Biologische psychologie II
1. Inleiding
1.1 Waarom biologische psychologie II?
• Biologische psychologie I: structuur en basismechanismes van het zenuwstelsel
• Biologische psychologie II: nadruk op de functies
o Brein: +/- 2% van het lichaamsgewicht
+/- 20% van het zuurstof- (en calorie-) gebruik
Þ Belangrijke voordelen van dit ‘dure’ orgaan (=functies)
• Uitermate breed en gespecialiseerd vakgebied
• Intieme samenhang “psyche” en lichaam
1.2 Lichaam en psyche
• Hubel & Wiesel (1959):
o Individueel neuron in de visuele cortex is selectief sensitief voor een bepaalde oriëntatie
van een lijnstuk
o Enkel bij een (min of meer) verticaal lijnstuk gaat dit neuron vuren
o Dit neuron “ziet” geen oriëntatie, kan dit patroon enkel vertonen als onderdeel van een
netwerk
• Technologie via breinactiviteit:
o Dit soort technologie kan gebruikt worden om:
® Uw visuele verbeelding zichtbaar te maken
® Te voorspellen of u net voor gewekt te worden over bv. een auto of een stoel aan het dromen
was.
• Verbondenheid lichaam & psyche voorbeelden:
o Hele kleine massa LSD zorgt bij de meeste mensen al voor visuele hallucinaties
o Schade aan delen van de hersenen, kan je persoonlijkheid veranderen (bv. ontremd gedrag of je
apathisch doen reageren op bv. pijn)
o De psychische effecten van hersenschade hangen op systematische wijze samen met o.m. de locus:
indien je een beroerte krijgt in je linker hemisfeer, is de kans op het ontwikkelen van een depressieve
stoornis groter dan bij schade aan de rechter hemisfeer
• Uitgangspunten:
o Verbondenheid:
® Lichaam en psyche
® Zenuwstelsel, rest van het lichaam en de omgeving
® Verschillende onderdelen van het zenuwstelsel
, HOOFDSTUK 5: ONDERZOEKSMETHODEN:
1. Beïnvloeden van functies
1.1 Laesie-studies
• Relatie bestuderen tussen natuurlijk voorkomende letsels en gedrag
• Bv. 1861: Louis Victor Leborgne, bijnaam “Tan”:
o Normaal intelligent
o Verbaal begrip
o Maar, kon enkel “tan” zeggen
• De Fransman Paul Broca kon o.b.v. dissectie van Leborgnesbrein en gelijkaardige gevallen een sterke correlatie
aantonen tussen:
o Expressieve afasie = het selectieve onvermogen om zich verbaal uit te drukken bij gepreserveerd
verbaal begrip
o Schade in de linker anterieure hersenhelft (= de zone van Broca)
• Wernicke afasie = schade aan de zone van Wernicke, vloeiend praten maar de betekenis ontbreekt
• Wat toont dit aan?
o Staat deze regio in voor het gedrag “praten”?
o Taal “zit” niet in een bepaalde plaats in de hersenen; menselijk linguïstisch gedrag omvat verscheidene
functies, die ondersteund worden door dissocieerbare cerebrale structuren
• Nadelen:
o Geen informatie over functioneren voor laesie
o Schade vaak niet beperkt tot 1 welbepaalde structuur à moeilijk precieze verbanden vaststellen
o Geen experimentele controle functies; worden niet doelgericht beïnvloed (correlationeel)
à niet iedereen met schade aan de zone van Broca lijdt aan afasie
o Sommige regio’s zijn veel vatbaarder voor bv. beroerte of impact-laesie dan andere
o Vroeger: noodzaak autopsie (lang wachten, drop-out)
1.2 Experimentele ablatie
• Experimentele ablatie = weefsel doelbewust vernietigen (ablatie = verwijderen)
• Veelvuldig toegepast bij mensen
o Lobotomie = verwijderen van (vooral) witte stof in de frontale kwab
® Toegepast als behandeling, o.m. bij kinderen met gedragsproblemen
® +/- 40.000 lobotomieën in de VS alleen
o Resectie van bepaalde delen van de hersenen nog steeds toegepast voor klinische doeleinden
(bv. epilepsie)
• Experimentele toepassing vandaag vooral bij dieren
• 3 methoden:
1. Radiofrequentie (RF-) laesie:
o Draadvormige electrode wordt in de hersenen gebracht, geïsoleerd behalve punt
o Hoog-(radio-) frequente wisselstroom door de draad
o Vernietigt alle weefsels in nabijheid van de electrode (cellichamen én axonen)
o Dan gedragsobservatie, achteraf verificatie locatie laesie
o Plaatsing van stalen draad d.m.v. stereotactisch apparaat
® Fixeert de schedel
® Toestel brengt electrode/buisje o.b.v. coördinaten naar de gewenste doelregio
2. Excito-toxische laesie:
o Cannula (dun metalen buisje) wordt ingebracht
o Infusie van exciterend aminozuur (bv. kaïnezuur) loopt door het buisje in de hersenen
o Vernietigt cellichamen door overstimulatie, spaart nabijgelegen axonen
, 3. Immuunmethodes:
o Toxische proteïne (bv. saporine) wordt gekoppeld aan antilichaampjes
o Antilichaampjes binden selectief aan bepaalde eiwitten die enkel voorkomen in specifieke neuronen
® Selectiviteit, niet enkel o.b.v. de locatie
• Nadelen:
o Al deze methoden zijn onomkeerbaar (impliceert between-subjects methodes)
o Al deze methoden produceren bijkomstige schade (noodzaak adequate controleprocedures)
o Veroorzaken leed
• Voordelen:
o Deze methoden laten onderzoeken van causale verbanden toe
1.3 Tijdelijke beïnvloeding
1. Lokale anesthesie (chemische inhibitie):
• Lokale injectie
• Bv. muscimol (uit vliegenzwam, wordt niet meer doorgegeven)
o GABAA agonist (inhiberende functie)
o Voorkomt doorgeven actiepotentialen in welbepaalde regio
® Tijdelijke verstoring van activiteit in deze regio
2. Elektrische stimulatie:
• Inplanting elektrode die cellen exciteert d.m.v. elektrische stimulatie
• Techniek is vergelijkbaar met RF-laesie
• Activeert zowel cellichamen als passerende axonen in de desbetreffende regio
• Ongeacht of deze een inhiberende/exciterende rol in hun netwerk hebben, betrokken in diverse
neurotransmittersystemen
o Weinig specifiek/geïsoleerd, weinig ecologisch valide
• Klinische toepassingen bij ziekte van Parkinson, OCD, Tourette syndroom, chronische pijn…
3. Chemische stimulatie:
• Infusie door al dan niet tijdelijke cannula (net als bij excito-toxische laesie)
• Exciterende aminozuren:
o Kaïnezuur
o Glutamaat
• Stimuleren specifieker (enkel soma en dendrieten)
• Ongeacht of deze een inhiberende/exciterende rol in hun netwerk hebben, betrokken in diverse
neurotransmittersystemen
o Weinig specifiek/geïsoleerd, weinig ecologisch valide
4. Optogenetica:
• Maken gebruik van lichtgevoelige proteïnen:
o Channelrhodopsine-2 (ChR2) à via lichtschakelaar aan/uitzetbaar
® Uit groene algen
® Wanneer geraakt door blauw licht: influx van positief geladen (Na, K, Ca2) deeltjes
è Depolarisatie (excitatie) van de cel
o Natronomonas Pharaonis Halorhodopsin (NpHR)
® Bacteriële oorsprong
® Wanneer geraakt door geel licht: influx van negatief geladen (Cl) deeltjes
è Hyperpolarisatie (inhibitie) van de cel
• Genetisch gewijzigde virussen worden geïnjecteerd
• Infecteren neuronen
• Zorgen voor productie van lichtgevoelige proteïnen
• Aan- of afgezet d.m.v. licht:
o Oppervlakkige cortex: led-lampjes in gaatjes in de schedel
o Dieper gelegen kernen: optische vezels
5. Transcranialemagnetische stimulatie (TMS):
• Exciteren of verstoren de functie van een bepaalde regio à geen ECT
• D.m.v. sterke magnetische pulsen (8 vormige magneet)
• Effecten zijn tijdelijk (= voordeel)
• Klinische toepassingen: vooral bij depressie, ook diagnostiek van functies
, 6. Targetedmutation:
• Gemuteerde genen worden ingebracht in de chromosomen (bv. bij muizen)
o Knock-out genen: verhinderen genetische expressie (gebruikelijke productie van een bepaalde proteïne)
o Knock-in genen: stimuleren
® Gebruikelijke productie van een bepaalde proteïne of
® Productie van normliter niet geproduceerde proteïne
o Voorwaardelijke knock-out: enkel na toediening van een bepaalde substantie (bv. om proefdieren
normaal te kunnen laten ontwikkelen)
2. Observeren van structuur
2.1 Histologische methoden
• Histologie = weefselleer
• Toepassingen/werking:
1. Perfusie:
o Verwijdering bloed uit de bloedvaten, spoeling d.m.v. zoutoplossing, fixatiemiddel door bloedvaten
gepompt
2. Fixatie:
o Weefsel wordt in fixatiemiddel geplaatst om decompositie tegen te gaan
3. Versnijden:
o Microtoom of cryostaat à vaak ingevroren gedaan
4. Kleuring:
o Bv. Nisslkleuring:
® Nissllichaampjes enkel aanwezig in soma en dendrieten
® Bepaalde kleurstoffen zoals cresyl-violet binden selectef aan deze Nissllichaampjes
o Immunocyto (=cel) chemie:
® Antilichaampjes voor specifieke peptide of proteïne worden gekoppeld aan
kleurstofmolecules
® Worden vervolgens zichtbaar gemaakt, bv. door blootstelling aan licht van een bepaalde
golflengte in het geval van fluorescerende kleurstoffen
® Zeer veel mogelijke toepassingen:
© Vb. Kleuren van enzymen betrokken bij de productie van een bepaalde
neurotransmitter
© Vb. Kleuren van receptoren van een bepaalde neurotransmitter
© Vb. Kleuren van een tracer substantie
5. Observatie:
o Lichtmicroscoop:
® Relatief ongedetailleerd
® Enkel dunne secties
o Transmissie-electronenmicroscoop:
® Tot op niveau van vesikels en celorganellen
® Minder vergroting
o Scanning-electronenmicroscoop:
® Minder vergroting
® 3D-beelden
® Enkel dunnen secties
o Confocale laserscanning:
® Kan gebruikt worden in dikkere secties/weefsels
® Kan zelfs gebruikt worden op levend weefsel
® De cellen moeten gekleurd worden met een fluorescerende kleurstof (d.m.v.
immunocytochemie)
1. Inleiding
1.1 Waarom biologische psychologie II?
• Biologische psychologie I: structuur en basismechanismes van het zenuwstelsel
• Biologische psychologie II: nadruk op de functies
o Brein: +/- 2% van het lichaamsgewicht
+/- 20% van het zuurstof- (en calorie-) gebruik
Þ Belangrijke voordelen van dit ‘dure’ orgaan (=functies)
• Uitermate breed en gespecialiseerd vakgebied
• Intieme samenhang “psyche” en lichaam
1.2 Lichaam en psyche
• Hubel & Wiesel (1959):
o Individueel neuron in de visuele cortex is selectief sensitief voor een bepaalde oriëntatie
van een lijnstuk
o Enkel bij een (min of meer) verticaal lijnstuk gaat dit neuron vuren
o Dit neuron “ziet” geen oriëntatie, kan dit patroon enkel vertonen als onderdeel van een
netwerk
• Technologie via breinactiviteit:
o Dit soort technologie kan gebruikt worden om:
® Uw visuele verbeelding zichtbaar te maken
® Te voorspellen of u net voor gewekt te worden over bv. een auto of een stoel aan het dromen
was.
• Verbondenheid lichaam & psyche voorbeelden:
o Hele kleine massa LSD zorgt bij de meeste mensen al voor visuele hallucinaties
o Schade aan delen van de hersenen, kan je persoonlijkheid veranderen (bv. ontremd gedrag of je
apathisch doen reageren op bv. pijn)
o De psychische effecten van hersenschade hangen op systematische wijze samen met o.m. de locus:
indien je een beroerte krijgt in je linker hemisfeer, is de kans op het ontwikkelen van een depressieve
stoornis groter dan bij schade aan de rechter hemisfeer
• Uitgangspunten:
o Verbondenheid:
® Lichaam en psyche
® Zenuwstelsel, rest van het lichaam en de omgeving
® Verschillende onderdelen van het zenuwstelsel
, HOOFDSTUK 5: ONDERZOEKSMETHODEN:
1. Beïnvloeden van functies
1.1 Laesie-studies
• Relatie bestuderen tussen natuurlijk voorkomende letsels en gedrag
• Bv. 1861: Louis Victor Leborgne, bijnaam “Tan”:
o Normaal intelligent
o Verbaal begrip
o Maar, kon enkel “tan” zeggen
• De Fransman Paul Broca kon o.b.v. dissectie van Leborgnesbrein en gelijkaardige gevallen een sterke correlatie
aantonen tussen:
o Expressieve afasie = het selectieve onvermogen om zich verbaal uit te drukken bij gepreserveerd
verbaal begrip
o Schade in de linker anterieure hersenhelft (= de zone van Broca)
• Wernicke afasie = schade aan de zone van Wernicke, vloeiend praten maar de betekenis ontbreekt
• Wat toont dit aan?
o Staat deze regio in voor het gedrag “praten”?
o Taal “zit” niet in een bepaalde plaats in de hersenen; menselijk linguïstisch gedrag omvat verscheidene
functies, die ondersteund worden door dissocieerbare cerebrale structuren
• Nadelen:
o Geen informatie over functioneren voor laesie
o Schade vaak niet beperkt tot 1 welbepaalde structuur à moeilijk precieze verbanden vaststellen
o Geen experimentele controle functies; worden niet doelgericht beïnvloed (correlationeel)
à niet iedereen met schade aan de zone van Broca lijdt aan afasie
o Sommige regio’s zijn veel vatbaarder voor bv. beroerte of impact-laesie dan andere
o Vroeger: noodzaak autopsie (lang wachten, drop-out)
1.2 Experimentele ablatie
• Experimentele ablatie = weefsel doelbewust vernietigen (ablatie = verwijderen)
• Veelvuldig toegepast bij mensen
o Lobotomie = verwijderen van (vooral) witte stof in de frontale kwab
® Toegepast als behandeling, o.m. bij kinderen met gedragsproblemen
® +/- 40.000 lobotomieën in de VS alleen
o Resectie van bepaalde delen van de hersenen nog steeds toegepast voor klinische doeleinden
(bv. epilepsie)
• Experimentele toepassing vandaag vooral bij dieren
• 3 methoden:
1. Radiofrequentie (RF-) laesie:
o Draadvormige electrode wordt in de hersenen gebracht, geïsoleerd behalve punt
o Hoog-(radio-) frequente wisselstroom door de draad
o Vernietigt alle weefsels in nabijheid van de electrode (cellichamen én axonen)
o Dan gedragsobservatie, achteraf verificatie locatie laesie
o Plaatsing van stalen draad d.m.v. stereotactisch apparaat
® Fixeert de schedel
® Toestel brengt electrode/buisje o.b.v. coördinaten naar de gewenste doelregio
2. Excito-toxische laesie:
o Cannula (dun metalen buisje) wordt ingebracht
o Infusie van exciterend aminozuur (bv. kaïnezuur) loopt door het buisje in de hersenen
o Vernietigt cellichamen door overstimulatie, spaart nabijgelegen axonen
, 3. Immuunmethodes:
o Toxische proteïne (bv. saporine) wordt gekoppeld aan antilichaampjes
o Antilichaampjes binden selectief aan bepaalde eiwitten die enkel voorkomen in specifieke neuronen
® Selectiviteit, niet enkel o.b.v. de locatie
• Nadelen:
o Al deze methoden zijn onomkeerbaar (impliceert between-subjects methodes)
o Al deze methoden produceren bijkomstige schade (noodzaak adequate controleprocedures)
o Veroorzaken leed
• Voordelen:
o Deze methoden laten onderzoeken van causale verbanden toe
1.3 Tijdelijke beïnvloeding
1. Lokale anesthesie (chemische inhibitie):
• Lokale injectie
• Bv. muscimol (uit vliegenzwam, wordt niet meer doorgegeven)
o GABAA agonist (inhiberende functie)
o Voorkomt doorgeven actiepotentialen in welbepaalde regio
® Tijdelijke verstoring van activiteit in deze regio
2. Elektrische stimulatie:
• Inplanting elektrode die cellen exciteert d.m.v. elektrische stimulatie
• Techniek is vergelijkbaar met RF-laesie
• Activeert zowel cellichamen als passerende axonen in de desbetreffende regio
• Ongeacht of deze een inhiberende/exciterende rol in hun netwerk hebben, betrokken in diverse
neurotransmittersystemen
o Weinig specifiek/geïsoleerd, weinig ecologisch valide
• Klinische toepassingen bij ziekte van Parkinson, OCD, Tourette syndroom, chronische pijn…
3. Chemische stimulatie:
• Infusie door al dan niet tijdelijke cannula (net als bij excito-toxische laesie)
• Exciterende aminozuren:
o Kaïnezuur
o Glutamaat
• Stimuleren specifieker (enkel soma en dendrieten)
• Ongeacht of deze een inhiberende/exciterende rol in hun netwerk hebben, betrokken in diverse
neurotransmittersystemen
o Weinig specifiek/geïsoleerd, weinig ecologisch valide
4. Optogenetica:
• Maken gebruik van lichtgevoelige proteïnen:
o Channelrhodopsine-2 (ChR2) à via lichtschakelaar aan/uitzetbaar
® Uit groene algen
® Wanneer geraakt door blauw licht: influx van positief geladen (Na, K, Ca2) deeltjes
è Depolarisatie (excitatie) van de cel
o Natronomonas Pharaonis Halorhodopsin (NpHR)
® Bacteriële oorsprong
® Wanneer geraakt door geel licht: influx van negatief geladen (Cl) deeltjes
è Hyperpolarisatie (inhibitie) van de cel
• Genetisch gewijzigde virussen worden geïnjecteerd
• Infecteren neuronen
• Zorgen voor productie van lichtgevoelige proteïnen
• Aan- of afgezet d.m.v. licht:
o Oppervlakkige cortex: led-lampjes in gaatjes in de schedel
o Dieper gelegen kernen: optische vezels
5. Transcranialemagnetische stimulatie (TMS):
• Exciteren of verstoren de functie van een bepaalde regio à geen ECT
• D.m.v. sterke magnetische pulsen (8 vormige magneet)
• Effecten zijn tijdelijk (= voordeel)
• Klinische toepassingen: vooral bij depressie, ook diagnostiek van functies
, 6. Targetedmutation:
• Gemuteerde genen worden ingebracht in de chromosomen (bv. bij muizen)
o Knock-out genen: verhinderen genetische expressie (gebruikelijke productie van een bepaalde proteïne)
o Knock-in genen: stimuleren
® Gebruikelijke productie van een bepaalde proteïne of
® Productie van normliter niet geproduceerde proteïne
o Voorwaardelijke knock-out: enkel na toediening van een bepaalde substantie (bv. om proefdieren
normaal te kunnen laten ontwikkelen)
2. Observeren van structuur
2.1 Histologische methoden
• Histologie = weefselleer
• Toepassingen/werking:
1. Perfusie:
o Verwijdering bloed uit de bloedvaten, spoeling d.m.v. zoutoplossing, fixatiemiddel door bloedvaten
gepompt
2. Fixatie:
o Weefsel wordt in fixatiemiddel geplaatst om decompositie tegen te gaan
3. Versnijden:
o Microtoom of cryostaat à vaak ingevroren gedaan
4. Kleuring:
o Bv. Nisslkleuring:
® Nissllichaampjes enkel aanwezig in soma en dendrieten
® Bepaalde kleurstoffen zoals cresyl-violet binden selectef aan deze Nissllichaampjes
o Immunocyto (=cel) chemie:
® Antilichaampjes voor specifieke peptide of proteïne worden gekoppeld aan
kleurstofmolecules
® Worden vervolgens zichtbaar gemaakt, bv. door blootstelling aan licht van een bepaalde
golflengte in het geval van fluorescerende kleurstoffen
® Zeer veel mogelijke toepassingen:
© Vb. Kleuren van enzymen betrokken bij de productie van een bepaalde
neurotransmitter
© Vb. Kleuren van receptoren van een bepaalde neurotransmitter
© Vb. Kleuren van een tracer substantie
5. Observatie:
o Lichtmicroscoop:
® Relatief ongedetailleerd
® Enkel dunne secties
o Transmissie-electronenmicroscoop:
® Tot op niveau van vesikels en celorganellen
® Minder vergroting
o Scanning-electronenmicroscoop:
® Minder vergroting
® 3D-beelden
® Enkel dunnen secties
o Confocale laserscanning:
® Kan gebruikt worden in dikkere secties/weefsels
® Kan zelfs gebruikt worden op levend weefsel
® De cellen moeten gekleurd worden met een fluorescerende kleurstof (d.m.v.
immunocytochemie)
