Neurofysiologie: taal en spraak
H1: Inleiding
Doel van cursus: onderzoeken hoe taalprocessen gerealiseerd worden in de menselijke
hersenen (volledig gebaseerd op mens)
1.1 Historiek
● Voor 1800: hersenfuncties zijn gelokaliseerd in de hersenventrikels
● Swedenborg en Gall: belang van hersenschors
○ Corticale sulci verliepen volgens een consistent patroon
○ Verschillende hersengebieden vervullen verschillende functies
● 1865: bovenstaande hypothese werd vastgesteld door P. Broca adhv van casus ‘Tan’
○ Begrip was gespaard, productie niet (enkel het woord Tan en #
uitdrukkingen)
○ Autopsie: focaal letsel in de gyrus frontalis inferior links
○ => taal berust op hersengebieden en wordt niet diffuus door de hersenen op
hun geheel verwerkt
Wernicke-Lichtheim-Geschwind model = model voor taalverwerking
● Auditief woordbegrip:
○ Vanuit g. Heschl gaat signaal -> Wernicke-gebied (akoestische voorstellingen)
○ Vanuit Wernicke-gebied: voorstellingen worden gekoppeld aan de
voorstelling die verspreid zijn over de cx
● Mondelinge woordproductie:
Weg 1:
○ Activatie betekenis
○ Broca’s area:
■ representatie voor het articuleren van woorden = motor image
■ Overeenkomstige morphemen geassembleerd
○ Orofaciale musculatuur + motorische kernen in hersenstam
Weg 2:
○ Activatie betekenis
○ Wernicke-gebied: acoustic image
○ Broca-gebied: motor image
● Lezen
○ Area’s 17, 18 en 19
○ Area 39: gyrus angularis
■ Wernicke-gebied voor lezen in stilte
■ Wernicke en Broca voor luidop lezen
,AFASIE:
● Broca: normaal begrip
● Wernicke: begripsstoornis
1.2 Methodes
1.2.1 Elektrofysiologische methodes
-> sommige klassen van neuronen functioneren als elektrische dipool, dipolen kunnen
gemeten worden die door de neuronen gegenereerd worden.
!! neuronen dienen eenzelfde oriëntatie te hebben: sommige neuronen in alle richtingen en
sommige mooi op een lijn = pyramidale neuronen - gaan dipolen maken en dat wordt
gesommeerd
als een groep van neuronen met dezelfde oriëntatie ge(de)polariseerd wordt, creëert de
gesommeerde elektrische dipool een elektromagnetisch veld (open veld).
● De elektrische component van dit veld wordt gemeten met EEG
○ sommering van neuronen
● De magnetische component van dit veld wordt gemeten met MEG.
○ magnetisch veld: vooral sulci
!! elektrisch en magnetisch niet zomaar op dezelfde manier georiënteerd
1.2.1.1 Elektro-encephalogram/EEG
= meting van elektrische activiteit van de onderliggende neuronen in hersenen door
elektroden op de schedel
● niet-invasief
● temporele resolutie: sterk
● spatiale resolutie: zwak
1.2.1.2 Geëvoceerde potentialen/EP
= meting van elektrische activiteit tov een bepaald tijdstip dat overeenstemt met optreden
van een bepaalde experimentele gebeurtenis (visueel, auditief, cognitief, …)
-> geleidingssnelheid van zenuwen
● Stimulus op scherm roept elektrische respons op -> hoeveelheid activiteit verandert
door een stimulus maar is maar een hele kleine fractie tov spontane elektriciteit
● Kleine fractie verschilt in een bepaald opzicht van grotere hoeveelheid spontane
activiteit -> kent tijdsverloop tov begin van woord
○ Spontaan: geen tijdsrelatie
○ Geëvoceerd: tijdsrelatie -> veel events geven die activiteit uithalen die een
bepaald tijdsverloop heeft tov onset van experimenteel event
Vaste curve: effect van experimenteel event eruit halen door meerdere curves samen te
nemen want spontane activiteit heeft geen rechtstreekse relatie met event
,Oddball experiment: laagfrequente stimulus is oddball stimulus
● bij 400 ms positieve uitwijking bij zeldzame stimulus: laagfrequente stimulus
aangeboden tov reek van hoogfrequentie stimulus
● toepassing van geëvoceerde potentialen
Klinische einddoelen:
● visueel geëvoceerde potentialen = VEP
● auditief geëvoceerde potentialen = BAEP
● somatosensorieel geëvoceerde potentialen = SSEP
Beperkingen:
● meet neuronen die dezelfde oriëntatie hebben en synchroon geactiveerd worden
● elektrisch veld vermindert met kwadraat van de afstand
● lage anatomische resolutie (wel hoge tijdsresolutie - belangrijk voor taal en spraak)
○ geen onderscheid tussen effecten die cm uit elkaar liggen in hersenen
1.2.1.3 Magneto-encephalogram/MEG
= meting van magnetisch veld gegenereerd door neuronen in de sleuven
! erg dure methode
● temporele resolutie: sterk
● spatiale resolutie: redelijk
! Genereert heel veel data maar er is geen eensgezindheid hoe je data standaard moet
analyseren
1.2.1.4 TMS
Achtvormige spoel die tegen de scalp wordt gehouden -> magnetisch veld aanleggen ->
activiteit in de hersenen onder de spoel beïnvloeden
● inhiberend of stimulerend
● performantie verbeteren of verslechteren
= magnetische stimulatie van onderliggende hersencortex -> omkeerbare inactivatie van
onderliggende cortex (transient letsel in de normale hersenen)
● Twee verschillende manieren:
○ Single- of dual-pulse: gedurende enkele ms een magnetisch puls boven een
bepaald deel van de schedel
○ Repetitieve TMS: een trein van pulsen gedurende een aantal minuten
■ meer langdurig effect
Beperkingen:
● enkel aan oppervlak van hersenen
● een goed fysisch model van hoe neuronen worden beïnvloed is heel moeilijk
, ○ moeilijk om te zeggen wat ze net gedaan hebben:
■ wat heb ik gestimuleerd? heb ik gestimuleerd?
● moeilijk om precies af te lijnen welk deel van de hersenschors door de TMS
beïnvloed is
○ OPL: TMS combineren met fMRI om te bepalen welke delen van de hersenen
veranderen qua activiteit.
1.2.1.5 Registratie van elektrische activiteit op corticale oppervlak
● enkel mogelijk tijdens een ingreep na schedeltrepanatie (vnl. tijdens
epilepsiechirurgie) => invasief
● neuronale antwoorden worden gemeten tijdens taaltaken of neuronale ensembles
worden kunstmatig elektrisch gestimuleerd
● steeds enkel in functie van het voordeel voor de patiënt zelf
○ enkel met medische reden vb. epilepsie
○ dus niet de hersenen van een ‘normaal’ persoon
● Hoge tijdsresolutie en hoge spatiale resolutie
1.2.1.6 Single neuron electrode recording
= elektrode die de activiteiten van of enkele neuronen meet.
● hoge spatiale en temporele resolutie
Beperkingen:
● slechts een beperkt aantal neuronen onderzoeken
○ OPL: multi-electrode arrays -> verschillende elektroden of metingen waarbij
men in verschillende gebieden tegelijk meet
1.2.2 Hemodynamische methodes
: als de globale synaptische activiteit van een populatie van neuronen toeneemt, neemt ook
de lokale bloedtoevoer toe.
Hemodynamische respons = de lokale vasodilatatie in respons op verhoogde activiteit.
H1: Inleiding
Doel van cursus: onderzoeken hoe taalprocessen gerealiseerd worden in de menselijke
hersenen (volledig gebaseerd op mens)
1.1 Historiek
● Voor 1800: hersenfuncties zijn gelokaliseerd in de hersenventrikels
● Swedenborg en Gall: belang van hersenschors
○ Corticale sulci verliepen volgens een consistent patroon
○ Verschillende hersengebieden vervullen verschillende functies
● 1865: bovenstaande hypothese werd vastgesteld door P. Broca adhv van casus ‘Tan’
○ Begrip was gespaard, productie niet (enkel het woord Tan en #
uitdrukkingen)
○ Autopsie: focaal letsel in de gyrus frontalis inferior links
○ => taal berust op hersengebieden en wordt niet diffuus door de hersenen op
hun geheel verwerkt
Wernicke-Lichtheim-Geschwind model = model voor taalverwerking
● Auditief woordbegrip:
○ Vanuit g. Heschl gaat signaal -> Wernicke-gebied (akoestische voorstellingen)
○ Vanuit Wernicke-gebied: voorstellingen worden gekoppeld aan de
voorstelling die verspreid zijn over de cx
● Mondelinge woordproductie:
Weg 1:
○ Activatie betekenis
○ Broca’s area:
■ representatie voor het articuleren van woorden = motor image
■ Overeenkomstige morphemen geassembleerd
○ Orofaciale musculatuur + motorische kernen in hersenstam
Weg 2:
○ Activatie betekenis
○ Wernicke-gebied: acoustic image
○ Broca-gebied: motor image
● Lezen
○ Area’s 17, 18 en 19
○ Area 39: gyrus angularis
■ Wernicke-gebied voor lezen in stilte
■ Wernicke en Broca voor luidop lezen
,AFASIE:
● Broca: normaal begrip
● Wernicke: begripsstoornis
1.2 Methodes
1.2.1 Elektrofysiologische methodes
-> sommige klassen van neuronen functioneren als elektrische dipool, dipolen kunnen
gemeten worden die door de neuronen gegenereerd worden.
!! neuronen dienen eenzelfde oriëntatie te hebben: sommige neuronen in alle richtingen en
sommige mooi op een lijn = pyramidale neuronen - gaan dipolen maken en dat wordt
gesommeerd
als een groep van neuronen met dezelfde oriëntatie ge(de)polariseerd wordt, creëert de
gesommeerde elektrische dipool een elektromagnetisch veld (open veld).
● De elektrische component van dit veld wordt gemeten met EEG
○ sommering van neuronen
● De magnetische component van dit veld wordt gemeten met MEG.
○ magnetisch veld: vooral sulci
!! elektrisch en magnetisch niet zomaar op dezelfde manier georiënteerd
1.2.1.1 Elektro-encephalogram/EEG
= meting van elektrische activiteit van de onderliggende neuronen in hersenen door
elektroden op de schedel
● niet-invasief
● temporele resolutie: sterk
● spatiale resolutie: zwak
1.2.1.2 Geëvoceerde potentialen/EP
= meting van elektrische activiteit tov een bepaald tijdstip dat overeenstemt met optreden
van een bepaalde experimentele gebeurtenis (visueel, auditief, cognitief, …)
-> geleidingssnelheid van zenuwen
● Stimulus op scherm roept elektrische respons op -> hoeveelheid activiteit verandert
door een stimulus maar is maar een hele kleine fractie tov spontane elektriciteit
● Kleine fractie verschilt in een bepaald opzicht van grotere hoeveelheid spontane
activiteit -> kent tijdsverloop tov begin van woord
○ Spontaan: geen tijdsrelatie
○ Geëvoceerd: tijdsrelatie -> veel events geven die activiteit uithalen die een
bepaald tijdsverloop heeft tov onset van experimenteel event
Vaste curve: effect van experimenteel event eruit halen door meerdere curves samen te
nemen want spontane activiteit heeft geen rechtstreekse relatie met event
,Oddball experiment: laagfrequente stimulus is oddball stimulus
● bij 400 ms positieve uitwijking bij zeldzame stimulus: laagfrequente stimulus
aangeboden tov reek van hoogfrequentie stimulus
● toepassing van geëvoceerde potentialen
Klinische einddoelen:
● visueel geëvoceerde potentialen = VEP
● auditief geëvoceerde potentialen = BAEP
● somatosensorieel geëvoceerde potentialen = SSEP
Beperkingen:
● meet neuronen die dezelfde oriëntatie hebben en synchroon geactiveerd worden
● elektrisch veld vermindert met kwadraat van de afstand
● lage anatomische resolutie (wel hoge tijdsresolutie - belangrijk voor taal en spraak)
○ geen onderscheid tussen effecten die cm uit elkaar liggen in hersenen
1.2.1.3 Magneto-encephalogram/MEG
= meting van magnetisch veld gegenereerd door neuronen in de sleuven
! erg dure methode
● temporele resolutie: sterk
● spatiale resolutie: redelijk
! Genereert heel veel data maar er is geen eensgezindheid hoe je data standaard moet
analyseren
1.2.1.4 TMS
Achtvormige spoel die tegen de scalp wordt gehouden -> magnetisch veld aanleggen ->
activiteit in de hersenen onder de spoel beïnvloeden
● inhiberend of stimulerend
● performantie verbeteren of verslechteren
= magnetische stimulatie van onderliggende hersencortex -> omkeerbare inactivatie van
onderliggende cortex (transient letsel in de normale hersenen)
● Twee verschillende manieren:
○ Single- of dual-pulse: gedurende enkele ms een magnetisch puls boven een
bepaald deel van de schedel
○ Repetitieve TMS: een trein van pulsen gedurende een aantal minuten
■ meer langdurig effect
Beperkingen:
● enkel aan oppervlak van hersenen
● een goed fysisch model van hoe neuronen worden beïnvloed is heel moeilijk
, ○ moeilijk om te zeggen wat ze net gedaan hebben:
■ wat heb ik gestimuleerd? heb ik gestimuleerd?
● moeilijk om precies af te lijnen welk deel van de hersenschors door de TMS
beïnvloed is
○ OPL: TMS combineren met fMRI om te bepalen welke delen van de hersenen
veranderen qua activiteit.
1.2.1.5 Registratie van elektrische activiteit op corticale oppervlak
● enkel mogelijk tijdens een ingreep na schedeltrepanatie (vnl. tijdens
epilepsiechirurgie) => invasief
● neuronale antwoorden worden gemeten tijdens taaltaken of neuronale ensembles
worden kunstmatig elektrisch gestimuleerd
● steeds enkel in functie van het voordeel voor de patiënt zelf
○ enkel met medische reden vb. epilepsie
○ dus niet de hersenen van een ‘normaal’ persoon
● Hoge tijdsresolutie en hoge spatiale resolutie
1.2.1.6 Single neuron electrode recording
= elektrode die de activiteiten van of enkele neuronen meet.
● hoge spatiale en temporele resolutie
Beperkingen:
● slechts een beperkt aantal neuronen onderzoeken
○ OPL: multi-electrode arrays -> verschillende elektroden of metingen waarbij
men in verschillende gebieden tegelijk meet
1.2.2 Hemodynamische methodes
: als de globale synaptische activiteit van een populatie van neuronen toeneemt, neemt ook
de lokale bloedtoevoer toe.
Hemodynamische respons = de lokale vasodilatatie in respons op verhoogde activiteit.
