Hoorcollege 1 - EEG
12-1-2024
Afbeelding neuroimaging technieken: SPECT en TMS staan hier niet op.
Blauw: technieken die we niet gaan bespreken.
Gekleurd/dikke omlijning: gaan we uitgebreid bespreken.
Gekleurd/dunne omlijning: gaan we kort bespreken.
Er zijn twee manieren waarop het brein in beeld kan worden gebracht;
1. Structureel: kijken naar de witte en grijze stof, hoe zit het brein qua structuren in
elkaar? Met structurele MRI kan je goed onderscheidt maken tussen de witte en
grijze stof. Wil je kijken naar de witte stofbanen? Dan kun je diffusion tensor imaging
(DTI) gebruiken.
2. Functioneel: kijken naar de activiteitspatronen. De activiteit kan direct of indirect
worden gemeten. Directe activiteit wordt gemeten aan de hand van elektrische en
magnetische signalen. Indirecte activiteit (hemodynamisch) wordt gemeten aan de
hand van veranderingen in de bloedtoevoer. EEG en MEG meten directe activiteit.
PET, fMRI en NIRS meten indirecte activiteit.
Invasieve technieken (technieken waarbij de schedel van het brein wordt doordrongen met
bijvoorbeeld een naald) kijken eveneens naar de activiteit van het brein. De elektroden zijn
bij deze techniek direct geplaatst op het brein zelf in plaats van op de schedel.
Functionele MRI meet de indirecte activiteit van het brein, het meet het zuurstofgehalte in
het bloed. PET is eveneens zo’n methode, hierbij kijk je niet naar de elektrische activiteit
maar meer naar de bijproducten (bijvoorbeeld het glucosegehalte). fNIRS is een soort
combinatie van EEG en MRI.
Wat is activiteit in het brein?
- Hersenactiviteit wordt gedefinieerd als de activiteit van neuronen.
- Neuronen genereren elektrische energie welke wordt gemeten met EEG, MEG en
cell-recording.
1
,In het brein maken we onderscheidt tussen de grijze & witte stof.
Witte stof = vormt verbindingen tussen de zenuwcellen wat nodig is voor de communicatie
en de informatieoverdracht.
Grijze stof = hier wordt de informatie verwerkt. De grijze stof bevat het cellichaam, de axon
en de dendrieten van de zenuwcel.
De grijze stof kan worden opgedeeld in zes verschillende lagen: hierbij ligt laag 1 het meest
aan het oppervlak en laag 6 het meest diep. De lagen bevatten verschillende neuronen of
verschillende delen van cellen. In laag 6 van de grijze stof (de multiforme laag) liggen de
piramidale cellen.
Piramidale cellen: een type neuron met een piramidevormig cellichaam. Piramidale cellen
zijn het meest voorkomende hersenceltype en zijn belangrijk voor informatie-uitwisseling en
opslag in de hersengebieden.
Presynaptisch neuron (het neuron dat een signaal afgeeft) en postsynaptisch neuron
(het neuron dat het signaal ontvangt).
In het dendriet wordt het signaal ontvangen, het signaal wordt vervolgens in het cellichaam
verwerkt en over de axon vervoert waarna het signaal wordt doorgegeven aan een volgend
neuron. Een neuron kan zowel pre- als postsynaptisch zijn; het ontvangt een signaal aan de
voorkant bij het dendriet (presynaptisch) waarna het signaal wordt doorgegeven aan het
volgende neuron via de axon (postsynaptisch).
Bij een toename in activiteit hebben de neuronen meer zuurstof en glucose nodig (hetzelfde
geldt voor de spieren wanneer je intensief aan het sporten bent → verbranding). De reactie
dat er meer zuurstofrijk bloed en glucose naar de neuronen stroomt bij meer activiteit wordt
een hemodynamische response genoemd. Een toename in de hoeveelheid glucose en
zuurstof zijn de indirecte producten van hersenactiviteit.
➔ De hemodynamische response kan worden gemeten met fMRI en PET.
2
,Hemodynamische response
fMRI vs. PET
fMRI maakt geen gebruik van radioactiviteit.
PET maakt gebruik van radioactiviteit (bij PET wordt er een radioactieve vloeistof in de
bloedbaan gebracht).
fMRI is nauwkeuriger; heeft een hogere spatiële resolutie (nauwkeurigheid in ruimte) en
hogere temporale resolutie (nauwkeurigheid in tijd; hoe snel je kan meten) dan PET.
Spatiële resolutie: fMRI → mm, PET → cm
Temporele resolutie: fMRI → secondes, PET → minuten
Nadelen fMRI
- Het maakt veel geluid; dit is een knerpend geluid dat wordt veroorzaakt door
wisselingen in de gradiëntspoelen. De spoelen worden tijdens de scan aan- en
uitgezet in verschillende richtingen wat zorgt voor verschillende geluidsgolven.
- Niet iedereen kan in een MRI-scanner. Iemand met een pacemaker, methaan of
metale implantaten in zijn lijf kan door de magnetische eigenschappen van een
MRI-scanner niet in de scanner. Dit zou grote lichamelijke schade kunnen opleveren.
PET heeft geen magnetische eigenschappen waardoor deze limitatie bij een
PET-scan geen rol speelt.
- Susceptibility artifacts: dit zijn artefacten die signaalveranderingen teweeg brengen
door inhomogeniteiten in het magnetisch veld. Zo’n verandering het magnetisch veld
ontstaat bijvoorbeeld wanneer er metaal in de buurt is, maar bijvoorbeeld ook holten
van het lichaam zorgen voor een shift in het magnetisch veld. Zo kan de holte een
vloeistof bevatten met magnetische eigenschappen.
Nadelen PET
- PET wordt, in vergelijking met fMRI minder ingezet bij farmacologische studies. Dit
betekent niet dat je met PET-geen farmacologisch studies zou kunnen uitvoeren!
PET is zowel geschikt voor klinische als farmacologische studies.
- PET is een dure techniek en wordt daardoor minder vaak ingezet.
- Hoge stralingsbelasting + er wordt een radioactieve stof in het lichaam gebracht. Een
teveel aan radioactief materiaal kan schade brengen aan het lichaam.
3
, Wat doet PET?
Met PET breng je een radioactief stofje, oxygen 15, met een naald in de bloedbaan van het
brein. De radioactieve stof koppelt zich vervolgens aan een lichaamseigen stof, in dit geval
water. Wanneer er in breinweefsel een toename in activiteit is, dan zal er meer bloed naar dit
weefsel stromen. Dit is gerelateerd aan de hemodynamische response. Op deze manier
komt de radioactieve stof eveneens bij dit weefsel terecht. Hoe meer activiteit er is, des te
meer radioactieve stof er naar het weefsel toe stroomt.
Na een tijdje wordt het radioactief materiaal instabiel waardoor deze zich splitst positronen.
Als een positron en elektron met elkaar botsen, dan ontstaan er gamma-stralen. Een
andere benaming voor deze gamma-stralen zijn fotonen. Gamma-stralen gaan overal
doorheen en staan loodrecht op elkaar. Een PET-scan detecteert waar de gamma-stralen uit
elkaar gaan. Met een PET-scan krijg je meer kennis over waar het signaal in het brein
vandaan komt (de locatie) en sus waar er sprake is van verhoogde activiteit. Ook kan PET
worden gebruikt bij het detecteren van hersenbeschadiging of cognitief onderzoek.
Naast oxygen 15, die zich koppelt aan water in het bloed, is er nog een andere radioactieve
stof die kan worden ingebracht. Fluorodeoxyglucose koppelt zich aan glucose in het bloed.
De radioactieve stof fluorodeoxyglucose koppelt zich aan de lichaamseigen stof glucose.
Een PET-scan met deze radioactieve stof brengt de glucose reuptake in kaart. Bij tumoren
en beroertes is er meer opname van glucose; glucose metabolisme. Een PET-scan kan
beschadigd weefsel lokaliseren. Ook neurotransmitters verbruiken glucose.
Cell-recording
- Meest invasieve techniek welke enkel wordt gebruikt bij dieren. Bij cell-recording
wordt een elektrode in een piramidale cel ingebracht.
- Deze meet de spiking rate bij axonen (presynaptische activiteit).
Cell recording is invasief en meet directe activiteit. Er zijn twee soorten cell-recording; single
cell recordings (= de naald wordt gestoken in een enkele piramidale cel bij de axonen,
zodat de activiteit van 1 actiepotentiaal kan worden gemeten). Dit lukt vaak niet, de cel gaat
4
12-1-2024
Afbeelding neuroimaging technieken: SPECT en TMS staan hier niet op.
Blauw: technieken die we niet gaan bespreken.
Gekleurd/dikke omlijning: gaan we uitgebreid bespreken.
Gekleurd/dunne omlijning: gaan we kort bespreken.
Er zijn twee manieren waarop het brein in beeld kan worden gebracht;
1. Structureel: kijken naar de witte en grijze stof, hoe zit het brein qua structuren in
elkaar? Met structurele MRI kan je goed onderscheidt maken tussen de witte en
grijze stof. Wil je kijken naar de witte stofbanen? Dan kun je diffusion tensor imaging
(DTI) gebruiken.
2. Functioneel: kijken naar de activiteitspatronen. De activiteit kan direct of indirect
worden gemeten. Directe activiteit wordt gemeten aan de hand van elektrische en
magnetische signalen. Indirecte activiteit (hemodynamisch) wordt gemeten aan de
hand van veranderingen in de bloedtoevoer. EEG en MEG meten directe activiteit.
PET, fMRI en NIRS meten indirecte activiteit.
Invasieve technieken (technieken waarbij de schedel van het brein wordt doordrongen met
bijvoorbeeld een naald) kijken eveneens naar de activiteit van het brein. De elektroden zijn
bij deze techniek direct geplaatst op het brein zelf in plaats van op de schedel.
Functionele MRI meet de indirecte activiteit van het brein, het meet het zuurstofgehalte in
het bloed. PET is eveneens zo’n methode, hierbij kijk je niet naar de elektrische activiteit
maar meer naar de bijproducten (bijvoorbeeld het glucosegehalte). fNIRS is een soort
combinatie van EEG en MRI.
Wat is activiteit in het brein?
- Hersenactiviteit wordt gedefinieerd als de activiteit van neuronen.
- Neuronen genereren elektrische energie welke wordt gemeten met EEG, MEG en
cell-recording.
1
,In het brein maken we onderscheidt tussen de grijze & witte stof.
Witte stof = vormt verbindingen tussen de zenuwcellen wat nodig is voor de communicatie
en de informatieoverdracht.
Grijze stof = hier wordt de informatie verwerkt. De grijze stof bevat het cellichaam, de axon
en de dendrieten van de zenuwcel.
De grijze stof kan worden opgedeeld in zes verschillende lagen: hierbij ligt laag 1 het meest
aan het oppervlak en laag 6 het meest diep. De lagen bevatten verschillende neuronen of
verschillende delen van cellen. In laag 6 van de grijze stof (de multiforme laag) liggen de
piramidale cellen.
Piramidale cellen: een type neuron met een piramidevormig cellichaam. Piramidale cellen
zijn het meest voorkomende hersenceltype en zijn belangrijk voor informatie-uitwisseling en
opslag in de hersengebieden.
Presynaptisch neuron (het neuron dat een signaal afgeeft) en postsynaptisch neuron
(het neuron dat het signaal ontvangt).
In het dendriet wordt het signaal ontvangen, het signaal wordt vervolgens in het cellichaam
verwerkt en over de axon vervoert waarna het signaal wordt doorgegeven aan een volgend
neuron. Een neuron kan zowel pre- als postsynaptisch zijn; het ontvangt een signaal aan de
voorkant bij het dendriet (presynaptisch) waarna het signaal wordt doorgegeven aan het
volgende neuron via de axon (postsynaptisch).
Bij een toename in activiteit hebben de neuronen meer zuurstof en glucose nodig (hetzelfde
geldt voor de spieren wanneer je intensief aan het sporten bent → verbranding). De reactie
dat er meer zuurstofrijk bloed en glucose naar de neuronen stroomt bij meer activiteit wordt
een hemodynamische response genoemd. Een toename in de hoeveelheid glucose en
zuurstof zijn de indirecte producten van hersenactiviteit.
➔ De hemodynamische response kan worden gemeten met fMRI en PET.
2
,Hemodynamische response
fMRI vs. PET
fMRI maakt geen gebruik van radioactiviteit.
PET maakt gebruik van radioactiviteit (bij PET wordt er een radioactieve vloeistof in de
bloedbaan gebracht).
fMRI is nauwkeuriger; heeft een hogere spatiële resolutie (nauwkeurigheid in ruimte) en
hogere temporale resolutie (nauwkeurigheid in tijd; hoe snel je kan meten) dan PET.
Spatiële resolutie: fMRI → mm, PET → cm
Temporele resolutie: fMRI → secondes, PET → minuten
Nadelen fMRI
- Het maakt veel geluid; dit is een knerpend geluid dat wordt veroorzaakt door
wisselingen in de gradiëntspoelen. De spoelen worden tijdens de scan aan- en
uitgezet in verschillende richtingen wat zorgt voor verschillende geluidsgolven.
- Niet iedereen kan in een MRI-scanner. Iemand met een pacemaker, methaan of
metale implantaten in zijn lijf kan door de magnetische eigenschappen van een
MRI-scanner niet in de scanner. Dit zou grote lichamelijke schade kunnen opleveren.
PET heeft geen magnetische eigenschappen waardoor deze limitatie bij een
PET-scan geen rol speelt.
- Susceptibility artifacts: dit zijn artefacten die signaalveranderingen teweeg brengen
door inhomogeniteiten in het magnetisch veld. Zo’n verandering het magnetisch veld
ontstaat bijvoorbeeld wanneer er metaal in de buurt is, maar bijvoorbeeld ook holten
van het lichaam zorgen voor een shift in het magnetisch veld. Zo kan de holte een
vloeistof bevatten met magnetische eigenschappen.
Nadelen PET
- PET wordt, in vergelijking met fMRI minder ingezet bij farmacologische studies. Dit
betekent niet dat je met PET-geen farmacologisch studies zou kunnen uitvoeren!
PET is zowel geschikt voor klinische als farmacologische studies.
- PET is een dure techniek en wordt daardoor minder vaak ingezet.
- Hoge stralingsbelasting + er wordt een radioactieve stof in het lichaam gebracht. Een
teveel aan radioactief materiaal kan schade brengen aan het lichaam.
3
, Wat doet PET?
Met PET breng je een radioactief stofje, oxygen 15, met een naald in de bloedbaan van het
brein. De radioactieve stof koppelt zich vervolgens aan een lichaamseigen stof, in dit geval
water. Wanneer er in breinweefsel een toename in activiteit is, dan zal er meer bloed naar dit
weefsel stromen. Dit is gerelateerd aan de hemodynamische response. Op deze manier
komt de radioactieve stof eveneens bij dit weefsel terecht. Hoe meer activiteit er is, des te
meer radioactieve stof er naar het weefsel toe stroomt.
Na een tijdje wordt het radioactief materiaal instabiel waardoor deze zich splitst positronen.
Als een positron en elektron met elkaar botsen, dan ontstaan er gamma-stralen. Een
andere benaming voor deze gamma-stralen zijn fotonen. Gamma-stralen gaan overal
doorheen en staan loodrecht op elkaar. Een PET-scan detecteert waar de gamma-stralen uit
elkaar gaan. Met een PET-scan krijg je meer kennis over waar het signaal in het brein
vandaan komt (de locatie) en sus waar er sprake is van verhoogde activiteit. Ook kan PET
worden gebruikt bij het detecteren van hersenbeschadiging of cognitief onderzoek.
Naast oxygen 15, die zich koppelt aan water in het bloed, is er nog een andere radioactieve
stof die kan worden ingebracht. Fluorodeoxyglucose koppelt zich aan glucose in het bloed.
De radioactieve stof fluorodeoxyglucose koppelt zich aan de lichaamseigen stof glucose.
Een PET-scan met deze radioactieve stof brengt de glucose reuptake in kaart. Bij tumoren
en beroertes is er meer opname van glucose; glucose metabolisme. Een PET-scan kan
beschadigd weefsel lokaliseren. Ook neurotransmitters verbruiken glucose.
Cell-recording
- Meest invasieve techniek welke enkel wordt gebruikt bij dieren. Bij cell-recording
wordt een elektrode in een piramidale cel ingebracht.
- Deze meet de spiking rate bij axonen (presynaptische activiteit).
Cell recording is invasief en meet directe activiteit. Er zijn twee soorten cell-recording; single
cell recordings (= de naald wordt gestoken in een enkele piramidale cel bij de axonen,
zodat de activiteit van 1 actiepotentiaal kan worden gemeten). Dit lukt vaak niet, de cel gaat
4
