD signaal omhoog, en 5 seconden na de stimulus is er een piek.
Dit is best langzaam, dus het signaal waarin je geïnteresseerd bent,
begint 5 seconden na de neurale verwerking.
fMRI eigenschappen:
- Hoge spatiale resolutie
- Indirecte meting van neurale activiteit
- Lage temporale resolutie
- Correlationeel van aard: een gebied is betrokken in een proces → dit bewijst niet dat dit
gebied een grote rol speelt
Single cell recordings
Dit is erg zeldzaam bij mensen, maar wel mogelijk bij Deep Brain Stimulation. In het boek gaat het veel
over deze methode.
Hierbij wordt een elektrode in de hersenen geplaatst en dan kun je een paar neuronen meten.
Hierdoor heeft het een hoge resolutie. Maar het zegt niets over de rest van het brein.
4
