Methoden hersenonderzoek

()&'(&((


 


  


















  

$
 
 

  



 
 

 

*'

  


  
+
!

  

   !



('

  
 
 
   
 
  
('$'''
 
•


(''$'''

   #
 
(''

('''

('''

('''

('''
   %%


•
•
•
•


(





 
 






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)







Wat bewijst zoiets precies? Leasies zijn zelden precies beperkt

Brein van een Wernicke-patient

gespecialiseerde neuronen in apen voor apenkoppen in specifieke orientatie







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







Historiek van TMS

Magnusson &
Stevens, 1911


Thompson, 1910


Barker, 1984


Common rTMS machines


Magstim

Transcranial Magnetic Stimulation allows the Safe, Non-invasive and Painless Stimulation of the Human Brain Cortex.


Dantec

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




 


Primary Motor cortex

Back Front

Voordelen van TMS: virtuele patiënten
Braille Alexia


  


Real lesion

Hamilton et al., 2000. Rapporteerden een case van een blinde vrouw die het vermogen om braille te lezen na een bilaterale occipitale laesie


Cohen et al., 1997. Occipitale TMS verstoord braille lezen bij blinden maar niet in de controlegroep
Blue = sighted; Red = blind


Het spatiale en temporele bereik van enkele technieken die gebruikt worden bij de studie van het brein







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







–
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

 











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







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







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







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




+,)*+)++


Oefenen en corticale representatie

A)
Gedurende 1 uur per dag gebruik van vinger 2-3-4
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





&
•

#

"  
 
"  


! 
" 
#

!
!
" 
•




" 
–

 
! 
–

–

–

–
(''


+-


34023033


Deep brain stimulation bij Parkinson

Deep brain stimulation bij Parkinson

 $ $

"
$
"(%$
Kunnen we neuroplasticiteit induceren met kinesitherapeutische interventies?

#.
/.
'+!"#.
/.
$).
/.
).
/.
(.
/
/

$

 1$"




!"##$$
'" !#%
#

$
'
""
 "$*/
'
"
!!

4232


35


()%'(%((



!#

DAY
1

2

PRE




3

20

INTERVENTION

21

22

POST



!
-()



#




-
*,





-()


 


 


"




-()









)'('


RESULTATEN







 





























INTERVENTIE SPIER


 


 


 


Pre

APB

Post

APB

ADM

ADM

FCE

FCR

ECR

ECR

(+





 

  
 
 
   


 


Experimental design:

TENS (3 Weeks) Baseline (Day 0)

3 Weeks Post (Day 21)

Follow-up (Day 42)

Koen Cuypers, Oron Levin, Herbert Thijs, Stephan P. Swinnen, and Raf L.J. Meesen 2010


Meting

Resultaten




9:489499


TENS CONCLUSIE 5
"
'%!"
 

-'(
 
&$%"


"*%#"%(+
"#"""1

5
#%'
'%!"
 

"(
"'%+"(
&$%


&$&(''1


'
'%"&%" 

&(!* (
%
/,
 '%&
&'%##!
%'&'%
#$

&


 '("
& 
%'
"
!#'#%
*"(#"
"
# %
&*'&
.
"#
$# %/(#"
#+%
'

$%!%.
!#'#%
#%'-
% !
3
*!! 


2
%&("
&
2
 #
 "
2
"&
 #
2
%&("
% #
2
#"%#
3
#"



*%## #.
#
"
:88<


& *'


*%#"%(+
$%#&&"
6 * ($ 
& %#&
6 3372
%"&#"2
!.#'%#&
'%
 %#&
63337
"
$%
!'
"
$%#%&&+
'%*'"
+"
'
#"(
"
!#'#%&
*"(#"%"2
!'
+
%&(&
+# "
+##%

+"&, ''3



9;