Methoden hersenonderzoek

Transcriptie

1

2 Methoden hersenonderzoek Beschadigingen Meting van individuele neuronen Elektrische stimulatie Imaging technieken (Pet, fmri) EEG Psychofarmaca/drugs TMS Localisatie Voorbeeld: Het brein van Broca s patient (1861) Broca en Wernicke (1881)

3 Wat bewijst zoiets precies? Leasies zijn zelden precies beperkt Brein van een Wernicke-patient gespecialiseerde neuronen in apen voor apenkoppen in specifieke orientatie

4 PET (PositronEmission Tomography)-scans en fmri (functional Magnetic Resonance)- scans meten doorbloeding/stofwisseling hersengebieden Transcraniale Magnetische Stimulatie (TMS) en neuroplasticiteit TMS wordt gebruikt om : Corticospinale exciteerbaarheid te bepalen Corticale gebieden en hun functies te mappen Connectiviteit in neurale netwerken te bestuderen De functionele bijdrage van corticale gebieden in een specifieke taak te onderzoeken Intracorticale exciteerbaarheid te bepalen Kort of langer niveau van corticale exciteerbaarheid te moduleren

5 Historiek van TMS Thompson, 1910 Magnusson & Stevens, 1911 Barker, 1984 Common rtms machines Magstim Dantec Transcranial Magnetic Stimulation allows the Safe, Non-invasive and Painless Stimulation of the Human Brain Cortex. Cadwell TMS ter hoogte van motorische cortex: activatie van corticospinale baan via stimulatie van pyramidale cellen activatie -motorneuronen t.h.v. ruggemerg meetbare activiteit (m.b.v. electromyografie) in contralaterale spier

6 Primary Motor cortex Back Front Voordelen van TMS: virtuele patiënten Real lesion Braille Alexia Hamilton et al., Rapporteerden een case van een blinde vrouw die het vermogen om braille te lezen na een bilaterale occipitale laesie Blue = sighted; Red = blind Cohen et al., Occipitale TMS verstoord braille lezen bij blinden maar niet in de controlegroep Het spatiale en temporele bereik van enkele technieken die gebruikt worden bij de studie van het brein

7 Inleiding Plasticiteit van hersenen: mogelijkheid om functionele en structurele veranderingen te vertonen. Functionele = korte-termijn veranderingen in efficiëntie of sterkte van synaptische connecties Structurele = lange termijn veranderingen in organisatie en aantal connecties tussen neuronen Basisprincipes van hersenplasticiteit 1. Plasticiteit betekent voordeel halen uit ervaring en oefening 2. Plasticiteit hoofdzakelijk ten gevolge van veranderingen in synaps: Veranderingen in axon terminalen, Dendritische arborisatie, Veranderingen in ultrastructuur van bepaalde synapsen Plasticiteit op neuronaal niveau

8 Productie van nieuwe synapsen Verlies van oude synapsen Wijziging van bestaande synapsen (fijne tuningkritische periodes en regulatie van de effectiviteit van synapsen) Plasticiteit op neuronaal niveau

9 Basisprincipes van hersenplasticiteit 3. Plastische veranderingen na hersenaandoening zijn gelijkaardig aan deze tijdens leerprocessen en ontwikkeling en veroudering Basismechanismen van synaptische verandering bij oefenen kunnen dan ook gebruikt worden bij herstel Basisprincipes van hersenplasticiteit 4. Beperkingen in de mate waarin het centraal zenuwstelsel kan veranderen Plastischer/dynamischer dan vroeger werd gedacht Tot op hoge leeftijd kunnen structurele veranderingen optreden Vb herstel van CVA Basisprincipes van hersenplasticiteit 5. Plasticiteit heeft niet altijd functionele voordelen Vb: dementie 6. Functieherstel na hersenaandoening is moeilijk aan te tonen daar mensen compenseren voor tekorten

10 Basisprincipes van hersenplasticiteit 7. Verband tussen hersenplasticiteit en functieherstel heeft klinische implicaties Plastische veranderingen bij herstel proberen op gang te brengen 8. Ervaring kan leiden tot veranderingen van diffuse of selectieve aard Verrijkte omgevingen leiden tot globale veranderingen bij dieren: globale dendritische groei Specifieke oefeningen leiden tot selectieve vooruitgang: selectieve dendritische groei Mensen?? Ervaring en verandering in hersenen Leren kan leiden tot structurele en functionele veranderingen Verandering in zenuwcellen, in interconnecties motorische-sensorische systemen Hertekening van hersengebieden Experimentele evidentie A: Veranderingen in topografische organisatie van de somatosensoriële cortex B: Verandering in functionele mapping van motorische corticale gebieden met TMS A: Verandering topografische organisatie somatosensoriele cortex Lichaam is topografisch voorgesteld in somatosensoriële cortex Ieder corticaal neuron heeft receptief veld Een beperkt gebied van het lichaam waarop het neuron bij voorkeur antwoordt of geactiveerd wordt

11 Somato-sensoriële cortex Somato-sensoriële cortex Veranderingen in de topografische organisatie van de somatosensoriele cortex Kaas, Merzenich et al. Micro-elektrode registraties om receptieve velden van corticale neuronen te bepalen mappen somatosensoriële cortex gebied van hand en vingers Amputatie van vinger Maanden later: neuronen uit corticale gebied van verwijderde vinger vertonen een respons bij stimulatie van de nabij gelegen intacte vingers

12 Reorganisatie somatosensoriële gebieden na amputatie A) Somatosensoriële cortex van de aap B) Handrepresentatie voor amputatie C) Twee maandan na amputatie van vinger 3 Reorganisatie somatosensoriële gebieden na amputatie bij de mens Reorganisatie somatosensoriële gebieden Dergelijke reorganisatie treedt op na amputatie maar ook na intensieve oefening (Jenkins et al.) Apen worden gestimuleerd om de middenste 3 vingers te gebruiken ten koste van de overige vingers Na langdurig oefenen (>1000x): gebied van corticale vinger-representatie wordt groter

13 Oefenen en corticale representatie A) Gedurende 1 uur per dag gebruik van vinger B) Representatie voor oefenperiode in gebied 3b C) Na oefening Veranderingen in motorische maps bij apen na oefening (Nudo et al., 1997) 2 groepen: - GROEP 1: voedsel uit klein kommetje nemen (fijn motorisch) - GROEP 2: voedsel uit groot kommetje nemen (groot motorisch) Aantal pogingen = 12000

14 Deep brain stimulation bij Parkinson Deep brain stimulation bij Parkinson Kunnen we neuroplasticiteit induceren met kinesitherapeutische interventies?

15 DAY PRE INTERVENTION POST RESULTATEN INTERVENTIE SPIER Pre APB Post APB ADM ADM FCE FCR ECR ECR

16 Experimental design: TENS (3 Weeks) 3 Weeks Baseline (Day 0) Post (Day 21) Follow-up (Day 42) Koen Cuypers, Oron Levin, Herbert Thijs, Stephan P. Swinnen, and Raf L.J. Meesen 2010 Meting Resultaten

17 TENS CONCLUSIE

18