Een samenvatting van het vak Cognitive Neuropsychology, behorende bij de major cognitieve neuropsychologie aan Tilburg University. De samenvatting omvat een samenvatting van het boek Introduction to Human Neuroimaging en een samenvatting van de hoorcolleges.
Inhoud
Introduction to Human Neuroimaging .................................................................................................... 1
Hoofdstuk 1: Introduction and overview ............................................................................................ 1
Hoofdstuk 9: Elektromagnetische veld van de hersenen .................................................................... 4
Hoofdstuk 10: Elektroencefalografie en magnetoencefalografie ....................................................... 6
Hoofdstuk 2: The physics behind Magnetic Resonance Imaging (MRI) ............................................ 10
Hoofdstuk 3: Structurele Imaging Methodes .................................................................................... 12
Hoofdstuk 4: Hemodynamische imaging methodes ......................................................................... 13
Hoofdstuk 5: Het ontwerken van een hemodynamisch imaging experiment .................................. 16
Hoofdstuk 8: Advanced statistical analyses ...................................................................................... 17
Hoofdstuk 6: Image Processing ......................................................................................................... 20
Hoofdstuk 7: Basis statistische analyse ............................................................................................. 21
Hoofdstuk 14: Causale methodes om hersenactiviteit te moduleren .............................................. 23
Artikel: A primer on permanent and reversible interference techniques in animals for investigators
of human neuropsychology ............................................................................................................... 25
Hoofdstuk 11: Basis analyse van elektrofysiologische signalen ........................................................ 28
Hoofdstuk 12: Gevorderde data-analyse .......................................................................................... 31
Hoofdstuk 1: Introduction and overview
De ontwikkeling van het weergeven van hersenactiviteit ontstond in drie golven:
- 1930 → na de ontwikkeling van de EEG
- 1970 → na de ontwikkeling van radiografische methoden (computerized tomography)
- 1980-1990 → na de ontwikkeling van technieken zoals positron emission tomopgrahy
Hersenenthousiasme: de relevantie van het onderscheiden van feiten en fictie
- Volgens Verbeke kan een hersenscan laten zien of iemand goed bij een bepaalde baan past
of niet (d.m.v. fMRI)
- Het gebruiken van hersenscans om zo iemands gedrag te voorspellen is een slechte
methode. Hersenscans hebben vaak niet de validiteit en betrouwbaarheid van een
persoonlijkheidsbeoordeling
- De claims die gemaakt worden in de artikelen die je in de media ziet gaan vaak verder dan
het oorspronkelijke doel van het onderzoek en omvatten vaak niet alle benodigde informatie
om er goede meningen over te kunnen vormen
- Neuroscepticisme → richt zich op het wetenschappelijke gebruik van de methodes en claims
in de populaire media
, - Neofrenologie → het gebruiken van hersenscans om zo iemand persoonlijkheid vast
te stellen
De basis van neurale signalen
Informatieoverdracht in neuronen
- Neuronen bestaan uit: dendriet, soma (cellichaam), axon – cellichamen concentreren zich in
bepaalde hersengebieden (grijze stof)
- Alle lange axonen van de hersenen zorgen
samen voor het vormen van de witte stof –
ontstaat door de myeline
- Het rode neuron in de afbeelding zorgt voor
een excitatoir respons
- Het blauwe neuron zorgt voor een inhibitoir
respons
- Rustpotentiaal → wanneer onze neuronen
geen input krijgen is het membraan aan de
binnenkant negatief geladen (-70 mV)
- Neuronen ontvangen input van andere
neuronen door de levering van
neurotransmitters bij de synaps bij de
dendrieten (ontvangstpunt)
- Een excitatoire neurotransmitter zorgt
voor depolarisatie (-70 mV wordt -65
mV)
▪ Bijvoorbeeld glutamaat
- Een inhibitoire neurotransmitter zorgt voor hyperpolarisatie (-70 mV wordt -80 mV)
▪ Bijvoorbeeld GABA
- Axon hillock (axonheuvel) → waar de axon begint
- Een actiepotentiaal ontstaat wanneer de binnenkant van de cel gedepolariseerd is tot -55
mV (beginnen bij de axonheuvel en eindigen bij de synaps waar ze zorgen voor de afgifte van
neurotransmitters)
Signaalverwerking
- Patch clamping → het opzuigen van een deel van het membraan om zo het potentiaal te
meten (invasief)
- Frequentie refereert naar de snelheid van verandering in een signaal volgens een bepaalde
dimensie, zoals tijd of ruimte. Wordt weergegeven in Hertz (Hz). Biologische signalen
bevatten nooit één frequentie
- Biologische signalen bestaan uit sub-signalen, of frequentiecomponenten, met allemaal een
andere frequentie. Elk component bestaat uit drie parameters:
- Frequentie
- Amplitude (uitwijking)
- Fase (wanneer het omhoog of omlaag gaat)
- Frequentiespectrum → de gemeten range. De hoogste frequentie die gemeten wordt, wordt
gelimiteerd door hoe vaak het signaal gemeten wordt (sampling frequentie) (1/2 * sampling
frequentie → Nyquist sampling theorem). De laagste frequentie die gemeten wordt, wordt
gelimiteerd door hoe lang het signaal gemeten wordt (1/aantal seconden gemeten)
, - Filtering → wanneer een specifiek deel van het gemeten frequentiespectrum geattenueerd
wordt. Er bestaan in principe drie soorten filtering:
- Low-pass filtering → langzame frequenties worden niet veranderd, de hoge
frequenties verlaagd of zelfs volledig uit het signaal gehaald (smoothing)
- High-pass filtering → hoge frequenties worden niet veranderd, de lage frequenties
worden verhoogt of zelfs volledig uit het signaal gehaald
- Band-pass filtering → alleen een bepaalde range of ‘band’ van frequenties kan door
de filter heen. Alles boven en onder deze band wordt uit het signaal gehaald
- Spectogram → een matrix die de sterkte van elke frequentie op elk moment van de tijd
weergeeft
Andere signalen in de hersenen: moleculaire en hemodynamische signalen
- Veranderingen in het membraanpotentiaal vinden eigenlijk alleen plaats door de beweging
van chemische stoffen en moleculen in en uit neuronen
- Bijvoorbeeld → depolarisatie is een influx van Na+ en repolarisatie een efflux van K+
- Neuronen bevatten veel meer calcium wanneer ze elektrisch actief zijn
- Er zijn ook niet-elektrische correlaten van elektrische activiteit. Veel zijn gerelateerd aan
energiebehoeftes
- Hemodynamica → weergave van energiebehoefte momenteel en de veranderingen over tijd
(vaak door middel van bloedtoevoer)
- Het uitvoeren van een actiepotentiaal vraagt niet veel energie, het herstellen naar het
rustpotentiaal wel, hier is veel bloed voor nodig
Kaarten in de hersenen: van de activiteit van enkele neuronen naar signalen zonder enkel-neuron
resolutie
- Het meten van elektrische activiteit of het metabolisme van een enkele neuron vereist
eigenlijk directe toegang tot de neurale stof van dit neuron (invasief)
- Clustering → het neiging van neuronen met gelijke functionele eigenschappen om fysiek
nabij elkaar te liggen. Hoe hoger het niveau
van clustering, hoe meer overeenkomst
tussen het gemiddelde signaal van de groep
neuronen en het signaal van de enkele
neuron
- De menselijke neuroanatomie is verdeeld in:
kolommen, kaarten, nuclei, preferential
connectivity (van klein naar groot)
Methoden in menselijke neuroscience
- Temporele resolutie → refereert naar de
kleinste eenheid van tijd die onderscheiden
kan worden door een methode
- Spatiële resolutie → refereert naar de kleinste eenheid van plaats die onderscheiden kan
worden door een methode
- Invasiviteit → een binaire factor, invasief (zoals single cell recording) of niet-invasief (zoals
MRI)
Technieken om hersenstructuur te meten
, - Histologie → een methode die vroeger gebruikt werd om de anatomie van de hersenen vast
te stellen door de hersenen in stukken te snijden.
- Structural magnetic resonance imaging (MRI)
- Het relateren van functionele bevindingen aan hersenstructuur
- Het relateren van anatomische structuur aan verschillen tussen deelnemers die
verschillen vertonen op bepaalde gebieden (zoals gedrag)
Technieken om hemodynamische correlaten van neurale activiteit te meten
- Hemodynamische correlaten → veranderingen in zuurstofhoeveelheid, bloedsomloop en
bloedvolume in bloed en bepaalde weefsels
- Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) → lage spatiële resolutie (maar een aantal
centimeter)
- Positron emission tomography (PET) → spatiële resolutie van 1-2 centimeter en een slechte
temporele resolutie omdat het signaal het gemiddelde neemt van tientallen secondes (wordt
hedendaags vaak gebruikt voor verdeling van bepaalde moleculaire markers door de
hersenen)
- Functional magnetic resonance imaging (fMRI) → reflecteert meerdere hemodynamische
correlaten van neurale activiteit (hoge spatiële resolutie)
- Hemodynamica zorgt niet voor de resolutie van single-unit recordings
Technieken om elektrofysiologische activiteit te meten
- De spatiële resolutie van een meting van elektrische activiteit is gerelateerd met de afstand
tussen de elektrode en de bron van het signaal, maar ook de tussengelegen stof, als dit
bijvoorbeeld bot is zal het signaal minder goed doorkomen
- Patch-clamp recordings → een techniek die veranderingen in het membraanpotentiaal meet
- Extracellulaire single-unit recordings → het meten van de extracellulaire omgeving door een
elektrode in te brengen (invasief)
- Multi-unit recording → het meten van actiepotentialen van een hele hoop nabije units
- LFPs (local field potentials) → kleine veranderingen in het potentiaal van nabije neuronen
- Intracraniale recordings → opnames van veranderingen in elektrische activiteit binnen de
schedel (dus in de hersenen); vaak invasief (MEG, EEG, scalp ERPs)
- MEG → meet elektrische activiteit door de magnetische velden die geproduceerd worden
door elektrische stromen
- De hoogste frequenties zijn niet meer aanwezig in noninvasieve methodes (effect van
afstand van bron tot elektrode)
- EEGs en ERPs zijn nuttig voor de menselijke neurowetenschappen maar kennen zeker ook
een hoop limitaties die gerelateerd zijn aan hun lage spatiële resolutie
Hoofdstuk 9: Elektromagnetische veld van de hersenen
- Vanwege fysiologische activiteit kan elektrische activiteit geobserveerd worden in cellen,
weefsels en organen (elektrofysiologische activiteit)
Elektrofysiologische activiteit van de hersenen
Van neuronen naar een elektrisch veld
- Het actiepotentiaal dat wordt gegenereerd in de soma, doorreist via het neuron naar de
synaps kan excitatoir of inhibitoir zijn (EPSP, IPSP). Dit heten ook wel postsynaptische
potentialen (PSPs) die worden gevormd op het dendriet
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper anoukbruijnzeels. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €4,49. Je zit daarna nergens aan vast.
