Single cell methods
moleculair
elektro fysisch
zeer invasief
Single cell recording
Microscopisch elektrodetje naast/in één neuron — meet individuele actiepotentialen. De
meest directe meting van neurale activiteit mogelijk.
Extracellular single-unit recording
Elektrode buiten de cel geplaatst — vangt het elektrisch veld op van één enkel neuron.
Minst invasief van de single-cell methoden.
Patch-clamp recording
Glazen micropipet wordt tegen de celmembraan gedrukt en vormt een afdichting — meet
ionstromen door de celmembraan zelf. Zeer gedetailleerd maar extreem invasief.
Multi-unit recording
Één elektrode vangt signalen op van meerdere neuronen tegelijk in de buurt. Minder
precies dan single-unit maar geeft meer overzicht van lokale activiteit.
Local Field Potentials (LFPs)
Meet de gesommeerde elektrische activiteit van een hele populatie neuronen rond de
elektrode — vergelijkbaar met EEG maar dan diep in de hersenen zelf geplaatst.
Tweefotoncalciumbeeldvorming
Neuronen worden gelabeld met een calciumgevoelige kleurstof — wanneer een neuron
vuurt stroomt calcium de cel in, wat oplicht onder een laser. Meet zo de activiteit van vele
cellen tegelijk optisch in plaats van elektrisch.
hemodynamische methoden
● fmri meet hemodynamische activiteit.
T2* = werkelijke T2 tijd die gemeten wordt (T2* = T2 + snellere dephasing
door inhomogeniteiten zoals o2rijk/arm bloed) -> altijd T2* < T2
BOLD signaal-> verhouding van zuurstof rijk/arm bloed
zuurstof rijk bloed -> langzame dephasing - hoge T2* -> sterk signaal
zuurstof arm bloed -> Paramagnetisch waardoor het lokaal magnetisch veld
sterker beïnvloedt -> snellere dephasing - lagere t2* -> zwakker signaal
HRF -> hoe Bold signaal eruit ziet na neurale activatie - gebruikt om data te
analyseren.
● Functional near-infrared spectroscopy fNIRS
gebruikt infrarood licht om de concentratie zuurstof arm/rijk bloed te meten.
door deze uit te zenden en daarna weer op te vangen door een detector (banaan
vorm), bloed absorbeert dit licht afhankelijk van zuurstof rijk/arm.
bij IR < 800 nm -> betere lichtabsorptie door deoxyhemoglobine
bij IR > 800 nm -> betere lichtabsorptie door oxyhemogobline
Voor/nadelen
, goedkoper dan mri, minder gevoelig tegen bewegingsartefacten, kan gebruikt
worden bij patienten die moeilijk stil kunnen zitten. Kan goed gebruikt worden bij
babys/kinderen. Meet zuurstof rijk EN arm bloed in tegenstelling tot fmri.
echter, Slechte Sr, kan niet diep in hersenen kijken, schedel reflecteert licht.
● Positron emission tomography PET
kan meten door gebruik te maken van radioactieve atomen , door deze aan
moleculen te binden of als atoom zelf te gebruiken. (tracers)
vervolgens kan er gekeken worden waar deze moleculen/atomen eindigen.
beeld wordt gemeten doordat bij de tracer een positron wegschiet, deze raakt
een elektron (annihilatie) waarbij 2 gammafotonen vrijkomen die in 180 graden van
elkaar wegvliegen. deze worden opgevangen door een detector, vervolgens wordt
een 3d image reconstruction gedaan obv coincedance events.
- Neurale activiteit meten:
zuurstof-15 als tracer, halfwaardetijd van 2 minuten. de beelden geven een
distributie van zuurstof over de hersenen die in linear verband zit met bloed volume
toestroom. totale concentratie van zuurstof geeft een waarde van neurale activiteit
- Meten van metabolisme
Fluoro-deoxyglucose FDG -> tracer (F-18)
deze glucose gaat naar gebieden met veel activiteit en zo kan je kijken waar in de
hersenen er veel energie verbruikt wordt.
handig voor: tumoren, hersenziektes, hypoactiviteit bij bv parkinson, biomarkers
zoals plaques.
FDG hoopt zich op in cellen, wordt niet afgebroken, hierdoor zie je duidelijk
metabolisme
- Neurotransmitter activiteit
Liganden als tracers:
hierbij belangrijk:
De tracer liganden (die signalen geven die opgevangen worden) concurreren met
neuro T om plek op receptor. Dit betekent dat als er veel tracers op receptoren zitten
in een gebied, hier dus weinig neurotransmitters actief zijn en hier dus weinig
activatie is. Het beeld neem je dus inverse op!
Belangrijke punt bij PET: door de korte halfwaarde tijden is het vaak nodig om een
cyclotron in de buurt te hebben om de tracers op locatie te maken -> duur en
inefficient.
● SPECT -> goedkoper, single gammafoton
eenvoudigere versie van PET
tracer geeft 1 gammafotoon uit. -> lagere Sr
Tracer bestaat uit bestaand radioactief isotoop -> geen cyclotron
elektrofysiologische methoden
Electroencephalography EEG
moleculair
elektro fysisch
zeer invasief
Single cell recording
Microscopisch elektrodetje naast/in één neuron — meet individuele actiepotentialen. De
meest directe meting van neurale activiteit mogelijk.
Extracellular single-unit recording
Elektrode buiten de cel geplaatst — vangt het elektrisch veld op van één enkel neuron.
Minst invasief van de single-cell methoden.
Patch-clamp recording
Glazen micropipet wordt tegen de celmembraan gedrukt en vormt een afdichting — meet
ionstromen door de celmembraan zelf. Zeer gedetailleerd maar extreem invasief.
Multi-unit recording
Één elektrode vangt signalen op van meerdere neuronen tegelijk in de buurt. Minder
precies dan single-unit maar geeft meer overzicht van lokale activiteit.
Local Field Potentials (LFPs)
Meet de gesommeerde elektrische activiteit van een hele populatie neuronen rond de
elektrode — vergelijkbaar met EEG maar dan diep in de hersenen zelf geplaatst.
Tweefotoncalciumbeeldvorming
Neuronen worden gelabeld met een calciumgevoelige kleurstof — wanneer een neuron
vuurt stroomt calcium de cel in, wat oplicht onder een laser. Meet zo de activiteit van vele
cellen tegelijk optisch in plaats van elektrisch.
hemodynamische methoden
● fmri meet hemodynamische activiteit.
T2* = werkelijke T2 tijd die gemeten wordt (T2* = T2 + snellere dephasing
door inhomogeniteiten zoals o2rijk/arm bloed) -> altijd T2* < T2
BOLD signaal-> verhouding van zuurstof rijk/arm bloed
zuurstof rijk bloed -> langzame dephasing - hoge T2* -> sterk signaal
zuurstof arm bloed -> Paramagnetisch waardoor het lokaal magnetisch veld
sterker beïnvloedt -> snellere dephasing - lagere t2* -> zwakker signaal
HRF -> hoe Bold signaal eruit ziet na neurale activatie - gebruikt om data te
analyseren.
● Functional near-infrared spectroscopy fNIRS
gebruikt infrarood licht om de concentratie zuurstof arm/rijk bloed te meten.
door deze uit te zenden en daarna weer op te vangen door een detector (banaan
vorm), bloed absorbeert dit licht afhankelijk van zuurstof rijk/arm.
bij IR < 800 nm -> betere lichtabsorptie door deoxyhemoglobine
bij IR > 800 nm -> betere lichtabsorptie door oxyhemogobline
Voor/nadelen
, goedkoper dan mri, minder gevoelig tegen bewegingsartefacten, kan gebruikt
worden bij patienten die moeilijk stil kunnen zitten. Kan goed gebruikt worden bij
babys/kinderen. Meet zuurstof rijk EN arm bloed in tegenstelling tot fmri.
echter, Slechte Sr, kan niet diep in hersenen kijken, schedel reflecteert licht.
● Positron emission tomography PET
kan meten door gebruik te maken van radioactieve atomen , door deze aan
moleculen te binden of als atoom zelf te gebruiken. (tracers)
vervolgens kan er gekeken worden waar deze moleculen/atomen eindigen.
beeld wordt gemeten doordat bij de tracer een positron wegschiet, deze raakt
een elektron (annihilatie) waarbij 2 gammafotonen vrijkomen die in 180 graden van
elkaar wegvliegen. deze worden opgevangen door een detector, vervolgens wordt
een 3d image reconstruction gedaan obv coincedance events.
- Neurale activiteit meten:
zuurstof-15 als tracer, halfwaardetijd van 2 minuten. de beelden geven een
distributie van zuurstof over de hersenen die in linear verband zit met bloed volume
toestroom. totale concentratie van zuurstof geeft een waarde van neurale activiteit
- Meten van metabolisme
Fluoro-deoxyglucose FDG -> tracer (F-18)
deze glucose gaat naar gebieden met veel activiteit en zo kan je kijken waar in de
hersenen er veel energie verbruikt wordt.
handig voor: tumoren, hersenziektes, hypoactiviteit bij bv parkinson, biomarkers
zoals plaques.
FDG hoopt zich op in cellen, wordt niet afgebroken, hierdoor zie je duidelijk
metabolisme
- Neurotransmitter activiteit
Liganden als tracers:
hierbij belangrijk:
De tracer liganden (die signalen geven die opgevangen worden) concurreren met
neuro T om plek op receptor. Dit betekent dat als er veel tracers op receptoren zitten
in een gebied, hier dus weinig neurotransmitters actief zijn en hier dus weinig
activatie is. Het beeld neem je dus inverse op!
Belangrijke punt bij PET: door de korte halfwaarde tijden is het vaak nodig om een
cyclotron in de buurt te hebben om de tracers op locatie te maken -> duur en
inefficient.
● SPECT -> goedkoper, single gammafoton
eenvoudigere versie van PET
tracer geeft 1 gammafotoon uit. -> lagere Sr
Tracer bestaat uit bestaand radioactief isotoop -> geen cyclotron
elektrofysiologische methoden
Electroencephalography EEG
