Samenvatting literatuur voor tentamen 18-05
LITERATUUR HERSENONTWIKKELING: GEDRAG EN
LEREN. TYPISCHE EN ATYPISCHE ONTWIKKELING.
Educational Neuroscience, Mareschal, Butterworth & Tolmie
Chapter 1, 2, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 11, 12
CHAPTER 1: INTRODUCTION (P. 1-12)
Educational neuroscience is een combinatie tussen de velden onderwijs, psychologie en neuroscience met als
doel het verbeteren van leren. De te beantwoorden vragen zijn als volgt: wat zijn de bronnen voor individuele
verschillen in leren (1) en wat is de optimale context om te leren (2)?
Een mogelijk probleem in de ontwikkeling van educational neuroscience is het maken van een vertaling van
de wetenschap naar een in de praktijk te brengen idee. Hierin zijn vele groep betrokken zoals leraren,
administratoren, politici. Dit is vergelijkbaar met hoe de publieke gezondheid sector dit heeft gedaan jaren
geleden toen cholera uitbrak in London, uit onderzoek bleek namelijk dat dit kwam door vervuild water. Door
een multidisciplinaire samenwerking is dit toen opgelost. Voordat educational neuroscience zover is, moet er
een algehele consensus worden ontwikkeld over hoe er wordt geleerd, zover zijn we vandaag de dag nog niet.
CHAPTER 2: NEUROIMAGING METHODS (P.13 -45)
Electroencephalography (EEG) en Event-Related Potentials (ERP)
EEG en ERP zijn momenteel de meeste gebruikte methodes voor het onderzoeken van sensorische, aandachts-
en cognitieve processen. Bij EEG wordt er gebruik gemaakt van elektrodes die op verschillende delen van het
hoofd worden geplaatst, als neuronen vuren ontstaat er namelijk een ladingsverschil en op die manier kan met
de elektrodes hersenactiviteit worden gemeten. Verschillende stadia van oplettendheid hebben geleid tot
algemene brain waves waarbij een bepaalde frequentie staat voor de hoeveelheid aandacht iemand heeft. Bij
ERP wordt er daarentegen gekeken naar een gemiddelde van de EEG op een bepaalde electrode als gevolg van
het verwerken van een stimulus. Een ERP signaal wordt meestal weergegeven als een verandering in het
voltage, waarbij de verschillen worden gelinkt aan specifieke sensorische of cognitieve events (ERP
components) bijvoorbeeld N30 voor een negatieve piek op 30 milliseconde. De amplitude, latentie en
verdeling van deze componenten zeggen iets over het neurale systeem van een cognitief proces. Zoals
bijvoorbeeld hoe de hersenen reageren op het zien van blije of boze plaatjes.
Een voordeel van ERP is dat het een meting is die gaat over iets simpels zoals het kijken naar een stimulus. Dit
is handig als men met kinderen werkt, aangezien die zo makkelijk mee kunnen werken. Een ander voordeel is
dat er geen begrip voor nodig is, bijvoorbeeld bij het bestuderen van zinnen. Als derde, reflecteert ERP
hersenactiviteit gedurende een langere tijd van cognitieve processen. Ook kan het over een heel leven veilig
worden gemeten en vergelijken. Als vijfde, het belangrijkste voordeel is dat het een hele precieze tijdsmeting
is. Echter zijn er ook limitatie ’s aan ERPs. Zo hebben ze een hele slechte spatiele resolutie. Ook is de precieze
betekenis van de ERP signalen nog niet geheel achterhaald, aangezien het vooral hersenactiviteit rondom de
schedel meet (maar wat betekent dit dan?).
Near-infrared Spectroscopy (NIRS)
NIRS heeft als basis het verschil in lokale hemoglobine concentraties, aangezien neuronen die vuren zuurstof
en dus bloed nodig hebben. Het is een niet invasieve methode, waarbij geen geluid wordt gemaakt en je niet
compleet stil hoeft te liggen en daarom zeer geschikt voor kinderen. De hemoglobine-concentraties kunnen
worden gemeten doormiddel van licht. NIRS heeft ook een functional variant vergelijkbaar met fMRI, ze meten
, Samenvatting literatuur voor tentamen 18-05
hetzelfde maar fNIRS heeft een betere temporele resolutie (en minder goede spatiele resolutie). fNIRS wordt
bijvoorbeeld gebruikt om gezichtsherkenning te bestuderen.
Magnetic Resonance Imaging (MRI)
MRI is de best ontwikkelde en meeste gebruikte manier om een afbeelding te krijgen van de hersenactiviteit.
Het is veilig en kan worden gebruik op kinderen, het is snel en niet invasief. Een MRI scanner maakt gebruik van
een magnetisch veld om de protonen van verschillende hersentissues te meten. Ook kan dit systeem worden
gebruikt om te kijken waar een bepaald signaal vandaan komt. Er zijn drie types MRI: structural MRI,
functional MRI (fMRI) en diffusion-tensor imaging (DTI). De structural MRI geeft een soort foto van een
doorsnede van de hersenen en wordt bijvoorbeeld gebruikt om te kijken naar de hoeveelheid white (axons) en
grey (neuronale lichamen, glial cellen en dendrieten) matter. De fMRI is daartegen een videobeeld waarbij
neurale activiteit gedurende secondes tot minuten kan worden weergegeven. fMRI is afhankelijk van het BOLD
signaal (blood oxygen level dependent). Het maakt gebruik van de ratio zuurstofrijk en zuurstof arm bloed als
een indirecte meting van hersenactiviteit. Zuurstofarm of zuurstofrijk bloed bevat verschillende vormen van
hemoglobine die opgepikt kunnen worden door de MR stralen waardoor er een beeld kan worden gevormd. Bij
diffusion-tensor imaging wordt gebruik gemaakt van de waterverdeling in de hersenen. Waarbij de aannames
worden gemaakt dat water zich random verdeeld en dat de verdeling water anders is in white matter dan in
grey matter. Bij DTI wordt de locatie en oriëntatie van het white matter weergegeven.
MRI is echter wel een veel duurdere optie om hersenactiviteit te meten en is minder geschikt voor kinderen
omdat het een enger apparaat is dat veel geluid maakt. Ook moet je voor minimaal 5 minuut compleet stil
liggen, wat voor kinderen natuurlijk ook een hele opgave is. MRI technieken bieden echter wel heel veel
informatie en er is ook al veel onderzoek mee gedaan naar bijvoorbeeld de ontwikkeling van grey en white
matter.
Andere technieken
Een andere veel gebruikte techniek om een beeld te creëren van hersenactiviteit is MEG, wat erg lijkt op EEG.
Ook wordt er gebruik gemaakt van PET, wat een invasieve manier is. Deze technieken worden nauwelijks
gebruikt voor onderzoek naar de ontwikkeling van de hersenen.
, Samenvatting literatuur voor tentamen 18-05
VERTES AND BULLMORE, ANNUAL RESEARCH REVIEW: GROWTH CONNECTOMICS – THE
ORGANIZATION AND REORGANIZATION OF BRAIN NETWORKS DURING NORMAL AND
ABNORMAL DEVELOPMENT (P. 299 -320)
Introductie
Tijdens de periode geboorte tot begin volwassenheid (ong. 25 jaar) ontwikkelt het brein zich enorm. De vraag
is of deze hersenontwikkeling gelinkt kan worden aan de ontwikkeling van psychiatrische ziektes in de jeugd en
adolescentie. Tijdens deze periode vindt namelijk een reorganisatie van hersenstructuren plaats waarbij white
matter en meyline schedes zich sterk ontwikkelen en zo ook ‘higher-order’ cognitieve processen zich
ontwikkelen als plannen, probleem oplossen en werkgeheugen.
Achtergrond en bereik
Graph theoretical models van hersennetwerken worden gebruikt in growth connection studies die gaan over
hoe netwerken in het brein zijn verdeeld. Deze netwerkjes kunnen worden gezien als verbindingen tussen
neuronen in het brein die ergens overgaan. Een voorbeeld hiervan wat iedereen wel kent is de hubs die
voorkomen in complexe netwerken en worden gezien als verdikkingen ontstaan door rijke verbindingen tussen
hersengebieden of tussen belangrijke neuronen. Deze hubs zijn waarschijnlijk hiërarchisch ingedeeld, waarbij
de belangrijkste hubs de meeste verbindingen hebben. Een ander fenomeen wat men terug ziet in het brein is
topologie waarbij het brein op dezelfde manier is ingedeeld als de corresponderende neuronen. Een
voorbeeld, de smaakpapillen op onze tong zitten altijd op een bepaalde volgorde en diezelfde volgorde is terug
te vinden in het brein. Over het algemeen wordt gevonden dat deze topologische connecties en rijke hub
connecties leiden tot beter IQ en beter functioneren in de ‘higher-order’ cognitieve processen wat dus wil
zeggen dat een betere brein organisatie zou leiden tot beter functioneren.
Normatieve ontwikkeling van hersennetwerken
• Marco Anatomische Netwerken
Grote schaal anatomische netwerken beschrijven de verbindingen van het gehele brein of een groot
deel ervan, door middel van verbindingen tussen corticale en subcorticale regio’s die worden
verbonden door white matter tracts. Uit DTI onderzoek blijkt dat een groot deel van deze
verbindingen al aanwezig is vanaf de geboorte. Er wordt gedacht dat deze verbindingen verder
LITERATUUR HERSENONTWIKKELING: GEDRAG EN
LEREN. TYPISCHE EN ATYPISCHE ONTWIKKELING.
Educational Neuroscience, Mareschal, Butterworth & Tolmie
Chapter 1, 2, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 11, 12
CHAPTER 1: INTRODUCTION (P. 1-12)
Educational neuroscience is een combinatie tussen de velden onderwijs, psychologie en neuroscience met als
doel het verbeteren van leren. De te beantwoorden vragen zijn als volgt: wat zijn de bronnen voor individuele
verschillen in leren (1) en wat is de optimale context om te leren (2)?
Een mogelijk probleem in de ontwikkeling van educational neuroscience is het maken van een vertaling van
de wetenschap naar een in de praktijk te brengen idee. Hierin zijn vele groep betrokken zoals leraren,
administratoren, politici. Dit is vergelijkbaar met hoe de publieke gezondheid sector dit heeft gedaan jaren
geleden toen cholera uitbrak in London, uit onderzoek bleek namelijk dat dit kwam door vervuild water. Door
een multidisciplinaire samenwerking is dit toen opgelost. Voordat educational neuroscience zover is, moet er
een algehele consensus worden ontwikkeld over hoe er wordt geleerd, zover zijn we vandaag de dag nog niet.
CHAPTER 2: NEUROIMAGING METHODS (P.13 -45)
Electroencephalography (EEG) en Event-Related Potentials (ERP)
EEG en ERP zijn momenteel de meeste gebruikte methodes voor het onderzoeken van sensorische, aandachts-
en cognitieve processen. Bij EEG wordt er gebruik gemaakt van elektrodes die op verschillende delen van het
hoofd worden geplaatst, als neuronen vuren ontstaat er namelijk een ladingsverschil en op die manier kan met
de elektrodes hersenactiviteit worden gemeten. Verschillende stadia van oplettendheid hebben geleid tot
algemene brain waves waarbij een bepaalde frequentie staat voor de hoeveelheid aandacht iemand heeft. Bij
ERP wordt er daarentegen gekeken naar een gemiddelde van de EEG op een bepaalde electrode als gevolg van
het verwerken van een stimulus. Een ERP signaal wordt meestal weergegeven als een verandering in het
voltage, waarbij de verschillen worden gelinkt aan specifieke sensorische of cognitieve events (ERP
components) bijvoorbeeld N30 voor een negatieve piek op 30 milliseconde. De amplitude, latentie en
verdeling van deze componenten zeggen iets over het neurale systeem van een cognitief proces. Zoals
bijvoorbeeld hoe de hersenen reageren op het zien van blije of boze plaatjes.
Een voordeel van ERP is dat het een meting is die gaat over iets simpels zoals het kijken naar een stimulus. Dit
is handig als men met kinderen werkt, aangezien die zo makkelijk mee kunnen werken. Een ander voordeel is
dat er geen begrip voor nodig is, bijvoorbeeld bij het bestuderen van zinnen. Als derde, reflecteert ERP
hersenactiviteit gedurende een langere tijd van cognitieve processen. Ook kan het over een heel leven veilig
worden gemeten en vergelijken. Als vijfde, het belangrijkste voordeel is dat het een hele precieze tijdsmeting
is. Echter zijn er ook limitatie ’s aan ERPs. Zo hebben ze een hele slechte spatiele resolutie. Ook is de precieze
betekenis van de ERP signalen nog niet geheel achterhaald, aangezien het vooral hersenactiviteit rondom de
schedel meet (maar wat betekent dit dan?).
Near-infrared Spectroscopy (NIRS)
NIRS heeft als basis het verschil in lokale hemoglobine concentraties, aangezien neuronen die vuren zuurstof
en dus bloed nodig hebben. Het is een niet invasieve methode, waarbij geen geluid wordt gemaakt en je niet
compleet stil hoeft te liggen en daarom zeer geschikt voor kinderen. De hemoglobine-concentraties kunnen
worden gemeten doormiddel van licht. NIRS heeft ook een functional variant vergelijkbaar met fMRI, ze meten
, Samenvatting literatuur voor tentamen 18-05
hetzelfde maar fNIRS heeft een betere temporele resolutie (en minder goede spatiele resolutie). fNIRS wordt
bijvoorbeeld gebruikt om gezichtsherkenning te bestuderen.
Magnetic Resonance Imaging (MRI)
MRI is de best ontwikkelde en meeste gebruikte manier om een afbeelding te krijgen van de hersenactiviteit.
Het is veilig en kan worden gebruik op kinderen, het is snel en niet invasief. Een MRI scanner maakt gebruik van
een magnetisch veld om de protonen van verschillende hersentissues te meten. Ook kan dit systeem worden
gebruikt om te kijken waar een bepaald signaal vandaan komt. Er zijn drie types MRI: structural MRI,
functional MRI (fMRI) en diffusion-tensor imaging (DTI). De structural MRI geeft een soort foto van een
doorsnede van de hersenen en wordt bijvoorbeeld gebruikt om te kijken naar de hoeveelheid white (axons) en
grey (neuronale lichamen, glial cellen en dendrieten) matter. De fMRI is daartegen een videobeeld waarbij
neurale activiteit gedurende secondes tot minuten kan worden weergegeven. fMRI is afhankelijk van het BOLD
signaal (blood oxygen level dependent). Het maakt gebruik van de ratio zuurstofrijk en zuurstof arm bloed als
een indirecte meting van hersenactiviteit. Zuurstofarm of zuurstofrijk bloed bevat verschillende vormen van
hemoglobine die opgepikt kunnen worden door de MR stralen waardoor er een beeld kan worden gevormd. Bij
diffusion-tensor imaging wordt gebruik gemaakt van de waterverdeling in de hersenen. Waarbij de aannames
worden gemaakt dat water zich random verdeeld en dat de verdeling water anders is in white matter dan in
grey matter. Bij DTI wordt de locatie en oriëntatie van het white matter weergegeven.
MRI is echter wel een veel duurdere optie om hersenactiviteit te meten en is minder geschikt voor kinderen
omdat het een enger apparaat is dat veel geluid maakt. Ook moet je voor minimaal 5 minuut compleet stil
liggen, wat voor kinderen natuurlijk ook een hele opgave is. MRI technieken bieden echter wel heel veel
informatie en er is ook al veel onderzoek mee gedaan naar bijvoorbeeld de ontwikkeling van grey en white
matter.
Andere technieken
Een andere veel gebruikte techniek om een beeld te creëren van hersenactiviteit is MEG, wat erg lijkt op EEG.
Ook wordt er gebruik gemaakt van PET, wat een invasieve manier is. Deze technieken worden nauwelijks
gebruikt voor onderzoek naar de ontwikkeling van de hersenen.
, Samenvatting literatuur voor tentamen 18-05
VERTES AND BULLMORE, ANNUAL RESEARCH REVIEW: GROWTH CONNECTOMICS – THE
ORGANIZATION AND REORGANIZATION OF BRAIN NETWORKS DURING NORMAL AND
ABNORMAL DEVELOPMENT (P. 299 -320)
Introductie
Tijdens de periode geboorte tot begin volwassenheid (ong. 25 jaar) ontwikkelt het brein zich enorm. De vraag
is of deze hersenontwikkeling gelinkt kan worden aan de ontwikkeling van psychiatrische ziektes in de jeugd en
adolescentie. Tijdens deze periode vindt namelijk een reorganisatie van hersenstructuren plaats waarbij white
matter en meyline schedes zich sterk ontwikkelen en zo ook ‘higher-order’ cognitieve processen zich
ontwikkelen als plannen, probleem oplossen en werkgeheugen.
Achtergrond en bereik
Graph theoretical models van hersennetwerken worden gebruikt in growth connection studies die gaan over
hoe netwerken in het brein zijn verdeeld. Deze netwerkjes kunnen worden gezien als verbindingen tussen
neuronen in het brein die ergens overgaan. Een voorbeeld hiervan wat iedereen wel kent is de hubs die
voorkomen in complexe netwerken en worden gezien als verdikkingen ontstaan door rijke verbindingen tussen
hersengebieden of tussen belangrijke neuronen. Deze hubs zijn waarschijnlijk hiërarchisch ingedeeld, waarbij
de belangrijkste hubs de meeste verbindingen hebben. Een ander fenomeen wat men terug ziet in het brein is
topologie waarbij het brein op dezelfde manier is ingedeeld als de corresponderende neuronen. Een
voorbeeld, de smaakpapillen op onze tong zitten altijd op een bepaalde volgorde en diezelfde volgorde is terug
te vinden in het brein. Over het algemeen wordt gevonden dat deze topologische connecties en rijke hub
connecties leiden tot beter IQ en beter functioneren in de ‘higher-order’ cognitieve processen wat dus wil
zeggen dat een betere brein organisatie zou leiden tot beter functioneren.
Normatieve ontwikkeling van hersennetwerken
• Marco Anatomische Netwerken
Grote schaal anatomische netwerken beschrijven de verbindingen van het gehele brein of een groot
deel ervan, door middel van verbindingen tussen corticale en subcorticale regio’s die worden
verbonden door white matter tracts. Uit DTI onderzoek blijkt dat een groot deel van deze
verbindingen al aanwezig is vanaf de geboorte. Er wordt gedacht dat deze verbindingen verder
