Use LEFT and RIGHT arrow keys to navigate between flashcards;
Use UP and DOWN arrow keys to flip the card;
H to show hint;
A reads text to speech;
27 Cards in this Set
- Front
- Back
|
Dankzij de spectaculaire technologiscbe ontwikkelingen van de laatste jaren is het arsenaal van technieken waarmee het brein kan worden bestudeerd, aanzienlijk uitgebreid.
Tot voor kort was de neurowetenschapper hoofdzakelijk beperkt tot |
laesieonder zoek.
In proefdieren werden selectieve hersenbeschadigingen aangebracht waarna de gedragsveranderingen van deze dieren konden worden geob erveerd.
Extrapolatie van de dierlijke modellen naar het complex menselijk brein en gedrag bleken vooral bij de interpretatie van hogere cognitieve functies uiterst speculatief. Bij de mens konden de gedragsveranderingen na accidentele laesies slechts na de dood in neuroanatomisch postmortaal onderzoek met een eventuele hersenlaesie in verband worden gebracht.
|
|
|
Tegenwoordig is het dankzij moderne beeldvormingstechnieken mogelijk in de nog levende patiënt de |
hersenlaesie nauwkeurig in kaart te brengen en staat er ook een veel groter arsenaal van gestandaardiseerde cognitieve tests en observatiemethoden ter beschikking om de gedragsveranderingen te kunnen beschrijven en evalueren.
Met de modernste technieken is het zelfs mogelijk bepaalde aspecten van functionerende herse nen in kaart te brengen. |
|
|
De studie van natuurlijke accidentele hersenlaesies bij men en vormde lange tijd de hoeksteen van het onderzoek in de gedrag neurologie en neuropychologie.
Zie verder in dit boek onder meer de gevallen van 'Phinea Gage' en 'Tan Tan '. Laesieanalyse is ook een veelgebruikte techniek in het experimenteel onderzoek met laboratoriumdieren.
In deze gevallen wordt het gedrag van het dier onderzocht vóór en na
|
de beschadiging of wegnarne (ablatie) van een specifiek deel van de her enen.
Het voordeel van het gebruik van laboratoriumdieren is dat de laesie willekeurig kan worden aangebracht op een doelbewuste plaats in het brein.
Natuurlijke Laesies zoals veroorzaakt door een hersen bloeding of een hersentrauma zullen zich immers zelden tot een welbepaalde hersenregio beperken.
Het gebruik van proefdieren draagt derhalve in belangrijke mate bij tot de preci ie en daarbij ook tot het belang en het nut van de laesieanalysebenadering. Uiteraard spelen bij het gebruik van proefdieren belangrijke ethische overwegi ngen en i het gebruik van proefdieren voor weten chappelijk onderzoek zeer streng gereglementeerd. |
|
|
Experimentele hersenlaesies kunnen op verschillende man ieren worden aangebracht.
Een van de meest eenvoudige (tenminste voor gemakkelijk toegankelijke hersenzones) is |
het chirurgisch verwijderen van bet doelgebied. Met een chirurgisch lancet wordt de geviseerde structuur weggedissecteerd of door middel van aspiraties met een pipet weggezogen.
Deze technieken zijn vooral bruikbaar voor de verwijdering van weefsel aan het hersenoppervlak waar de doelzone visueel kan worden afgebakend. |
|
|
Wanneer men dieper gelegen hersenstructuren wil laesioneren , wordt vaak gebruik gemaakt van een diepte-elektrode waardoor een hoogfrequente stroom wordt geleid.
De hoogfrequente golven verhitten de omgeving van de elektrode en het is deze hitte die de zenuwcellen vernietigt. De elektrode wordt naar de doelregio geleid door middel van |
een stereotactisch apparaat. Een stereotactisch apparaat is een mechanisch positie-instrument dat op een gestandaardiseerde manier op de schedel wordt gefixeerd.
Op basis van een aantal schedelkenmerken kan de onderzoeker met behulp van een stereotactische atlas (een kaart van de typische hersen- en schedelstructuur voor een bepaalde diersoort) de coördinaten berekenen van dieper gelegen hersenweefsel dat moet worden gelaesioneerd.
Stereotactische procedures worden ook gebruikt in de menselijke neurochirurgie om therapeutische hersenlaesies in de diepere regionen van het brein toe te brengen. Bij deze geneeskundige toepassingen worden geen schedelkenmerken maar radiografische beelden gebruikt om de doelzone te berekenen. |
|
|
Ook chemische procedures kunnen worden gebruikt om specifieke hersenlaesies te veroorzaken . Hierbij wordt gebruik gemaakt van zenuwvergiften of neurotoxines die door middel van een stereotactisch gepositioneerde canule worden geïnjecteerd .
Het voordeel van de neurotoxines is dat zij hersenlaesies veroorzaken die |
enkel de cellichamen van de neuronen vernietigen waarmee zij in contact worden gebracht maar geen schade toebren gen aan de zenuwvezels (axonen) van cellen die doorheen deze regio lopen.
Zeer specifieke types van neurotoxines vernietigen enkel cellen met bepaalde chemische eigenschappen. |
|
|
Ten slotte kunnen ook tijdelijke laesies worden gemaakt door middel van een |
gekoelde sonde of cryosonde.
Een cryosonde verlaagt de temperatuur in de zenuw cellen waarmee ze in aanraking komt zodat ze niet langer kunnen functioneren. Geduren de dit interval wordt een functionele hersenlaesie veroorzaakt. Wanneer de probe wordt afgezet of verwijderd, warmen de zenuwcellen zich opnieuw op en functioneren ze weer normaal.
Deze procedure laat zeer gedetailleerde vergelijkingen toe tussen de intervallen waarin de probe aan- of uitgeschakeld is. |
|
|
Hoe nauwkeurig een her enlaesie ook wordt toegebracht , het is steeds lastig de gedragseffecten van de laesie te interpreteren .
1 2 3
|
-Eerst en vooral kunnen zelfs experimentele hersenlaesies niet perfect worden uitgevoerd.
Vooral wanneer het doelgebied een zeer klei ne structuur is, zal de schade zich onvermijdelijk uitbreiden over het omgevende weefsel. Het analyseren van deze onvrijwillige schade is van belang voor de betrouw baarheid van het experi ment zodat histologisch onderzoek na het experiment noodzakelijk blijft om de 'kwaliteit' van de laesie te kunnen determineren.
-Een tweede hieraan gekoppeld aspect is de onvrijwillige schade die wordt toegebracht aan naburige vezelba nen. Haast elke celkern wordt omgeven door zenuwvezels die door deze regio lopen maar er niet mee synapteren. Wanneer deze vezel per ongeluk worden beschadigd bij de laesionering van een doelstructuur, kunnen belangrijke gedragsmatige effecten optreden die niets te maken hebben met de functie van de onderzochte structuur. Zoals gesteld kunnen neurotoxische laesie dit probleem helpen voorkomen.
-Een derde en meer fundamenteel probleem bij de Jaesieanalyse is dat specifieke functies vaak worden waargenomen door een verspreid aantal hersengebieden. De vernietiging van een bepaald deel van het circuit kan leiden tot gedragsveranderingen die moeilijk te begrijpen zijn . Een bepaalde functie zoals ruimtelijke oriëntatie kan worden verstoord door hersenlaesies omwille van verschillende redenen. Sommige kunnen te maken hebben met het ruimtelijk inzicht zelf maar ook algemene functies van visuele waarneming en analyse en spatiële perceptie kunnen hieraan ten grondslag liggen. |
|
|
-Eerst en vooral kunnen zelfs experimentele hersenlaesies niet perfect worden uitgevoerd.
Vooral wanneer het doelgebied |
een zeer kleine structuur is, zal de schade zich onvermijdelijk uitbreiden over het omgevende weefsel.
Het analyseren van deze onvrijwillige schade is van belang voor de betrouw baarheid van het experi ment zodat histologisch onderzoek na het experiment noodzakelijk blijft om de 'kwaliteit' van de laesie te kunnen determineren.
|
|
|
-Een tweede hieraan gekoppeld aspect is |
de onvrijwillige schade die wordt toegebracht aan naburige vezelbanen.
Haast elke celkern wordt omgeven door zenuwvezels die door deze regio lopen maar er niet mee synapteren. Wanneer deze vezel per ongeluk worden beschadigd bij de laesionering van een doelstructuur, kunnen belangrijke gedragsmatige effecten optreden die niets te maken hebben met de functie van de onderzochte structuur. Zoals gesteld kunnen neurotoxische laesie dit probleem helpen voorkomen.
|
|
|
-Een derde en meer fundamenteel probleem bij de laesieanalyse is dat specifieke functies vaak worden waargenomen door |
een verspreid aantal hersengebieden.
De vernietiging van een bepaald deel van het circuit kan leiden tot gedragsveranderingen die moeilijk te begrijpen zijn . Een bepaalde functie zoals ruimtelijke oriëntatie kan worden verstoord door hersenlaesies omwille van verschillende redenen.
Sommige kunnen te maken hebben met het ruimtelijk inzicht zelf maar ook algemene functies van visuele waarneming en analyse en spatiële perceptie kunnen hieraan ten grondslag liggen. |
|
|
Omdat het gedrag zo complex is, zijn er
|
ook gedetailleerde gedragsanalyses nodig om de precieze aarde van het deficit geproduceerd door de hersenlaesie te identificeren. |
|
|
Deze stimulatie voorziet in een artificiële activatie.
Elektrische hersenstimulatie is een effectieve manier om
|
de functionele neuronale verbindingen tussen twee hersenregio's te onderzoeken.
Wanneer een elektrische stimulus van een area een elektrische respons in een andere area uitlokt, moet er een bepaald functioneel verband zijn die de beide hersenregio's van het brein met elkaar verbi ndt. Meer gespecialiseerde teclmieken van elektrofysiologische stimulatie zijn in staat om zelfs individuele zenu wcellen te stimule ren. Meestal wordt echter een populatie van cellen geactiveerd in de regio van de elektrode.
Het probleem van elektrische stimulatie is opnieu w dat de stimulus nooit zeer nauwkeurig kan worden gelokaliseerd en dat de stimulatie van vezels die doorheen de gestimuleerde regio lopen, activatie kan uitlokken i n verder gelegen gebieden van het zenuwstelsel. |
|
|
Ook in de levende mens heeft de elektriche stimulatie haar toepassing in de neuro chirurgie, onder meer in het afbakenen van de functionele regio's van het brein bij patiënten waar een |
epileptogene focus moet worden verwijderd die zich in de buurt van de taalzones in de cerebrale cortex bevindt.
Anderzijds kan elektrofysiologische stimu latie een ontregelend of laesionerend effect op de normale werking van een hersenzone uitoefenen.
|
|
|
Deze techniek wordt onder meer gebruikt in de neurochirurgische behandeling van patiënten met de ziekte van Parkinson.
Een elektrode wordt onder plaatselijke verdoving in de basale ganglia aangebracht. Wanneer de elektrode onder spanning wordt gebracht, gaat deze een motoriek-inhiberende kern van de basale ganglia onderdruk ken/uitschakelen, wat een aantal motorische symptomen van de patiënt gunstig beïn vloedt.
Elektrische stimulatie heeft hier dus geen activerend maar |
een inhiberend effect. |
|
|
De hersenen kunnen ook op chemische wijze worden gestimuleerd. Denken we alleen maar aan het ruime assortiment van pychofarmacologische producten en drugs die door inslikken of inspuiten in de algemene circulatie worden opgenomen en belangrijke gedragsveranderingen kunnen bewerkstelligen .
In experimenteel onderzoek wordt deze methode onder meer aangewend door |
een chemische stof via een smalle canule in een welbepaalde hersenregio te injecteren. Bij proefdieren kan de canule eventueel worden ingeplant.
|
|
|
Recent ontwikkelde zich een nieuwe volledig niet-invasieve procedure voor het stimuleren van neuronen door middel van |
gerichte magnetische velden in plaats van door elektrische stroom of chemische substanties .
Aan de oppervlakte van de schedel wordt een gericht magnetisch veld opgewekt dat in staat is lokaal de regio's van de onderliggende hersenen te stimuleren en elektrische ontladingen in dit weefsel te bewerk |
|
|
Zenuwcellen zijn echter speciaal toegerust om informatie te verwerken en te vervoeren door middel van variaties in deze elektrische lading. Het functioneren van de hersenen kan ten dele worden afgeleid uit de meting van de elektrische signalen die de zenuwcellen produceren .
Aangezien de elektrische signalen die door de zenuwcellen worden geproduceerd , zeer klein zijn, moeten zij aanzienlijk worden versterkt alvorens ze kunnen worden gemeten.
Het signaal zelf wordt opgevangen door een aantal elektroden die worden bevestigd op de schedel en verbonden zijn met de versterker. Het versterkte signaal wordt meestal op visuele wijze uitgebeeld hetzij op een scherm, hetzij als een min of meer grillige lijn op een papierrol. In beide gevallen toont deze voorstelling het gemeten voltage op de ordinaat in functie van de tijd op de abscis.
Een dergelijk onderzoek wordt een
|
elektro-encefalogram (EEG) genoemd.
Er worden verschillende patronen van EEG activiteit onderscheiden, de alfa-, bèta-, theta- en delta-activiteit die verschillen in frequentie en amplitude. |
|
|
In wakende toestand wordt het menselijk EEG gekenmerkt door een afwisseling van twee patronen : -de alfa-activiteit, een ritmische golf van hoge amplitude tussen 8 en 12 Hz (Hertz, of cycli per seconde) en -een bèta-activiteit, een laag voltagetracé van 13-25 Hz.
Theta-activiteit heeft een gemiddelde amplitude en een frequentie tussen 5 en 7 Hz. Bij mensen wordt theta-activiteit in het EEG vooral waargenomen bij |
slaperigheid.
Het deltapatroon ten slotte is een trage golf (minder dan 4 Hz) met een grote amplitude die wordt waargenomen tijdens de niet-droornfase van de slaap. |
|
|
Het EEG ontstaat vooral door de activiteit van grote aantallen zenuwcellen in de hersenen.
Door de isolerende kwaliteit van de schedel waardoor de elektrische signalen moeten worden beluisterd, blijft een precieze lokalisatie van de EEG-patronen moeilijk.
|
component van het EEG die wordt uitgelokt in associatie met sensorische, motorische of mentale gebeurtenissen.
ERP's worden gebruikt om de tijdsduur van hogere corticale processen zoals perceptie en attentie te meten. ERP's zijn kleine elektrische fluctuaties die worden geproduceerd door de verwerking van een zintuiglijke stimulus of een motorische gebeurtenis en die normaal onzichtbaar zijn door de elektrische signalen die veroorzaakt worden door andere niet gerelateerde hersenactiviteit.
Zo is het bijvoorbeeld mogelijk om gedurende een tiende van een seconde (100 milliseconden) een korte piekactiviteit in het EEG waar te nemen na de aanbieding van een lichtflits. Elke keer wanneer de lichtflits wordt aangeboden, zullen we een EEG-piek ku nnen waarnemen.
Om een duidelijker beeld van deze door de lichtstimulus uitgelokte ERP te verkrijgen kunnen we het gemiddelde maken van ver schillende ERP' s die alle door eenzelfde lichtflits werden uitgelokt. |
|
|
Door deze techniek toe te passen kan men de EEG-activiteit die niet in verband staat met de lichtflits, onderdrukken en wordt de gemiddelde ERP-golf duidelijker. Deze methode wordt toegepast op |
een brede waaier van zintuiglijke stimuli en zelfs cognitieve taken. Bij proefdieren en in neurochirurgische toepassingen is het mogelijk beter gelokaliseerde ERP's te bekomen door rechtstreekse inplanting van de registratie-elektrode in het brein. |
|
|
1.10.4 Hîstologische onderzoeksmethoden
In de meeste gevallen moet het weefsel eerst worden gefixeerd om de kenmerken die onderzocht zullen worden, te bewaren. Het neuronale weefsel is immers zacht en waterig. De fixatie maakt meestal gebruik van een bepaalde chemische stof zoals formaline om het weefsel te verharden.
Ook bevriezen kan worden gebruikt om het weefsel te stabiliseren. Wanneer het weefsel verhard is, wordt het
|
in zeer dunne, haast doorzichtige coupes versneden. Die microscopisch dunne sneden worden op glas gemonteerd en zijn dun genoeg om licht door te laten maar bieden vaak onvoldoende contrast om de verschillende kenmerken van het weefsel te kunnen onderscheiden.
|
|
|
De sneden worden daarom gekleurd om bepaalde kerunerken van het weefsel selectief te verdonkeren of te verkleuren.
Door verschillende kleurtechnieken te gebruiken kunnen andere kenmerken van het weefsel naar voren worden gebracht.
Een beproefde methode is |
-de Golgi-zilverkleuring die de eigenschap heeft om een aantal individuele cellen in het specimen te kleuren. Omdat er slecht enkele cellen worden gekleurd, kan de volledige cel met cellichaam en vertakkingen duidelijk worden waargenomen. Deze methode is ongetwijfeld de beste histologische procedure om individuele zenuwcellen te visualiseren.
-Een andere methode is de Nissl-kleuring waarbij enkel de cellichamen van de individuele cellen worden verkleurd, terwijl de vertakkingen van de cel transparant blijven. Dankzij deze techniek kan men de spreiding van de cellichamen in het specimen visualiseren. Neuronen beschikken over lange vertakkingen (axonen) die contact maken met andere neuronen en informatie over de hersenen ver preiden. Veel van deze axonen zijn gewikkeld in myeline, een vetachtige schede die al een soort isolatielaag de transfer van informatie doorheen het axon verbetert.
Speciale myelinekleuringen zoals -de Weigert-kleuring gaan deze beschermende mantel selectief verkleuren zodat deze methode de trajecten van de axonen doorheen het brein kan visualiseren.
-Naast deze klassieke methode bestaan er uiteraard ook meer moderne histologische technieken die onder meer gebruik maken van radioactieve labels. |
|
|
|
-computertomografie (CT), -nucleo magnetische resonantie (NMR) en -positron emissie tomografie (PET).
Deze technieken maken het mogelijk om zowel de hersenanatomie als patronen van hersenactiviteit in levende mensen te bestuderen. |
|
|
1.10.5.1 Computertomografie (CT)
In het CT-onderzoek wordt |
een dunne röntgenstraal doorheen het hoofd geleid vanuit verschillende hoeken.
De hoeveelheid geabsorbeerde straling van elke sectie wordt gemeten. Combinatie van de verschillende metingen stelt een computerprogramma in staat de densiteit of dichtheid van het weefsel op elk punt van de doorsnede te meten.
Op deze wijze reconstrueert de CT een beeld van een horizontale snede als werd ze chirurgisch uit het brein gesneden. |
|
|
NMR gebruikt het fenomeen van nucleomagnetische resonantie waarbij radiogolven in een sterk magnetisch veld worden gebruikt om reacties van een bepaald atoom dat aanwezig is in het hersenweefsel, meestal waterstof , te bewerkstelligen.
Deze techniek zorgt ervoor dat de waterstofatomen in het brein op synchrone wijze roteren . Vervolgens meet men de minieme spannings veranderingen die door deze waterstofatomen worden geproduceerd.
Het fenomeen van magnetische resonantie biedt een belangrijk aantal voordelen.
|
-Eerst en vooral komt er in tegenstelling tot CT geen ioniserende straling aan te pas. NMR kan bijgevolg bij herhaling veilig worden gebruikt.
-Ten tweede hebben NMR-beelden een zeer fijne spatiële resolutie zodat zij neuroanatomiscbe beelden zeer gedetailleerd ku nnen weergeven .
-Ten derde is het bij de NMR mogelijk om niet alleen horizontale doorsneden te bekomen maar kan het brein vanuit haast elke boek worden gevisualiseerd en kunnen zelfs driedimensionale beelden van het brein worden bekomen.
-Ten slotte kunnen met recente NMR-methoden niet alleen hersenstructuren maar ook hersenfuncties gevisualiseerd worden zoals cerebrale bloedvoorziening en zuurstofverbruik. |
|
|
Een veelgebruikte merkstof is fluordesoxyglucose , een substantie die door de cellen wordt opgenomen wanneer zij glucose in zich opnemen. Gedurende een periode van enkele minuten zullen de metabolisch actieve delen van het brein meer fluordesoxyglucose opnemen dan de minder actieve regio 's.
De opstapeling van de merkstof in het brein toont derhalve
|
het patroon van hersenactivatie voor een welbepaalde taak. De verspreiding van de merkstof in het brein wordt gemeten via het radioactieve verval van de positron emitterende isotoop.
Op een bepaald tijdstip na de injectie wordt het positron uitgestraald vanuit de isotoop. Na het afleggen van een korte afstand botst het positron op een elektron.
Beide worden vernietigd (ondergaan annihilatie) en omgezet in twee fotonen die in tegenoverge telde richting van elkaar wegschieten. De PET-scanner detecteert deze fotonen en kan de locatie van de annihilatie (en dus van de isotoop) bepalen . |
