NEUROFYSIOLOGIE
SAMENVATTING
INLEIDING
Zenuwstelsel
- Anatomisch + fysiologisch gevarieerd geheel van
• Gliacellen
• Neuronen
o Functie
§ Doorgeven van signalen
§ Connectie/communicatie
¨ Met andere neuronen
¨ Via synapsen
· = contactpunt tussen neuronen
¨ Verloop
· AP " naar axon " naar synaps " signaaloverdracht " geen
elektrisch signaal (AP) " wel chemisch signaal (NT) " bij
voldoende NT " evt. membraanpotentiaal verandering " AP
doorgeven
- Bij activiteit
• Ontstaan van gedrag
o Bv. waarneming, motoriek, emoties, motivaties, geheugen, aandacht
- Functie
• Op verschillende niveaus van complexiteit
o Cellen hebben een andere functie ipv 1 functie (bv. lever)
• Bv.
o Schakelingen tussen PZS en CZS
o Schakelingen tussen neuronen onderling
o Intrinsieke eigenschappen van individuele neuronen
§ Elektrisch + morfologisch
§ Bv. inhiberende en exciterende neuronen
• Input kanaal
o Via zintuigen
§ Bij mens
o Ziet enkel zichtbaar licht
o Andere soorten ook IR, elektrische velden …
o Perceptie
§ = interpretatie van zintuigelijke input
o Niet objectief
§ Belangrijke factoren
o Voorgaande ervaringen
1
, o Multimodale interacties (geur, smaak en zicht bij eten)
o Aandacht
o Begeleidende motoriek (bv. oogbewegingen)
§ Bv. visuele illusies omzetten van 2D naar 3D
o Fysisch ≠ werkelijkheid
• Output kanaal
o Via motoriek
- ≠ Organisatie van niveaus
• Van klein naar groot
o Moleculen – synapsen – neuronen – netwerken – kaarten – systemen – CZS
• Bij afwijking 1 niveau
o Problemen/pathologie
§ Bv. psychiatrisch of motorisch
§ Bv. mutatie in proteïne " genetisch defect " evt. dodelijk
• Technieken
o Voor onderzoek van niveaus
o Indeling op basis van
§ Tijd
¨ Ondergrens is resolutie
§ Ruimte
¨ Ondergrens is resolutie
§ Invasiviteit
¨ Invasieve- en niet-invasieve technieken
o Bij verbeteren techniek
§ Veranderen bereik
o Meting van
§ Elektrische activiteit
§ Chemische activiteit
§ Metabolisme
§ Bloedstroom
o Doel
§ Meten van gedrag
¨ = psychofysica
¨ Bv. verschillen in lichtintensiteit onderscheiden
o Moleculaire biologie
§ Moleculen zijn belangrijk voor
¨ Metabolisme
¨ Aanmaak NT
¨ Cel in leven houden
¨ Onderhoud celskelet
o Ideaal
§ Techniek met onbeperkte ruimtelijke en temporele resolutie
2
, ¨ Is onmogelijk " combinatie van technieken
o Correlatie
§ Bij meeste technieken
§ Hoeft niet altijd een causaal/oorzakelijk verband te hebben
o Soorten
§ Elektrische metingen
¨ Meten elektrische signalen
· Bv. AP
· Door inbrengen elektrode " meten verandering
membraanpotentiaal
· Vaak invasief
· Correlatie
¨ Voorbeelden
· Single unit recordings (SU)
¸ Meting precieze activiteit van 1 neuron
Bv. verandering meten bij doorgeven AP
Itt functionele beeldvorming
r Geeft indicatie of gebied actief is of niet
¸ Basistechniek in hersenonderzoek
¸ Meting
Van verandering in
r Lokaal elektrisch veld
u Bij generatie iedere AP
r Selectiviteit
u Bv. bij visueel systeem
w Op y-as geen oriëntatie, maar vorm
Via
r Fijne draad
u Meting enkel aan tip
r Geen pijnreceptoren " pijnloos
¸ Wakkere dieren
Correlatie met gedrag meten
¸ Voordelen
Goede temporele resolutie (ms)
Goede lokalisatie
r Achterhalen waar cel zit
r Spatiaal activiteit van >1 cellen
¸ Nadelen
Invasief
r Mn bij dieren
r Wegdelen hersendelen
u Mn extracellulaire meting
Gebrek ruimtelijk overzicht
r Meting van 1 of meerdere cellen per keer " geen
inzicht op populatieniveau
r " Veel elektrode-penetraties nodig
¸ Bv. Patch-clamp techniek
Meting
r Specifieke membraaneigenschappen
u Vóór start AP
u Van 1 intracellulair neuron
r Bv. EPSP, IPSP
· Multi unit recordings
¸ Meting van meerdere neuronen
· Local field potentialen
3
, ¸ Meting van honderden/duizenden neuronen
¸ Hoge temporele resolutie
· Elektro-encefalografie (EEG)
¸ Meet massapotentialen thv schedelhuid
¸ Kenmerken
Niet-invasief
Goedkoop
Kleine spatiale resolutie
Via elektrode
r Elke elektrode meet verandering " meten synchrone
verandering van meerdere neuronen
¸ Meting
Van elektrisch veldsterkte verandering
Van gezamenlijke activiteit meerdere neuronen
r Bv. pyamidale cellen in cortex/schors
u Liggen parallel langs elkaar
Amplifier
r Versterkt signaal
¸ Evoked respons potentialen (ERP)
Gemiddelde van een EEG-signaal
r Voor 1 bepaalde stimulus
r Bv. 10x op hand slaan
Voorbeelden
r Visual Evoked Potentials (VEP)
r Brainstem Evoked Respons Audiometrie (BERA)
· Magneto-encephalografie (MEG)
¸ Meten verandering in magnetisch veld
Overal waar stroom is
r Bij verandering elektrisch veld " verandering
magnetisch veld
¸ Verschil EEG
Beter spatiaal vermogen
r Bron neuronen gemakkelijker te achterhalen
Duurder
Gelijke temporele resolutie
Moet in afgesloten ruimte
4
SAMENVATTING
INLEIDING
Zenuwstelsel
- Anatomisch + fysiologisch gevarieerd geheel van
• Gliacellen
• Neuronen
o Functie
§ Doorgeven van signalen
§ Connectie/communicatie
¨ Met andere neuronen
¨ Via synapsen
· = contactpunt tussen neuronen
¨ Verloop
· AP " naar axon " naar synaps " signaaloverdracht " geen
elektrisch signaal (AP) " wel chemisch signaal (NT) " bij
voldoende NT " evt. membraanpotentiaal verandering " AP
doorgeven
- Bij activiteit
• Ontstaan van gedrag
o Bv. waarneming, motoriek, emoties, motivaties, geheugen, aandacht
- Functie
• Op verschillende niveaus van complexiteit
o Cellen hebben een andere functie ipv 1 functie (bv. lever)
• Bv.
o Schakelingen tussen PZS en CZS
o Schakelingen tussen neuronen onderling
o Intrinsieke eigenschappen van individuele neuronen
§ Elektrisch + morfologisch
§ Bv. inhiberende en exciterende neuronen
• Input kanaal
o Via zintuigen
§ Bij mens
o Ziet enkel zichtbaar licht
o Andere soorten ook IR, elektrische velden …
o Perceptie
§ = interpretatie van zintuigelijke input
o Niet objectief
§ Belangrijke factoren
o Voorgaande ervaringen
1
, o Multimodale interacties (geur, smaak en zicht bij eten)
o Aandacht
o Begeleidende motoriek (bv. oogbewegingen)
§ Bv. visuele illusies omzetten van 2D naar 3D
o Fysisch ≠ werkelijkheid
• Output kanaal
o Via motoriek
- ≠ Organisatie van niveaus
• Van klein naar groot
o Moleculen – synapsen – neuronen – netwerken – kaarten – systemen – CZS
• Bij afwijking 1 niveau
o Problemen/pathologie
§ Bv. psychiatrisch of motorisch
§ Bv. mutatie in proteïne " genetisch defect " evt. dodelijk
• Technieken
o Voor onderzoek van niveaus
o Indeling op basis van
§ Tijd
¨ Ondergrens is resolutie
§ Ruimte
¨ Ondergrens is resolutie
§ Invasiviteit
¨ Invasieve- en niet-invasieve technieken
o Bij verbeteren techniek
§ Veranderen bereik
o Meting van
§ Elektrische activiteit
§ Chemische activiteit
§ Metabolisme
§ Bloedstroom
o Doel
§ Meten van gedrag
¨ = psychofysica
¨ Bv. verschillen in lichtintensiteit onderscheiden
o Moleculaire biologie
§ Moleculen zijn belangrijk voor
¨ Metabolisme
¨ Aanmaak NT
¨ Cel in leven houden
¨ Onderhoud celskelet
o Ideaal
§ Techniek met onbeperkte ruimtelijke en temporele resolutie
2
, ¨ Is onmogelijk " combinatie van technieken
o Correlatie
§ Bij meeste technieken
§ Hoeft niet altijd een causaal/oorzakelijk verband te hebben
o Soorten
§ Elektrische metingen
¨ Meten elektrische signalen
· Bv. AP
· Door inbrengen elektrode " meten verandering
membraanpotentiaal
· Vaak invasief
· Correlatie
¨ Voorbeelden
· Single unit recordings (SU)
¸ Meting precieze activiteit van 1 neuron
Bv. verandering meten bij doorgeven AP
Itt functionele beeldvorming
r Geeft indicatie of gebied actief is of niet
¸ Basistechniek in hersenonderzoek
¸ Meting
Van verandering in
r Lokaal elektrisch veld
u Bij generatie iedere AP
r Selectiviteit
u Bv. bij visueel systeem
w Op y-as geen oriëntatie, maar vorm
Via
r Fijne draad
u Meting enkel aan tip
r Geen pijnreceptoren " pijnloos
¸ Wakkere dieren
Correlatie met gedrag meten
¸ Voordelen
Goede temporele resolutie (ms)
Goede lokalisatie
r Achterhalen waar cel zit
r Spatiaal activiteit van >1 cellen
¸ Nadelen
Invasief
r Mn bij dieren
r Wegdelen hersendelen
u Mn extracellulaire meting
Gebrek ruimtelijk overzicht
r Meting van 1 of meerdere cellen per keer " geen
inzicht op populatieniveau
r " Veel elektrode-penetraties nodig
¸ Bv. Patch-clamp techniek
Meting
r Specifieke membraaneigenschappen
u Vóór start AP
u Van 1 intracellulair neuron
r Bv. EPSP, IPSP
· Multi unit recordings
¸ Meting van meerdere neuronen
· Local field potentialen
3
, ¸ Meting van honderden/duizenden neuronen
¸ Hoge temporele resolutie
· Elektro-encefalografie (EEG)
¸ Meet massapotentialen thv schedelhuid
¸ Kenmerken
Niet-invasief
Goedkoop
Kleine spatiale resolutie
Via elektrode
r Elke elektrode meet verandering " meten synchrone
verandering van meerdere neuronen
¸ Meting
Van elektrisch veldsterkte verandering
Van gezamenlijke activiteit meerdere neuronen
r Bv. pyamidale cellen in cortex/schors
u Liggen parallel langs elkaar
Amplifier
r Versterkt signaal
¸ Evoked respons potentialen (ERP)
Gemiddelde van een EEG-signaal
r Voor 1 bepaalde stimulus
r Bv. 10x op hand slaan
Voorbeelden
r Visual Evoked Potentials (VEP)
r Brainstem Evoked Respons Audiometrie (BERA)
· Magneto-encephalografie (MEG)
¸ Meten verandering in magnetisch veld
Overal waar stroom is
r Bij verandering elektrisch veld " verandering
magnetisch veld
¸ Verschil EEG
Beter spatiaal vermogen
r Bron neuronen gemakkelijker te achterhalen
Duurder
Gelijke temporele resolutie
Moet in afgesloten ruimte
4
