Samenvatting Cognitive
Neuropsychology
Hoorcollege 1: Introductie
Rest depolarization repolarisation hyperpolarisation rest
Richting van effect op post-synaps neurotransmitter afhankelijk.
Signaal is samenvatting van het level van de input (relatieve mate excitatoire en inhiberende input).
Voldoende excitatoire actiepotentiaal.
Signaal description
Sinusoidal oscillation (sinus) is simpelste signaal. Oscillators that produce an output having a sine
waveform.
Frequentie: mate van verandering van signal (tijd volledige cyclus voltooid).
1 Hz: 1 cyclus duurt 1 sec. biologische signalen nooit maar één frequentie
(alleen pure tonen). In natuur frequentie componenten. Elk component
bepaald door 3 parameters:
1. Frequentie
2. Amplitude: hoeveel gaat het op en neer
3. Phase: wanneer gaat het op en neer
Frequentiespectrum gemeten bereikt van frequenties.
Hoogste frequentie beperkt door samplin frequency (hoe vaak signaal gemeten wordt). Kunt enkel
fluctuaties vastleggen van 0.5xsampling frequency.
Sampling frequency = 100Hz (elke 10 ms sample) niet bruikbaar voor experiment waar
actiepotentialen maar 1-2 ms duren. Tijdspunten dichter bij elkaar hogere frequentie meten.
Laagste frequentie beperkt door hoe lang signaal gemeten wordt. Als signaal 3 sec nodig heeft om
cyclus voltooien 1 sec meten niet genoeg.
Signaal meten voor 2 sec bij hoge sampling frequency 0.5 Hz frequentie componenten mogelijk
om meten, maar niet lager. (1/aantal sec meten)
Filteren verzwakken/dempen/uitsluiten bepaald deel van gemeten frequencyspectrum. 3 types:
1. Low-pass filtering aka smoothing: lagere/langzame frequencies onveranderd, hogere/snelle
verzwakt of verwijderd. Low komt erdoor.
2. High-pass filtering: hogere frequencies onveranderd, lagere eruit. High komt erdoor.
3. Band-pass filtering: enkel bepaald bereik kan erdoorheen. Alle frequencies buiten band
worden eruit gehaald.
Spectogram: matrix die sterkte elk signaalcomponent op elk tijdsmoment aangeeft.
Molecular and hemodynamic signals
Hemodynamics: bloedtoevoer wordt aangepast aan energiebehoeften op een bepaald moment en
verandert dus over tijd. Meer energiebehoefte hogere bloedtoevoer. Bruikbaar voor fMRI signaal.
Energy consumption
Elektrofysiologische gebeurtenissen vereisen energie. Amplitude potentiaalverschillen beste
voorspeller energieconsumptie (actiepotentiaal = passief proces).
,Herstellen rustpotentiaal is wel actief proces (kost energie). energieconsumptie neuron correleren
met # actiepotentialen. Pre en post synaptische factoren ook actief proces. Exacte energieverdeling
van verschillende processen kan variëren (over soorten/neuron type/ situatie).
Maps in the brain
Clustering
Niet-invasieve methoden single neuron resolutie. Zelfs methoden met hoogste spatiele resolutie
gemiddeld signaal vanuit veel neuronen.
Clustering: neiging neuron met zelfde functionele eigenschap om fysiek dicht bij elkaar te zitten.
Meer clustering meer het gemiddelde signaal van neuronen samen correspondeert met signaal
individuele neuronen (hoe beter signaal). Gevoeligheid niet-invasieve methode afhankelijk van
hoeveelheid aanwezige clustering. Clustering op verschillende schalen:
A. System: kan groot deel van cortex innemen. Visueel systeem
B. Area: visuele gebieden
C. Topography: combi van kolommen. Verschillende delen lichaam
gelokaliseerd verschillende delen brein (primaire sensorische
regio’s: auditief)
D. Column: binnen zelfde kolom reactie op zelfde orientatie
Bij imaging (invasive optical imaging) met spatiele resolutie van 20 um
orientatie kolommen zichtbaar. Als je kolommen wilt bestuderen
invasieve methode gebruiken.
Overview of methods
3 dimensies
1. Temporele resolutie (TR): kleinste unit van tijd die onderscheiden kan worden door methode
timing. Actiepotentialen meten temporele resolutie van 1 ms nodig. Reactie gezichten
meten temporele resolutie enkele sec
2. Spatiele resolutie (SR): kleinste unit van ruimte die bepaald kan worden space. Bepalend
voor welke schaal van organisatie kunt oppikken. Scherpte beeld
3. Invasiveness: de afstand tussen het neurale weefsel dat het signaal uitzendt en detector.
Merendeel methodes volledig invasief, of helemaal niet invasief.
Gebruik niet-invasieve methodes nadeel = geen methode met zowel hoge spatiele resolutie
(single-neuron) als hoge temporeel (milisec).
Breinscans om hersenstructuur in kaart brengen:
1. Histologie: post-mortem. Brein in stukjes + chemische stof
2. MRI: anatomie en anatomische lokalisatie van functies relatief scherp in beeld brengen.
Mogelijk om anatomische structuur tussen individuen vergelijken
3. Hemodynamica: meten veranderingen in bloed en O2 (activiteit). TR slecht want
bloedstroom langzamer dan elektrische signalen. SR afhankelijk van methode: fNIRS < PET ,
fMRI.
4. Elektrofysiologische activiteit: SR sterk afhankelijk: 1) afstand elektrode-bron signaal 2)
weefsel hiertussen. Krijgt niet alle info met niet-invasieve methodes zoals EEG/MEG/ERP (kan
hoogste frequentie niet waarnemen)
5. Perifere metingen: buiten CNS. Huidgeleiding (arousal-intensiteit tijdens
affectieve/cognitieve verwerking), hartactiviteit (hartslag, -variabiliteit, RR), spieractiviteit
(gezicht-EMG bepalen affectieve staten), oogmetingen: bewegingen saccades (geen nieuwe
info) en fixaties (wel nieuwe info) en verwijding pupillen (emoties).
, Hoorcollege 2: EEG en ERP pt. 1
EEG
Elektro-encefalogram (EEG): meet elektrofysische hersenactiviteit met elektrodes op schedel.
Niet invasief.
Binnen 1 neuron: 2 soorten potentialen 1) actiepotentiaal (output, te snel/kort voor EEG) 2) post-
synaptische potentiaal (input, signaal gebruik voor EEG ( PSP van de apical (van boven komende)
dendrieten van piramidecellen).
Elektrische dipool = verschil in lading in een neuron (dendrieten vs soma).
- Exciterende nt pijl met positieve punt naar beneden (richting witte stof). Negatieve lading
buiten dendrieten (door influx + ionen), positieve lading rond soma’s.
- Inhiberende nt pijl met positieve punt naar boven (richting corticale opp). Positieve lading
buiten dendrieten, negatieve lading rond soma’s.
Kleine dipolen nabij elkaar worden samengenomen in EEG signaal. Als allemaal hetzelfde doen
(dipool in zelfde richting) sterker signaal.
Neuronen moeten allemaal zelfde gedrag en gelijk georiënteerd zijn voor optimaal signaal
corticale piramidecellen voldoen aan deze eis. Subcorticale gebieden dendrieten orientatie zorgt
voor opheffing PSP’s. Hoe meer parallelle neureunen hetzelfde gedrag hoe groter totale dipool
(equivalent current dipole) sterker signaal. Omdat beide kanten van bron een lading hebben (ene
kant + andere kant -) bron signaal achterhalen. Echter bij EEG nooit heel precies.
Op schedel 1 elektrode en 1 referentie-elektrode (oorlellen, neusgaten, mastoid geen activiteit).
Hiertussen meet je verschil in voltage en veranderingen in voltage-verschil ritmisch golpatroon.
Door gebruik zelfde referentie studies vergelijken. Staat van brein (hoe bewust) bepaalt hoe snel
voltage-verschil verandert. Hoe relaxter langzamere golven. Grond-elektrode = om ruis buiten
brein te verminderen. Zuiver signaal als ruis van referentie-elektrode en grond-elektrode van het
brein signaal eraf gehaald. Elektrisch-afgeschermde kamer (Faraday cage) = ruimte voor pp om ruis
omgeving vermijden.
Plaatsing elektrodes: 10-10 systeem/ 10-20 systeem. Zelfde, maar 10-10 is uitgebreider (meer
elektrodes). Afstand tussen verschillende elektrodes bepaald ahv percentages (corrigeren voor
hoofdgrootte), met uitgaan van 5 standaard plekken op hoofd.
Elektrodemateriaal: zilverchloride (AgCl) + geleidingsgel in muts om weerstand (ontstaat door
schedel) te verminderen.
EOG (elektro-oculografie) elektrodes = meten horizontale en verticale bewegingen van ogen en
knipperen (geeft heel groot signaal). Kan je hiermee voor controleren.
Signaal verzwakt door veel weefsel ertussen versterken.
Voor signaal in digitale computer: van analoog (gemeten golfpatronen) digitaal (nummers). Door
AD-conversie box (omzetting door elke keer sample te nemen en hier een nummer in mV aan
binden). Sample-frequency (Hz): hoe vaak per seconde dit gebeurt hoe hoger frequentie
betere signaal omzetting. Nyquist-Shannon sampling theorem = minimale sample-frequentie moet
2x zo snel zijn als de snelste frequentie in signaal voorkomen aliasing (geeft verkeerd beeld, want
niet genoeg samples van echte signaal). Ook rekening houden met hoeveelheid info (bits) die in
sample zit. Moderne EEG-apparaten: 24 bits (AD-level: 2 24).
Kan in EEG signaal zien in hoeverre pp mentaal actief is (aan golfpatroon). Activiteit van elektrische
veld schommelt over tijd heen signaal weergave als tijdsgolf. Eigenschappen van deze tijdsgolf
worden gebruikt om signalen analyseren en beschrijven.
ERP: Event-related potentials
Tijdsgebonden EEG-veranderingen in reactie op sensorische, motorische of cognitieve
gebeurtenissen. In beeld brengen tijdsverloop mentale processen. Inzicht in elektrische activiteit in
reactie op stimulus. Stappenplan naar ERP-signaal:
Neuropsychology
Hoorcollege 1: Introductie
Rest depolarization repolarisation hyperpolarisation rest
Richting van effect op post-synaps neurotransmitter afhankelijk.
Signaal is samenvatting van het level van de input (relatieve mate excitatoire en inhiberende input).
Voldoende excitatoire actiepotentiaal.
Signaal description
Sinusoidal oscillation (sinus) is simpelste signaal. Oscillators that produce an output having a sine
waveform.
Frequentie: mate van verandering van signal (tijd volledige cyclus voltooid).
1 Hz: 1 cyclus duurt 1 sec. biologische signalen nooit maar één frequentie
(alleen pure tonen). In natuur frequentie componenten. Elk component
bepaald door 3 parameters:
1. Frequentie
2. Amplitude: hoeveel gaat het op en neer
3. Phase: wanneer gaat het op en neer
Frequentiespectrum gemeten bereikt van frequenties.
Hoogste frequentie beperkt door samplin frequency (hoe vaak signaal gemeten wordt). Kunt enkel
fluctuaties vastleggen van 0.5xsampling frequency.
Sampling frequency = 100Hz (elke 10 ms sample) niet bruikbaar voor experiment waar
actiepotentialen maar 1-2 ms duren. Tijdspunten dichter bij elkaar hogere frequentie meten.
Laagste frequentie beperkt door hoe lang signaal gemeten wordt. Als signaal 3 sec nodig heeft om
cyclus voltooien 1 sec meten niet genoeg.
Signaal meten voor 2 sec bij hoge sampling frequency 0.5 Hz frequentie componenten mogelijk
om meten, maar niet lager. (1/aantal sec meten)
Filteren verzwakken/dempen/uitsluiten bepaald deel van gemeten frequencyspectrum. 3 types:
1. Low-pass filtering aka smoothing: lagere/langzame frequencies onveranderd, hogere/snelle
verzwakt of verwijderd. Low komt erdoor.
2. High-pass filtering: hogere frequencies onveranderd, lagere eruit. High komt erdoor.
3. Band-pass filtering: enkel bepaald bereik kan erdoorheen. Alle frequencies buiten band
worden eruit gehaald.
Spectogram: matrix die sterkte elk signaalcomponent op elk tijdsmoment aangeeft.
Molecular and hemodynamic signals
Hemodynamics: bloedtoevoer wordt aangepast aan energiebehoeften op een bepaald moment en
verandert dus over tijd. Meer energiebehoefte hogere bloedtoevoer. Bruikbaar voor fMRI signaal.
Energy consumption
Elektrofysiologische gebeurtenissen vereisen energie. Amplitude potentiaalverschillen beste
voorspeller energieconsumptie (actiepotentiaal = passief proces).
,Herstellen rustpotentiaal is wel actief proces (kost energie). energieconsumptie neuron correleren
met # actiepotentialen. Pre en post synaptische factoren ook actief proces. Exacte energieverdeling
van verschillende processen kan variëren (over soorten/neuron type/ situatie).
Maps in the brain
Clustering
Niet-invasieve methoden single neuron resolutie. Zelfs methoden met hoogste spatiele resolutie
gemiddeld signaal vanuit veel neuronen.
Clustering: neiging neuron met zelfde functionele eigenschap om fysiek dicht bij elkaar te zitten.
Meer clustering meer het gemiddelde signaal van neuronen samen correspondeert met signaal
individuele neuronen (hoe beter signaal). Gevoeligheid niet-invasieve methode afhankelijk van
hoeveelheid aanwezige clustering. Clustering op verschillende schalen:
A. System: kan groot deel van cortex innemen. Visueel systeem
B. Area: visuele gebieden
C. Topography: combi van kolommen. Verschillende delen lichaam
gelokaliseerd verschillende delen brein (primaire sensorische
regio’s: auditief)
D. Column: binnen zelfde kolom reactie op zelfde orientatie
Bij imaging (invasive optical imaging) met spatiele resolutie van 20 um
orientatie kolommen zichtbaar. Als je kolommen wilt bestuderen
invasieve methode gebruiken.
Overview of methods
3 dimensies
1. Temporele resolutie (TR): kleinste unit van tijd die onderscheiden kan worden door methode
timing. Actiepotentialen meten temporele resolutie van 1 ms nodig. Reactie gezichten
meten temporele resolutie enkele sec
2. Spatiele resolutie (SR): kleinste unit van ruimte die bepaald kan worden space. Bepalend
voor welke schaal van organisatie kunt oppikken. Scherpte beeld
3. Invasiveness: de afstand tussen het neurale weefsel dat het signaal uitzendt en detector.
Merendeel methodes volledig invasief, of helemaal niet invasief.
Gebruik niet-invasieve methodes nadeel = geen methode met zowel hoge spatiele resolutie
(single-neuron) als hoge temporeel (milisec).
Breinscans om hersenstructuur in kaart brengen:
1. Histologie: post-mortem. Brein in stukjes + chemische stof
2. MRI: anatomie en anatomische lokalisatie van functies relatief scherp in beeld brengen.
Mogelijk om anatomische structuur tussen individuen vergelijken
3. Hemodynamica: meten veranderingen in bloed en O2 (activiteit). TR slecht want
bloedstroom langzamer dan elektrische signalen. SR afhankelijk van methode: fNIRS < PET ,
fMRI.
4. Elektrofysiologische activiteit: SR sterk afhankelijk: 1) afstand elektrode-bron signaal 2)
weefsel hiertussen. Krijgt niet alle info met niet-invasieve methodes zoals EEG/MEG/ERP (kan
hoogste frequentie niet waarnemen)
5. Perifere metingen: buiten CNS. Huidgeleiding (arousal-intensiteit tijdens
affectieve/cognitieve verwerking), hartactiviteit (hartslag, -variabiliteit, RR), spieractiviteit
(gezicht-EMG bepalen affectieve staten), oogmetingen: bewegingen saccades (geen nieuwe
info) en fixaties (wel nieuwe info) en verwijding pupillen (emoties).
, Hoorcollege 2: EEG en ERP pt. 1
EEG
Elektro-encefalogram (EEG): meet elektrofysische hersenactiviteit met elektrodes op schedel.
Niet invasief.
Binnen 1 neuron: 2 soorten potentialen 1) actiepotentiaal (output, te snel/kort voor EEG) 2) post-
synaptische potentiaal (input, signaal gebruik voor EEG ( PSP van de apical (van boven komende)
dendrieten van piramidecellen).
Elektrische dipool = verschil in lading in een neuron (dendrieten vs soma).
- Exciterende nt pijl met positieve punt naar beneden (richting witte stof). Negatieve lading
buiten dendrieten (door influx + ionen), positieve lading rond soma’s.
- Inhiberende nt pijl met positieve punt naar boven (richting corticale opp). Positieve lading
buiten dendrieten, negatieve lading rond soma’s.
Kleine dipolen nabij elkaar worden samengenomen in EEG signaal. Als allemaal hetzelfde doen
(dipool in zelfde richting) sterker signaal.
Neuronen moeten allemaal zelfde gedrag en gelijk georiënteerd zijn voor optimaal signaal
corticale piramidecellen voldoen aan deze eis. Subcorticale gebieden dendrieten orientatie zorgt
voor opheffing PSP’s. Hoe meer parallelle neureunen hetzelfde gedrag hoe groter totale dipool
(equivalent current dipole) sterker signaal. Omdat beide kanten van bron een lading hebben (ene
kant + andere kant -) bron signaal achterhalen. Echter bij EEG nooit heel precies.
Op schedel 1 elektrode en 1 referentie-elektrode (oorlellen, neusgaten, mastoid geen activiteit).
Hiertussen meet je verschil in voltage en veranderingen in voltage-verschil ritmisch golpatroon.
Door gebruik zelfde referentie studies vergelijken. Staat van brein (hoe bewust) bepaalt hoe snel
voltage-verschil verandert. Hoe relaxter langzamere golven. Grond-elektrode = om ruis buiten
brein te verminderen. Zuiver signaal als ruis van referentie-elektrode en grond-elektrode van het
brein signaal eraf gehaald. Elektrisch-afgeschermde kamer (Faraday cage) = ruimte voor pp om ruis
omgeving vermijden.
Plaatsing elektrodes: 10-10 systeem/ 10-20 systeem. Zelfde, maar 10-10 is uitgebreider (meer
elektrodes). Afstand tussen verschillende elektrodes bepaald ahv percentages (corrigeren voor
hoofdgrootte), met uitgaan van 5 standaard plekken op hoofd.
Elektrodemateriaal: zilverchloride (AgCl) + geleidingsgel in muts om weerstand (ontstaat door
schedel) te verminderen.
EOG (elektro-oculografie) elektrodes = meten horizontale en verticale bewegingen van ogen en
knipperen (geeft heel groot signaal). Kan je hiermee voor controleren.
Signaal verzwakt door veel weefsel ertussen versterken.
Voor signaal in digitale computer: van analoog (gemeten golfpatronen) digitaal (nummers). Door
AD-conversie box (omzetting door elke keer sample te nemen en hier een nummer in mV aan
binden). Sample-frequency (Hz): hoe vaak per seconde dit gebeurt hoe hoger frequentie
betere signaal omzetting. Nyquist-Shannon sampling theorem = minimale sample-frequentie moet
2x zo snel zijn als de snelste frequentie in signaal voorkomen aliasing (geeft verkeerd beeld, want
niet genoeg samples van echte signaal). Ook rekening houden met hoeveelheid info (bits) die in
sample zit. Moderne EEG-apparaten: 24 bits (AD-level: 2 24).
Kan in EEG signaal zien in hoeverre pp mentaal actief is (aan golfpatroon). Activiteit van elektrische
veld schommelt over tijd heen signaal weergave als tijdsgolf. Eigenschappen van deze tijdsgolf
worden gebruikt om signalen analyseren en beschrijven.
ERP: Event-related potentials
Tijdsgebonden EEG-veranderingen in reactie op sensorische, motorische of cognitieve
gebeurtenissen. In beeld brengen tijdsverloop mentale processen. Inzicht in elektrische activiteit in
reactie op stimulus. Stappenplan naar ERP-signaal:
