BIOLOGISCHE PSYCHOLOGIE II
HOOFDSTUK 5: Onderzoeksmethoden
Beïnvloeden van functies
Laesie studies
Wetenschappers hebben lang hun kennis moeten halen uit ‘natuurlijk voorkomende letsels’
(bestuderen relatie natuurlijk voorkomende letsels en gedrag). Deze kunnen veroorzaakt worden door
ziekte, ongevallen… mensen raken schade op in zenuwstelsel en ondergaan gedragsverandering.
- Vb.: 1861: Louis Victor Leborgne, bijnaam “Tan”. Hij was normaal intelligent, begreep wat je
tegen hem zei. Moest je zeggen: ‘Hé Louis, kan je mijn autosleutels geven?’, verstaat hij dat en
kan hij dar doen MAAR : kon enkel “tan” zeggen (verbale output was enorm beperkt).
- De Fransman Paul Broca kon op basis van dissectie van Leborgnes brein en gelijkaardige
gevallen een sterke correlatie aantonen tussen: “expressieve afasie” (= afasie van Broca), het
selectieve onvermogen om zich verbaal uit te drukken bij gepreserveerd verbaal begrip EN
schade in de linker anterieure hersenhelft (“zone van Broca”)
o Expressieve afasie (Broca afasie): vormen van zinnen verloopt zeer moeizaam. Moeite
met antwoorden onder woorden te brengen. Is minder extreem dan de case studie
van “Tan”.
- Wernicke afasie is zogezegd het spiegelbeeld van Broca afasie
o Mensen kunnen vlot praten, goed hun uitleg doen, maar inhoudelijk trekt het op niets.
Hun uitleg is betekenisloos, een soep van woorden. Ze kunnen geen betekenisvol
gesprek voeren. Deze mensen zijn zich niet bewust van het probleem. Erger dan Broca
Wat toont dit aan?
- Taal “zit” niet in een bepaalde plaats in de hersenen; menselijk linguïstisch gedrag omvat
verscheidene functies, die ondersteund worden door dissocieerbare cerebrale structuren
o Taal = verschillende functies, een netwerk. Neem er daar 1(+) van weg, en het (vlot
kunnen) praten valt weg.
Nadelen:
- Geen informatie over functioneren voor laesie
o Je weet dus niet hoe die mensen functioneerden voor hun letsel/laesie
o Vb. Mensen die heel impulsief zijn van nature hebben vaker een hoofdletsel (omdat
ze gemiddeld meer ‘toeren’ uitsteken) -> risico voor confounds!
- Schade vaak niet beperkt tot één welbepaalde structuur
o -> Moeilijk precieze verbanden vaststellen
o Vb. Nicolas Cage: meerdere letsels natuurlijk
- Geen experimentele controle functies, worden niet doelgericht beïnvloed (correlationeel)
- Sommige regio’s veel vatbaarder voor vb. beroerte of impact-laesie dan andere
o Vb. overgrote deel van onderzoeken heeft betrekking tot frontale schade of occipitale
schade, omdat harde klappen overwegend frontale/occipitale letsels teweeg brengen.
- Vroeger: noodzaak autopsie ( -> lang wachten, drop-out)
1
, o Vroeger moest men wachten tot als patiënt overleden was om het brein te
bekijken/onderzoeken
Experimentele ablatie
= Weefsel doelbewust vernietigen
- Veelvuldig toegepast bij mensen
- Lobotomie: verwijderen van (vooral) witte stof in (vooral) frontale kwab
o Via neus- of oor-holte HEEL BRUUT
o Toegepast als behandeling, o.m. bij kinderen met gedragsproblemen
▪ Velen worden er ‘mak’ van, zeer apathisch
o +/- 40.000 lobotomieën in VS alleen! (ook veel in UK en Scandinavië…)
o 1949: Nobelprijs voor António Moniz voor toepassing bij psychoses (schizofrenie)
- Resectie van bepaalde delen van de hersenen nog steeds toegepast voor klinische doeleinden
(vb. epilepsie) (zeldzame gevallen)
- Experimentele toepassing vandaag vooral bij dieren (knaagdieren en primaten)
Radiofrequente laesie (RF-laesie)
Een draadvormige electrode wordt in de
hersenen gebracht, volledig geïsoleerd behalve
de punt. Een Hoog- (radio-) frequente
wisselstroom wordt door de draad gestuurd.
Het vernietigt/verbrandt alle weefsels in
nabijheid van de electrode (cellichamen én
axonen). Daarna gedragsobservatie, achteraf
verificatie locatie laesie.
Plaatsing van de stalen draad d.m.v.
stereotactisch apparaat. Deze fixeert schedel.
Coördinaten van doelregio wordt bepaald
o.b.v. anatomische referentiepunten (vb.
bregma) en stereotactische atlas (/scan).
Toestel brengt electrode / buisje /
neurostimulator o.b.v. coördinaten naar
gewenste doelregio.
Excito-toxische laesie
Cannula (dun metalen buisje) wordt ingebracht, Infusie van
exciterend aminozuur (vb. kaïnezuur) loopt door het buisje in de
hersenen, Vernietigt cellichamen door overstimulatie, spaart
nabijgelegen axonen.
2
,Immuunmethodes
Toxische proteïne (= eiwit) (vb. saporine) wordt gekoppeld aan
antilichaampjes. Antilichaampjes binden selectief aan bepaalde
eiwitten, die enkel voorkomen in specifieke neuronen. Selectiviteit,
niet enkel o.b.v. locatie (toxische proteïne bindt zich selectief). (Vb.:
eliminatie van cholinerge neuronen in de basale voorhersenen van
ratten laat toe mechanismen van AD te onderzoeken.
Voor- en nadelen experimentele ablatie
Nadelen:
- Al deze methoden zijn onomkeerbaar
o Impliceert between-subjects methodes
- Al deze methoden produceren bijkomstige schade
o Noodzaak adequate controleprocedures (“sham” laesie)
- Veroorzaken leed
Voordelen:
- Deze methoden laten onderzoeken van causale verbanden toe
Tijdelijke beïnvloeding
Lokale anesthesie (chemische inhibitie)
Lokale injectie (vb. muscimol): GABAA agonist: voorkomt doorgeven actiepotentialen in welbepaalde
regio -> tijdelijke verstoring van activiteit in deze regio.
- We verdoven de zenuwcellen zelf
Elektrische stimulatie
- Inplanting elektrode die cellen exciteert dmv. elektrische stimulatie
- Techniek cfr. RF-laesie (methode lijkt op die van rf-laesie)
- Activeert zowel cellichamen als passerende axonen in desbetreffende regio
- Ongeacht of deze een inhiberende / exciterende rol in hun netwerk hebben, betrokken in
diverse neurotransmittersystemen (weinig specifiek / geïsoleerd, weinig ecologisch valide)
- ! Klinische toepassingen (deep brain stimulation) bij ziekte van Parkinson, OCD, Tourette
syndroom, chronische pijn, …
o Permanent elektroden implanteren, zelfcontrole via ‘bakje’.
o Mogelijkheid bakje aan en uitzetten is interessant om info te krijgen over de functie
van de hersendelen die geactiveerd worden (bij proefpersonen). -> secundair
Chemische stimulatie
- Infusie door al dan niet tijdelijke cannula (cfr. excito-toxische laesie)
o Voor onderzoek is het interessant als deze cannula even kan blijve zitten (vb. rat: ‘s
nachts krijgt ze chemische substantie toegediend, overdag niet)
- Exciterende aminozuren: kaïnezuur, glutamaat
- Stimuleren specifieker (enkel soma en dendrieten, niet axonen) dan elektrische stimulatie
3
, - Ongeacht of deze een inhiberende / exciterende rol in hun netwerk hebben, betrokken in
diverse neurotransmittersystemen
o Weinig specifiek / geïsoleerd, weinig ecologisch valide
Optogenetica
Er komt geen licht in de hersenen, dus daar kunnen we gebruik van maken.
Maken gebruik van lichtgevoelige proteïnen:
- Channelrhodopsine-2 (ChR2): uit groene algen
o Wanneer geraakt door blauw licht: influx van positief geladen (Na, K, Ca²) deeltjes ->
depolarisatie (excitatie) van de cel
▪ Lichtschakelaar aan: je kan cellen gaan exciteren
▪ Lichtschakelaar uit: je kan stoppen met de cellen te exciteren
- Natronomonas Pharaonis Halorhodopsin (NpHR): bacteriële oorsprong
o Wanneer geraakt door geel licht: influx van negatief geladen (Cl) deeltjes ->
hyperpolarisatie (inhibitie) van de cel
▪ Met een lichtschakelaar heb je het mechanisme al beet om een cel te
inhiberen/exhiberen door niets moeilijker te doen dan het licht aan en uit te
doen
Genetisch gewijzigde virussen worden geïnjecteerd. Deze infecteren neuronen en zorgen voor
productie lichtgevoelige proteïnen
- Aan- of afgezet middels licht:
o Oppervlakkige gelegen aan de cortex: led-lampjes in gaatje in de schedel
▪ Met bepaalde golflengte van licht
o Dieper gelegen kernen: optische vezels (optoden)
NOTE: OP CELNIVEAU IS HYPERPOLARISATIE HETZELFDE ALS INHIBEREN
Non-invasieve hersenstimulatie
Transcraniële magnetische stimulatie (TMS)
- Exciteren of verstoren functie van een bepaalde regio d.m.v. sterke
magnetische pulsen
- Effecten tijdelijk
o Wanneer de pulsen stoppen (met periode van ‘herstellen van
evenwicht’, maar gaat over)
- Klinische toepassingen: vooral bij depressie, ook diagnostiek van functies
o Diagnostisch gebruik: zegt iets over geleidingssnelheid: hoe lang duurt het: aanzetten
en zien van spersamentrekking…
o Geleidingssnelheid zegt op zijn beurt iets over aantasting van ruggenmerg, alle
stappen tussen primaire frontale cortex en neuron die de spier aandrijft
o Sensitiever dan MRI
- Omdat het tijdelijk is zet het deuren open naar onderzoek op ‘levende’ menselijke
proefpersonen (activiteit gaan beïnvloeden)
4
HOOFDSTUK 5: Onderzoeksmethoden
Beïnvloeden van functies
Laesie studies
Wetenschappers hebben lang hun kennis moeten halen uit ‘natuurlijk voorkomende letsels’
(bestuderen relatie natuurlijk voorkomende letsels en gedrag). Deze kunnen veroorzaakt worden door
ziekte, ongevallen… mensen raken schade op in zenuwstelsel en ondergaan gedragsverandering.
- Vb.: 1861: Louis Victor Leborgne, bijnaam “Tan”. Hij was normaal intelligent, begreep wat je
tegen hem zei. Moest je zeggen: ‘Hé Louis, kan je mijn autosleutels geven?’, verstaat hij dat en
kan hij dar doen MAAR : kon enkel “tan” zeggen (verbale output was enorm beperkt).
- De Fransman Paul Broca kon op basis van dissectie van Leborgnes brein en gelijkaardige
gevallen een sterke correlatie aantonen tussen: “expressieve afasie” (= afasie van Broca), het
selectieve onvermogen om zich verbaal uit te drukken bij gepreserveerd verbaal begrip EN
schade in de linker anterieure hersenhelft (“zone van Broca”)
o Expressieve afasie (Broca afasie): vormen van zinnen verloopt zeer moeizaam. Moeite
met antwoorden onder woorden te brengen. Is minder extreem dan de case studie
van “Tan”.
- Wernicke afasie is zogezegd het spiegelbeeld van Broca afasie
o Mensen kunnen vlot praten, goed hun uitleg doen, maar inhoudelijk trekt het op niets.
Hun uitleg is betekenisloos, een soep van woorden. Ze kunnen geen betekenisvol
gesprek voeren. Deze mensen zijn zich niet bewust van het probleem. Erger dan Broca
Wat toont dit aan?
- Taal “zit” niet in een bepaalde plaats in de hersenen; menselijk linguïstisch gedrag omvat
verscheidene functies, die ondersteund worden door dissocieerbare cerebrale structuren
o Taal = verschillende functies, een netwerk. Neem er daar 1(+) van weg, en het (vlot
kunnen) praten valt weg.
Nadelen:
- Geen informatie over functioneren voor laesie
o Je weet dus niet hoe die mensen functioneerden voor hun letsel/laesie
o Vb. Mensen die heel impulsief zijn van nature hebben vaker een hoofdletsel (omdat
ze gemiddeld meer ‘toeren’ uitsteken) -> risico voor confounds!
- Schade vaak niet beperkt tot één welbepaalde structuur
o -> Moeilijk precieze verbanden vaststellen
o Vb. Nicolas Cage: meerdere letsels natuurlijk
- Geen experimentele controle functies, worden niet doelgericht beïnvloed (correlationeel)
- Sommige regio’s veel vatbaarder voor vb. beroerte of impact-laesie dan andere
o Vb. overgrote deel van onderzoeken heeft betrekking tot frontale schade of occipitale
schade, omdat harde klappen overwegend frontale/occipitale letsels teweeg brengen.
- Vroeger: noodzaak autopsie ( -> lang wachten, drop-out)
1
, o Vroeger moest men wachten tot als patiënt overleden was om het brein te
bekijken/onderzoeken
Experimentele ablatie
= Weefsel doelbewust vernietigen
- Veelvuldig toegepast bij mensen
- Lobotomie: verwijderen van (vooral) witte stof in (vooral) frontale kwab
o Via neus- of oor-holte HEEL BRUUT
o Toegepast als behandeling, o.m. bij kinderen met gedragsproblemen
▪ Velen worden er ‘mak’ van, zeer apathisch
o +/- 40.000 lobotomieën in VS alleen! (ook veel in UK en Scandinavië…)
o 1949: Nobelprijs voor António Moniz voor toepassing bij psychoses (schizofrenie)
- Resectie van bepaalde delen van de hersenen nog steeds toegepast voor klinische doeleinden
(vb. epilepsie) (zeldzame gevallen)
- Experimentele toepassing vandaag vooral bij dieren (knaagdieren en primaten)
Radiofrequente laesie (RF-laesie)
Een draadvormige electrode wordt in de
hersenen gebracht, volledig geïsoleerd behalve
de punt. Een Hoog- (radio-) frequente
wisselstroom wordt door de draad gestuurd.
Het vernietigt/verbrandt alle weefsels in
nabijheid van de electrode (cellichamen én
axonen). Daarna gedragsobservatie, achteraf
verificatie locatie laesie.
Plaatsing van de stalen draad d.m.v.
stereotactisch apparaat. Deze fixeert schedel.
Coördinaten van doelregio wordt bepaald
o.b.v. anatomische referentiepunten (vb.
bregma) en stereotactische atlas (/scan).
Toestel brengt electrode / buisje /
neurostimulator o.b.v. coördinaten naar
gewenste doelregio.
Excito-toxische laesie
Cannula (dun metalen buisje) wordt ingebracht, Infusie van
exciterend aminozuur (vb. kaïnezuur) loopt door het buisje in de
hersenen, Vernietigt cellichamen door overstimulatie, spaart
nabijgelegen axonen.
2
,Immuunmethodes
Toxische proteïne (= eiwit) (vb. saporine) wordt gekoppeld aan
antilichaampjes. Antilichaampjes binden selectief aan bepaalde
eiwitten, die enkel voorkomen in specifieke neuronen. Selectiviteit,
niet enkel o.b.v. locatie (toxische proteïne bindt zich selectief). (Vb.:
eliminatie van cholinerge neuronen in de basale voorhersenen van
ratten laat toe mechanismen van AD te onderzoeken.
Voor- en nadelen experimentele ablatie
Nadelen:
- Al deze methoden zijn onomkeerbaar
o Impliceert between-subjects methodes
- Al deze methoden produceren bijkomstige schade
o Noodzaak adequate controleprocedures (“sham” laesie)
- Veroorzaken leed
Voordelen:
- Deze methoden laten onderzoeken van causale verbanden toe
Tijdelijke beïnvloeding
Lokale anesthesie (chemische inhibitie)
Lokale injectie (vb. muscimol): GABAA agonist: voorkomt doorgeven actiepotentialen in welbepaalde
regio -> tijdelijke verstoring van activiteit in deze regio.
- We verdoven de zenuwcellen zelf
Elektrische stimulatie
- Inplanting elektrode die cellen exciteert dmv. elektrische stimulatie
- Techniek cfr. RF-laesie (methode lijkt op die van rf-laesie)
- Activeert zowel cellichamen als passerende axonen in desbetreffende regio
- Ongeacht of deze een inhiberende / exciterende rol in hun netwerk hebben, betrokken in
diverse neurotransmittersystemen (weinig specifiek / geïsoleerd, weinig ecologisch valide)
- ! Klinische toepassingen (deep brain stimulation) bij ziekte van Parkinson, OCD, Tourette
syndroom, chronische pijn, …
o Permanent elektroden implanteren, zelfcontrole via ‘bakje’.
o Mogelijkheid bakje aan en uitzetten is interessant om info te krijgen over de functie
van de hersendelen die geactiveerd worden (bij proefpersonen). -> secundair
Chemische stimulatie
- Infusie door al dan niet tijdelijke cannula (cfr. excito-toxische laesie)
o Voor onderzoek is het interessant als deze cannula even kan blijve zitten (vb. rat: ‘s
nachts krijgt ze chemische substantie toegediend, overdag niet)
- Exciterende aminozuren: kaïnezuur, glutamaat
- Stimuleren specifieker (enkel soma en dendrieten, niet axonen) dan elektrische stimulatie
3
, - Ongeacht of deze een inhiberende / exciterende rol in hun netwerk hebben, betrokken in
diverse neurotransmittersystemen
o Weinig specifiek / geïsoleerd, weinig ecologisch valide
Optogenetica
Er komt geen licht in de hersenen, dus daar kunnen we gebruik van maken.
Maken gebruik van lichtgevoelige proteïnen:
- Channelrhodopsine-2 (ChR2): uit groene algen
o Wanneer geraakt door blauw licht: influx van positief geladen (Na, K, Ca²) deeltjes ->
depolarisatie (excitatie) van de cel
▪ Lichtschakelaar aan: je kan cellen gaan exciteren
▪ Lichtschakelaar uit: je kan stoppen met de cellen te exciteren
- Natronomonas Pharaonis Halorhodopsin (NpHR): bacteriële oorsprong
o Wanneer geraakt door geel licht: influx van negatief geladen (Cl) deeltjes ->
hyperpolarisatie (inhibitie) van de cel
▪ Met een lichtschakelaar heb je het mechanisme al beet om een cel te
inhiberen/exhiberen door niets moeilijker te doen dan het licht aan en uit te
doen
Genetisch gewijzigde virussen worden geïnjecteerd. Deze infecteren neuronen en zorgen voor
productie lichtgevoelige proteïnen
- Aan- of afgezet middels licht:
o Oppervlakkige gelegen aan de cortex: led-lampjes in gaatje in de schedel
▪ Met bepaalde golflengte van licht
o Dieper gelegen kernen: optische vezels (optoden)
NOTE: OP CELNIVEAU IS HYPERPOLARISATIE HETZELFDE ALS INHIBEREN
Non-invasieve hersenstimulatie
Transcraniële magnetische stimulatie (TMS)
- Exciteren of verstoren functie van een bepaalde regio d.m.v. sterke
magnetische pulsen
- Effecten tijdelijk
o Wanneer de pulsen stoppen (met periode van ‘herstellen van
evenwicht’, maar gaat over)
- Klinische toepassingen: vooral bij depressie, ook diagnostiek van functies
o Diagnostisch gebruik: zegt iets over geleidingssnelheid: hoe lang duurt het: aanzetten
en zien van spersamentrekking…
o Geleidingssnelheid zegt op zijn beurt iets over aantasting van ruggenmerg, alle
stappen tussen primaire frontale cortex en neuron die de spier aandrijft
o Sensitiever dan MRI
- Omdat het tijdelijk is zet het deuren open naar onderzoek op ‘levende’ menselijke
proefpersonen (activiteit gaan beïnvloeden)
4
