Neurofysiologie
-> Kennis van de werking van de hersenen is belangrijk gezien gedrag tot stand komt door de hersenen.
Inleiding: methoden in de neurowetenschappen
1.1 Cellen in de hersenen
● Gliacellen: isoleren, ondersteunen en voeden de neuronen
● Neuronen
○ informatie verwerken
○ veranderingen in de omgeving voelen
○ veranderingen communiceren naar andere neuronen
○ lichaamsreactie bevelen
1.2 Organisatieniveaus
Neurowetenschappelijke methoden
● Studie van elk niveau is belangrijk
● Afwijking op eender welk niveau geeft storing v/h systeem
vb: drugs op synaps, afstervende neuronen (ziektes)
1.3 Technieken om de niveaus te onderzoeken
Technieken worden ingedeeld op basis van :
1) Tijd = temporele resolutie (x-as), precisie in de tijd
2) Ruimte = spatiale resolutie (y-as), waar?
3) Invasiviteit = in hersenen gaan of niet
4) Methode = correlatieve VS causale technieken
,IDEALE techniek = met onbeperkte (hoge) spatiale en temporele resolutie
vb: een techniek die de activiteit van alle neuronen (+- 100 miljard bij mens) tegelijkertijd registreert met
1 ms tijdsresolutie
-> Is ONBESTAAND dus COMBINATIE van complementaire technieken
Overzicht alle technieken voor onderzoek naar hersenwerking
Correlatieve metingen (A-H)
1. Elektrische metingen (van hoge naar lage spatiale resolutie) :
- Patch clamp recordings: intracellulaire meting van membraanstromen
- Single unit recordings (= SUR): extracellulair; activatie van 1 neuron
- Multi unit recordings (=MUR): extracellulair; activatie van meerdere neuronen -> via
actiepotentialen (vooral bij dieren want invasief)
- Local field potentialen (= LFP): f < 100 Hz
- EEG = electroencephalogram / ERP = event-related potentialen
- MEG = magnetoencephalografie
2. Functionele beeldvorming :
- PET = positron emission tomografie
- fMRI = functional magnetic resonance imaging
- 2 deoxy glucose (2DG) imaging: radioactieve stof ingespoten
- Optical imaging door reflectie
- Voltage sensitive dye (VSD) imaging
- Calcium imaging : single cell resolutie : 2-photon Ca imaging
Causale technieken
3. Inactivaties : permanent (letsels) /omkeerbare (chemisch, koeling, TMS)
4. Microstimulatie = artificieel stimuleren van een groep neuronen : elektrisch of met licht
(optogenetica)
5. Histologie/tractografie: hersenen in plakjes snijden voor structuur cellen, gebieden, connecties
tussen gebieden (vooral voor anatomie hersenen)
6. Moleculaire biologie : virussen…
7. Psychologie : gedrag
1.3.1 EEG = electroencephalogram
=
meting van de gegeneraliseerde activiteit van de cerebrale cortex
,= correlatieve techniek, elektrische meting
● Helpt bij de diagnose van neurologische aandoeningen zoals epilepsie, slaapstoornissen en voor
onderzoek
!! legt niet de oorzaak/plek van letsel bloot
● Temporele resolutie: zeer hoog (continue meting)
● Spatiale resolutie: laag (niet beter dan op cm-niveau : bron/oorzaak precies lokaliseren is moeilijk
)
● Invasief? Neen + pijnloos
● Methode:
o Elektrodes op de huid ter hoogte van de schedel met lage weerstand
▪ Potentiaalveranderingen gemeten
▪ Amplitude van het EEG signaal is de meting van de synchrone activiteit van de
onderliggende neuronen = POPULATIEANTWOORD
● EEG ritmes:
o Correleren vaak met beduidende gedragstoestanden (particular states of behavior) vb.
kleine amplitude ~ niet synchroon
o Categorisatie van de ritmes is gebaseerd op frequentie (via fourieranalyse)
▪ Beta (β): 15-30 Hz = geactiveerde of aandachtige cortex (vrij snel)
▪ Alpha (α): 8-13 Hz = rustige, wakkere staat
▪ Theta (θ): 4-7 Hz = slaap- en ontwaaktoestanden
▪ Delta (δ): <4 Hz = diepe slaap (zeer traag) (= hoge synchronie, hoge EEG
amplitude)
● Normale EEG
1.3.2 MEG = magnetoencephalogram
= opname van minuscule magnetische signalen gegenereerd door neurale activiteit
= correlatieve techniek, elektrische meting
● Temporele resolutie: zeer hoog (=EEG want continue meting)
● Spatiale resolutie: laag maar iets beter dan EEG (lokaliseren
bronnen neurale activiteit lukt iets beter)
● Invasief : neen + pijnloos
● Methode:
o Magnetische signalen gemeten over volledige
schedeloppervlak via elektrodes
● Niet zoveel gebruikt als EEG, want zeer duur
, 1.3.3 PET: positron emission topografie
= methode waarbij actieve hersengebieden aangetoond worden
= correlatieve techniek, functionele beeldvorming
● Temporele resolutie : vrij laag (duurt enkele min)
● Spatiale resolutie : laag
● Invasief: ja! (Vereist injectie van tracer in bloed en kan dus niet herhaaldelijk)
● Methode:
o Intraveneuze injectie van een radioactieve tracer die bijvoorbeeld bindt met glucose
▪ Wordt vastgezet in de hersenen waar veel activiteit is want daar is veel glucose
▪ Geeft dus een HEMODYNAMISCHE RESPONS via onrechtstreekse metingen
● Vooral gebruikt voor bepaalde stoffen (receptoren) te lokaliseren in de hersenen voor bepaalde
neurotransmitters
● Stimulatie – rust = activiteit
!! steeds een basis-activiteit
1.3.4 fMRI = functionele magnetische resonantie beeldvorming
= correlatieve techniek, functionele beeldvorming
● Temporele resolutie: vrij laag (+- 10s)
● Spatiale resolutie: laag maar beter dan PET, EEG en
MEG
● Invasief: neen & pijnloos (voordeel tov PET want
herhaaldelijke metingen)
● Methode:
o Sterk magnetisch veld opgewekt (3 Tesla bij
mens, kleinere dieren 9T)
o BOLD (blood oxygenation level dependent)
meten = HEMODYNAMISCHE RESPONS,
we meten dus verschillen in doorbloeding van
actieve hersengebieden of de verschillen in
verhouding van oxy- en deoxyhemoglobine
o Ook een POPULATIEANTWOORD, dat onrechtstreeks is want we zijn geïnteresseerd in
de elektrische activiteit
o BOLD moet voor verschillende stimuli gemeten worden => dan vergelijken
-> Kennis van de werking van de hersenen is belangrijk gezien gedrag tot stand komt door de hersenen.
Inleiding: methoden in de neurowetenschappen
1.1 Cellen in de hersenen
● Gliacellen: isoleren, ondersteunen en voeden de neuronen
● Neuronen
○ informatie verwerken
○ veranderingen in de omgeving voelen
○ veranderingen communiceren naar andere neuronen
○ lichaamsreactie bevelen
1.2 Organisatieniveaus
Neurowetenschappelijke methoden
● Studie van elk niveau is belangrijk
● Afwijking op eender welk niveau geeft storing v/h systeem
vb: drugs op synaps, afstervende neuronen (ziektes)
1.3 Technieken om de niveaus te onderzoeken
Technieken worden ingedeeld op basis van :
1) Tijd = temporele resolutie (x-as), precisie in de tijd
2) Ruimte = spatiale resolutie (y-as), waar?
3) Invasiviteit = in hersenen gaan of niet
4) Methode = correlatieve VS causale technieken
,IDEALE techniek = met onbeperkte (hoge) spatiale en temporele resolutie
vb: een techniek die de activiteit van alle neuronen (+- 100 miljard bij mens) tegelijkertijd registreert met
1 ms tijdsresolutie
-> Is ONBESTAAND dus COMBINATIE van complementaire technieken
Overzicht alle technieken voor onderzoek naar hersenwerking
Correlatieve metingen (A-H)
1. Elektrische metingen (van hoge naar lage spatiale resolutie) :
- Patch clamp recordings: intracellulaire meting van membraanstromen
- Single unit recordings (= SUR): extracellulair; activatie van 1 neuron
- Multi unit recordings (=MUR): extracellulair; activatie van meerdere neuronen -> via
actiepotentialen (vooral bij dieren want invasief)
- Local field potentialen (= LFP): f < 100 Hz
- EEG = electroencephalogram / ERP = event-related potentialen
- MEG = magnetoencephalografie
2. Functionele beeldvorming :
- PET = positron emission tomografie
- fMRI = functional magnetic resonance imaging
- 2 deoxy glucose (2DG) imaging: radioactieve stof ingespoten
- Optical imaging door reflectie
- Voltage sensitive dye (VSD) imaging
- Calcium imaging : single cell resolutie : 2-photon Ca imaging
Causale technieken
3. Inactivaties : permanent (letsels) /omkeerbare (chemisch, koeling, TMS)
4. Microstimulatie = artificieel stimuleren van een groep neuronen : elektrisch of met licht
(optogenetica)
5. Histologie/tractografie: hersenen in plakjes snijden voor structuur cellen, gebieden, connecties
tussen gebieden (vooral voor anatomie hersenen)
6. Moleculaire biologie : virussen…
7. Psychologie : gedrag
1.3.1 EEG = electroencephalogram
=
meting van de gegeneraliseerde activiteit van de cerebrale cortex
,= correlatieve techniek, elektrische meting
● Helpt bij de diagnose van neurologische aandoeningen zoals epilepsie, slaapstoornissen en voor
onderzoek
!! legt niet de oorzaak/plek van letsel bloot
● Temporele resolutie: zeer hoog (continue meting)
● Spatiale resolutie: laag (niet beter dan op cm-niveau : bron/oorzaak precies lokaliseren is moeilijk
)
● Invasief? Neen + pijnloos
● Methode:
o Elektrodes op de huid ter hoogte van de schedel met lage weerstand
▪ Potentiaalveranderingen gemeten
▪ Amplitude van het EEG signaal is de meting van de synchrone activiteit van de
onderliggende neuronen = POPULATIEANTWOORD
● EEG ritmes:
o Correleren vaak met beduidende gedragstoestanden (particular states of behavior) vb.
kleine amplitude ~ niet synchroon
o Categorisatie van de ritmes is gebaseerd op frequentie (via fourieranalyse)
▪ Beta (β): 15-30 Hz = geactiveerde of aandachtige cortex (vrij snel)
▪ Alpha (α): 8-13 Hz = rustige, wakkere staat
▪ Theta (θ): 4-7 Hz = slaap- en ontwaaktoestanden
▪ Delta (δ): <4 Hz = diepe slaap (zeer traag) (= hoge synchronie, hoge EEG
amplitude)
● Normale EEG
1.3.2 MEG = magnetoencephalogram
= opname van minuscule magnetische signalen gegenereerd door neurale activiteit
= correlatieve techniek, elektrische meting
● Temporele resolutie: zeer hoog (=EEG want continue meting)
● Spatiale resolutie: laag maar iets beter dan EEG (lokaliseren
bronnen neurale activiteit lukt iets beter)
● Invasief : neen + pijnloos
● Methode:
o Magnetische signalen gemeten over volledige
schedeloppervlak via elektrodes
● Niet zoveel gebruikt als EEG, want zeer duur
, 1.3.3 PET: positron emission topografie
= methode waarbij actieve hersengebieden aangetoond worden
= correlatieve techniek, functionele beeldvorming
● Temporele resolutie : vrij laag (duurt enkele min)
● Spatiale resolutie : laag
● Invasief: ja! (Vereist injectie van tracer in bloed en kan dus niet herhaaldelijk)
● Methode:
o Intraveneuze injectie van een radioactieve tracer die bijvoorbeeld bindt met glucose
▪ Wordt vastgezet in de hersenen waar veel activiteit is want daar is veel glucose
▪ Geeft dus een HEMODYNAMISCHE RESPONS via onrechtstreekse metingen
● Vooral gebruikt voor bepaalde stoffen (receptoren) te lokaliseren in de hersenen voor bepaalde
neurotransmitters
● Stimulatie – rust = activiteit
!! steeds een basis-activiteit
1.3.4 fMRI = functionele magnetische resonantie beeldvorming
= correlatieve techniek, functionele beeldvorming
● Temporele resolutie: vrij laag (+- 10s)
● Spatiale resolutie: laag maar beter dan PET, EEG en
MEG
● Invasief: neen & pijnloos (voordeel tov PET want
herhaaldelijke metingen)
● Methode:
o Sterk magnetisch veld opgewekt (3 Tesla bij
mens, kleinere dieren 9T)
o BOLD (blood oxygenation level dependent)
meten = HEMODYNAMISCHE RESPONS,
we meten dus verschillen in doorbloeding van
actieve hersengebieden of de verschillen in
verhouding van oxy- en deoxyhemoglobine
o Ook een POPULATIEANTWOORD, dat onrechtstreeks is want we zijn geïnteresseerd in
de elektrische activiteit
o BOLD moet voor verschillende stimuli gemeten worden => dan vergelijken
