Biologische psychologie
College 1: Inleiding in de biologische psychologie ............................................................. 2
College 2: Neurale communicatie deel 1 ........................................................................... 5
College 3: Neuronale communicatie deel 2 ......................................................................10
College 4: Neuronale communicatie deel 3 en drugs ........................................................15
College 5: Hersenanatomie .............................................................................................19
College 6: Visuele systeem ..............................................................................................25
College 7: Hersenontwikkeling ........................................................................................30
College 8: Sensorische systemen .....................................................................................33
,College 1: Inleiding in de biologische psychologie
Gereedschap in de neurowetenschappen
Aan de ene kant heb je convergentie: met eén experiment kan je iets niet bewijzen. Je moet
met heel veel verschillende technieken een theoretisch concept bewijzen. Als alle ‘lijntjes’
dezelfde kant op wijzen kan je pas iets bewijzen. Daarnaast heb je complementariteit:
methoden vullen elkaar aan en de nauwkeurigheid van verschillende methoden verschillen.
Onderzoeksmethoden
Elke methoden heeft z’n voor- en nadelen. Sommige methoden duren langer om te meten
maar zijn wel veel accurater, andere methoden zijn juist heel snel maar niet accuraat in de
ruimte (zoals ERP). Daarnaast wordt er gebruik gemaakt van causale methoden
(hersenstimulatie) en correlationele methoden (hersenonderzoek)
Causale methoden (hersenstimulatie)
Hiermee verander je bijvoorbeeld gedrag. Mensen met een lesie zijn interessant om te
meten omdat zij afwijkende eigenschappen hebben. Meestal omvat dit cognitieve
problemen zoals problemen met het werkgeheugen (DLPFC), aandacht (SPL) en taal (Broca).
Deze vormen van hersenschade zijn niet beperkt is tot eén gebied en omdat bloed giftig is
voor de hersencellen, sterven hele delen af. Daarnaast zijn er individuele verschillen in
welke gebieden betrokken zijn bij cognitieve functies. Op proefdieren worden nauwkeurige
lesies toegepast waardoor heel nauwkeurig te onderzoeken is welk hersengebied voor wat
verantwoordelijk is. Het nadeel is, is dat dit niet ethisch is.
Farmacologische interventies is een methode waarmee je door middel van bv koffie,
antidepressiva etc. kijkt naar de hersenactiviteit. Door toediening van agonisten (verhoging
van neurotransmissie) en antagonisten (verlagen neurotransmissie) onderzoek je wat
precies een stof doet met het brein. Het nadeel hiervan wel is, is dat je het hele brein
beïnvloedt (tenzij je het experimenteel bij een dier toepast)
Intracraniële simulatie is directe elektrische stimulatie van de hersenen in de cortex
of subcorticale gebieden. Zwakke stimulatie zorgt vaak voor betere verwerking, sterke
stimulatie veroorzaakt tijdelijk of permanent een lesie.
Optogenetisch gemanipuleerd. Bij deze manier infecteer je een diertje met bv.
hondsdolheid. Je bouwt bepaalde neuronen in een dier in (reactie op licht) en zorgt ervoor
dat deze neuronen activeren wanneer er licht op wordt geschenen. Je kan hiermee
neuronen inhiberen of exciteren
Bij mensen zijn er twee hoofdmethoden om hersenstimulatie onderzoek te doen. De ene
methode is TMS, transcraniële magnetische stimulatie. Je kan hiermee door de schedel het
breinoppervlak magnetisch stimuleren waardoor je neuronen tijdelijk kan uitschakelen
Online TMS is het magnetisch stimuleren tijdens een taak, meestal leidt dit tot
prestatieverslechtering. Offline TMS is TMS vóór een taak (bv 600 pulsen in 40 seconden),
hiermee kan je ervoor zorgen dat er een verbetering ontstaat tijdens een taak. TMS is wel
een dure methode ($50.000) en zit vol met manieren om stroom te kunnen opladen en dit
in eén keer vrij te geven. Door de stroom vrij te geven ontstaan er spikes en dit kan
epileptische insulten opwekken.
Naast TMS heb je TES, transcraniële elektrische stimulatie. Dit is elektrische
stimulatie door de schedel. Je hebt twee soorten elektroden: anode (+) en cathode (-). Door
,een anode worden bepaalde acties makkelijker in het hersengebied en elektriciteit gaat het
hoofd in. Bij een cathode gebeurt het tegenovergestelde en gaat de elektriciteit het hoofd
uit. TES is niet duur en veroorzaakt geen neurale activiteit. Wel wordt het makkelijker of
moeilijker voor een hersengebied om actief te worden. Verder is dit uitzonderlijk veilig.
Verder zijn er nog een aantal voor- en nadelen aan TMS en TES:
TMS
o Voordelen
Vrij precies (1cm^2)
Heel snel (1ms)
Induceert actiepotentialen
o Nadelen
Duur
Zwaar
Kleine kans op epileptische insult
TES
o Voordelen
Goedkoop
Licht
Veilig
o Nadelen
Onnauwkeurig
Correlationele methoden (hersenmetingen)
Het meten van hersenactiviteit in combinatie met een taakje waardoor je kan zien wat waar
gebeurd in het brein. Er zijn verschillende correlatie methoden. Bij single-cell recordings
implanteren we elektroden in de hippocampus van een rat bijvoorbeeld. Deze elektroden
worden dichtbij een neuron in het brein gestoken en dit gebeurt dan meestal bij dieren.
Hiermee kan je dan vervolgens een of meerdere neuronen meten. Ook wordt hier mee eén
actiepotentiaal gemeten (de output).
Bij EEG meten we met een kap met veel electroden je hersenactiviteit in het hele brein.
We meten individuelen neuronen die ‘graded potentials’ produceren, kleine
depolarisaties/hyperpolarisaties in het membraan voltage. Bij hyperpolarisatie gaat het
microvoltage in een cel van -70 naar -73 mv. Depolarisatie gaat het naar -65 van -70. Je kan
hiermee een voorspelling doen van de activatie van een neuron, je meet dus input. Verder
moeten de neuronen eenzelfde consistentie richting op wijzen. Als ze allemaal dezelfde kant
op wijzen kan je het meten buiten de schedel. Wanneer dit niet zo is en de signalen andere
kanten op wijzen zal er niks te meten zijn. Er wordt dan ook alleen maar pyramidale
neuronen (liggen vooral in de primaire cortex) gemeten met EEG, bijvoorbeeld in de
cerebrale cortex. Oscillaties bij de EEG ontstaan door excitatoire neuronen en activeren
inhibitoire neuronen. Deze remmen de excitatoire neuronen en daarna zichzelf. Dit gebeurt
omdat de cellen anders binnen enkele minuten doodgaan. Daarnaast heb je pacemaker
cellen die zorgen ervoor dat een hele boel neuronen op hetzelfde moment gaan oscilleren.
Verder vindt communicatie in hersengebieden plaats in verschillende frequentiebanden. Tot
slot is het ademhaling en hartslag ook terug te zien in de metingen. EEG is een optelsom van
sinusgolven en verschillen allemaal in amplitude (hoe sterk ze aanwezig zijn, een 1hz golf
kan helemaal afwezig of 1000 keer afwezig), frequentie (hoe snel het voorkomt), fase (als
wij twee hersendelen hebben die met elkaar aan het praten zijn, zal er vertraging zijn door
, de twee aparte golven). Ook is EEG gevoelig voor ruis. De frequentiebanden met EEG valt op
te delen in 5 categorieën:
Gamma (30-100hz)
Beta (13-30hz)
Alpha (8-12hz)
Theta (4-7hz)
Delta (tot 4hz)
Bij hoge frequenties is er veel activiteit en is dat vooral lokaal, bij lage frequenties is het
vooral globaal en in slaap. Goed bij EEG valt te zien dat een stimuli niet ergens komt en
vervolgens doorwandelt naar het volgende gedeelte. Stimuli worden vaak teruggestuurd
naar bepaalde hersengebieden. De data-analyse bij EEG valt op te delen in twee manieren:
ERP
o Gemiddelde time-locked signaal. Er wordt een gemiddelde genomen van
bepaalde trials. Bij een ERP bestaat de golf uit meerdere pieken. Deze pieken
worden pas duidelijk als je heel veel trials hebt gemiddeld (Ps zijn positief, Ns
zijn negatief
o Die pieken en dalen in de ERP zijn te koppelen aan verschillende stappen in
informatieverwerking (het opmerken van een fout in een zin bijvoorbeeld).
Daarnaast geven de pieken wat over de snelheid van informatieverwerking,
dan is de P1 eerder. Tot slot zeggen pieken wat over de volgorde waarin
hersengebieden actief zijn.
o Een nadeel van ERP is wel dat wanneer de oscillaties verschillen van elkaar in
fase, dan middelen ze uit. Dit is tot de 20hz niet een probleem, maar daarna
wel, dan zijn de ERPs niet meer gevoelig
Time-frequency analyses.
o Je stelt vast op welk moment in de tijd een frequentie aanwezig is. Dit gaat
uit van het ‘What is wired together, fired together’. Als twee hersendelen aan
samen vuren, zijn ze waarschijnlijk aan elkaar verbonden op dezelfde
frequentie.
Een alternatief voor EEG is magnetoencephalograph (MEG) wat lijkt op EEG en meet de
elektrische activiteit in onze hersenen. Waar MEG verschilt van EEG is dat het uitstekende
werkt in de temporale ruimte.
Nog een methode is het gebruik van een PET scan, een positron-emission tomography. Dit
soort scan geeft een afbeelding van hoogwaardige kwaliteit door het te kijken naar de
uitstraling van radioactief materiaal wat ingespoten is bij iemand. De persoon krijgt eerst
een radioactieve glucose injectie of iets wat daar op lijkt. Wanneer een radioactieve atoom
sterft, geeft het door een bepaald proces een gammastraling af die op te pikken is door een
speciale scanner. De scanner calculeert vervolgens de plekken in de hersenen waar de
meeste radioactieve straling zich bevindt, wat dus de plek is waar de meeste activiteit
plaatsvindt. Een nadeel van PET is dat je de hersenen moet blootstellen aan radioactief
materiaal wat niet iedereen een fijn idee vindt. Daarom is er steeds vaker wordt PET
vervangen door fMRI.
Met fMRI meet je fluctuaties in de hoeveelheid zuurstof in het bloed. Bij zuurstofarm bloed
veroorzaak je zelf minder signaal en pikt de magneet het dus op. Zuurstofrijk bloed heeft
College 1: Inleiding in de biologische psychologie ............................................................. 2
College 2: Neurale communicatie deel 1 ........................................................................... 5
College 3: Neuronale communicatie deel 2 ......................................................................10
College 4: Neuronale communicatie deel 3 en drugs ........................................................15
College 5: Hersenanatomie .............................................................................................19
College 6: Visuele systeem ..............................................................................................25
College 7: Hersenontwikkeling ........................................................................................30
College 8: Sensorische systemen .....................................................................................33
,College 1: Inleiding in de biologische psychologie
Gereedschap in de neurowetenschappen
Aan de ene kant heb je convergentie: met eén experiment kan je iets niet bewijzen. Je moet
met heel veel verschillende technieken een theoretisch concept bewijzen. Als alle ‘lijntjes’
dezelfde kant op wijzen kan je pas iets bewijzen. Daarnaast heb je complementariteit:
methoden vullen elkaar aan en de nauwkeurigheid van verschillende methoden verschillen.
Onderzoeksmethoden
Elke methoden heeft z’n voor- en nadelen. Sommige methoden duren langer om te meten
maar zijn wel veel accurater, andere methoden zijn juist heel snel maar niet accuraat in de
ruimte (zoals ERP). Daarnaast wordt er gebruik gemaakt van causale methoden
(hersenstimulatie) en correlationele methoden (hersenonderzoek)
Causale methoden (hersenstimulatie)
Hiermee verander je bijvoorbeeld gedrag. Mensen met een lesie zijn interessant om te
meten omdat zij afwijkende eigenschappen hebben. Meestal omvat dit cognitieve
problemen zoals problemen met het werkgeheugen (DLPFC), aandacht (SPL) en taal (Broca).
Deze vormen van hersenschade zijn niet beperkt is tot eén gebied en omdat bloed giftig is
voor de hersencellen, sterven hele delen af. Daarnaast zijn er individuele verschillen in
welke gebieden betrokken zijn bij cognitieve functies. Op proefdieren worden nauwkeurige
lesies toegepast waardoor heel nauwkeurig te onderzoeken is welk hersengebied voor wat
verantwoordelijk is. Het nadeel is, is dat dit niet ethisch is.
Farmacologische interventies is een methode waarmee je door middel van bv koffie,
antidepressiva etc. kijkt naar de hersenactiviteit. Door toediening van agonisten (verhoging
van neurotransmissie) en antagonisten (verlagen neurotransmissie) onderzoek je wat
precies een stof doet met het brein. Het nadeel hiervan wel is, is dat je het hele brein
beïnvloedt (tenzij je het experimenteel bij een dier toepast)
Intracraniële simulatie is directe elektrische stimulatie van de hersenen in de cortex
of subcorticale gebieden. Zwakke stimulatie zorgt vaak voor betere verwerking, sterke
stimulatie veroorzaakt tijdelijk of permanent een lesie.
Optogenetisch gemanipuleerd. Bij deze manier infecteer je een diertje met bv.
hondsdolheid. Je bouwt bepaalde neuronen in een dier in (reactie op licht) en zorgt ervoor
dat deze neuronen activeren wanneer er licht op wordt geschenen. Je kan hiermee
neuronen inhiberen of exciteren
Bij mensen zijn er twee hoofdmethoden om hersenstimulatie onderzoek te doen. De ene
methode is TMS, transcraniële magnetische stimulatie. Je kan hiermee door de schedel het
breinoppervlak magnetisch stimuleren waardoor je neuronen tijdelijk kan uitschakelen
Online TMS is het magnetisch stimuleren tijdens een taak, meestal leidt dit tot
prestatieverslechtering. Offline TMS is TMS vóór een taak (bv 600 pulsen in 40 seconden),
hiermee kan je ervoor zorgen dat er een verbetering ontstaat tijdens een taak. TMS is wel
een dure methode ($50.000) en zit vol met manieren om stroom te kunnen opladen en dit
in eén keer vrij te geven. Door de stroom vrij te geven ontstaan er spikes en dit kan
epileptische insulten opwekken.
Naast TMS heb je TES, transcraniële elektrische stimulatie. Dit is elektrische
stimulatie door de schedel. Je hebt twee soorten elektroden: anode (+) en cathode (-). Door
,een anode worden bepaalde acties makkelijker in het hersengebied en elektriciteit gaat het
hoofd in. Bij een cathode gebeurt het tegenovergestelde en gaat de elektriciteit het hoofd
uit. TES is niet duur en veroorzaakt geen neurale activiteit. Wel wordt het makkelijker of
moeilijker voor een hersengebied om actief te worden. Verder is dit uitzonderlijk veilig.
Verder zijn er nog een aantal voor- en nadelen aan TMS en TES:
TMS
o Voordelen
Vrij precies (1cm^2)
Heel snel (1ms)
Induceert actiepotentialen
o Nadelen
Duur
Zwaar
Kleine kans op epileptische insult
TES
o Voordelen
Goedkoop
Licht
Veilig
o Nadelen
Onnauwkeurig
Correlationele methoden (hersenmetingen)
Het meten van hersenactiviteit in combinatie met een taakje waardoor je kan zien wat waar
gebeurd in het brein. Er zijn verschillende correlatie methoden. Bij single-cell recordings
implanteren we elektroden in de hippocampus van een rat bijvoorbeeld. Deze elektroden
worden dichtbij een neuron in het brein gestoken en dit gebeurt dan meestal bij dieren.
Hiermee kan je dan vervolgens een of meerdere neuronen meten. Ook wordt hier mee eén
actiepotentiaal gemeten (de output).
Bij EEG meten we met een kap met veel electroden je hersenactiviteit in het hele brein.
We meten individuelen neuronen die ‘graded potentials’ produceren, kleine
depolarisaties/hyperpolarisaties in het membraan voltage. Bij hyperpolarisatie gaat het
microvoltage in een cel van -70 naar -73 mv. Depolarisatie gaat het naar -65 van -70. Je kan
hiermee een voorspelling doen van de activatie van een neuron, je meet dus input. Verder
moeten de neuronen eenzelfde consistentie richting op wijzen. Als ze allemaal dezelfde kant
op wijzen kan je het meten buiten de schedel. Wanneer dit niet zo is en de signalen andere
kanten op wijzen zal er niks te meten zijn. Er wordt dan ook alleen maar pyramidale
neuronen (liggen vooral in de primaire cortex) gemeten met EEG, bijvoorbeeld in de
cerebrale cortex. Oscillaties bij de EEG ontstaan door excitatoire neuronen en activeren
inhibitoire neuronen. Deze remmen de excitatoire neuronen en daarna zichzelf. Dit gebeurt
omdat de cellen anders binnen enkele minuten doodgaan. Daarnaast heb je pacemaker
cellen die zorgen ervoor dat een hele boel neuronen op hetzelfde moment gaan oscilleren.
Verder vindt communicatie in hersengebieden plaats in verschillende frequentiebanden. Tot
slot is het ademhaling en hartslag ook terug te zien in de metingen. EEG is een optelsom van
sinusgolven en verschillen allemaal in amplitude (hoe sterk ze aanwezig zijn, een 1hz golf
kan helemaal afwezig of 1000 keer afwezig), frequentie (hoe snel het voorkomt), fase (als
wij twee hersendelen hebben die met elkaar aan het praten zijn, zal er vertraging zijn door
, de twee aparte golven). Ook is EEG gevoelig voor ruis. De frequentiebanden met EEG valt op
te delen in 5 categorieën:
Gamma (30-100hz)
Beta (13-30hz)
Alpha (8-12hz)
Theta (4-7hz)
Delta (tot 4hz)
Bij hoge frequenties is er veel activiteit en is dat vooral lokaal, bij lage frequenties is het
vooral globaal en in slaap. Goed bij EEG valt te zien dat een stimuli niet ergens komt en
vervolgens doorwandelt naar het volgende gedeelte. Stimuli worden vaak teruggestuurd
naar bepaalde hersengebieden. De data-analyse bij EEG valt op te delen in twee manieren:
ERP
o Gemiddelde time-locked signaal. Er wordt een gemiddelde genomen van
bepaalde trials. Bij een ERP bestaat de golf uit meerdere pieken. Deze pieken
worden pas duidelijk als je heel veel trials hebt gemiddeld (Ps zijn positief, Ns
zijn negatief
o Die pieken en dalen in de ERP zijn te koppelen aan verschillende stappen in
informatieverwerking (het opmerken van een fout in een zin bijvoorbeeld).
Daarnaast geven de pieken wat over de snelheid van informatieverwerking,
dan is de P1 eerder. Tot slot zeggen pieken wat over de volgorde waarin
hersengebieden actief zijn.
o Een nadeel van ERP is wel dat wanneer de oscillaties verschillen van elkaar in
fase, dan middelen ze uit. Dit is tot de 20hz niet een probleem, maar daarna
wel, dan zijn de ERPs niet meer gevoelig
Time-frequency analyses.
o Je stelt vast op welk moment in de tijd een frequentie aanwezig is. Dit gaat
uit van het ‘What is wired together, fired together’. Als twee hersendelen aan
samen vuren, zijn ze waarschijnlijk aan elkaar verbonden op dezelfde
frequentie.
Een alternatief voor EEG is magnetoencephalograph (MEG) wat lijkt op EEG en meet de
elektrische activiteit in onze hersenen. Waar MEG verschilt van EEG is dat het uitstekende
werkt in de temporale ruimte.
Nog een methode is het gebruik van een PET scan, een positron-emission tomography. Dit
soort scan geeft een afbeelding van hoogwaardige kwaliteit door het te kijken naar de
uitstraling van radioactief materiaal wat ingespoten is bij iemand. De persoon krijgt eerst
een radioactieve glucose injectie of iets wat daar op lijkt. Wanneer een radioactieve atoom
sterft, geeft het door een bepaald proces een gammastraling af die op te pikken is door een
speciale scanner. De scanner calculeert vervolgens de plekken in de hersenen waar de
meeste radioactieve straling zich bevindt, wat dus de plek is waar de meeste activiteit
plaatsvindt. Een nadeel van PET is dat je de hersenen moet blootstellen aan radioactief
materiaal wat niet iedereen een fijn idee vindt. Daarom is er steeds vaker wordt PET
vervangen door fMRI.
Met fMRI meet je fluctuaties in de hoeveelheid zuurstof in het bloed. Bij zuurstofarm bloed
veroorzaak je zelf minder signaal en pikt de magneet het dus op. Zuurstofrijk bloed heeft
