Copyright
prof..Anna
Grabowska



Umożliwiają oglądanie zarówno szczegółów
anatomii mózgu żywego człowieka, jak i jego
aktywności w trakcie wykonywania różnych zadań



Zaawansowane programy komputerowe
umożliwiają utworzenie 3-wymiarowego obrazu

METODY OBRAZOWANIA

MÓZGU

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Metody obrazowania mózgu

Strukturalne



CT (tomografia komputerowa)



MRI (rezonans magnetyczny)

Funkcjonalne



PET (emisyjna tomografia pozytonowa)



SPECT (emisyjna tomografia pojedynczego fotonu)



fMRI (funkcjonalny rezonans magnetyczny)



MEG (magnetoencefalografia)



mapowanie EEG i ERP

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Techniki strukturalne ukazują

obraz struktury mózgu

Obraz jest 3-wymiarowy i powstaje ze

złożenia wielu przekrojów mózgu

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Tomografia komputerowa (CT)



Wykorzystuje fakt, że promieniowanie

rentgenowskie jest pochłaniane w różnych

rodzajach tkanek z różną intensywnością: gęste

tkanki absorbują je silniej niż rzadkie



W czasie badania wiązka promieni wnika w

tkankę wielokrotnie, za każdym razem pod

innym kątem



Obraz przestrzenny



Komputerowe przetwarzanie informacji

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Copyright
prof..Anna
Grabowska

MRI



umieszczenie pacjenta w silnym
polu magnetycznym



wysyłanie impulsów o
częstotliwościach radiowych i
rejestracja sygnałów emitowanych
przez namagnesowane tkanki
ujawnienie struktury (gęstości)
tkanek

Copyright
prof..Anna
Grabowska

MRI

Scaner BRUKER – 3 Tesla

192 przekrojów – 1 mm
Wielkość wokseli 1x1x1

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Połączenia anatomiczne pomiędzy płatami mózgu badane metodą

obrazowania tensora dyfuzji (diffusion tensor imaging – DTI)

DTI wykorzystuje zjawisko przemieszczania się

cząsteczek wody (dyfuzji) wzdłuż włókien nerwowych

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Techniki funkcjonalne

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Stanowisko do badań

psychologicznych



system ekspozycji bodźców



system rejestracji odpowiedzi



system synchronizacji akwizycji
sygnałów MR z ekspozycją bodźców

Copyright
prof..Anna
Grabowska



Wszelkie procesy psychiczne związane są z aktywnością
neuronów. Aktywność ta wymaga dostarczenia przez
krew glukozy oraz tlenu - substancji zużywanych w
komórkach w procesach metabolizmu. Te zaś stanowią
podstawę aktywności neuronalnej i produkcji
neurotransmiterów.



Badając przepływ krwi przez poszczególne struktury
oraz stopień jej utlenowania możemy pośrednio
wnioskować o intensywności aktywności tej struktury



Podobne informacje można uzyskać badając metabolizm
glukozy oraz innych substancji aktywnych w mózgu

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Techniki funkcjonalne odzwierciedlają:



nasilenie metabolizmu glukozy



zużycie tlenu



przepływ krwi przez mózg



aktywność różnych układów receptorowych (miejsca
wiązania różnych substancji chemicznych np. dopaminy)

Techniki PET SPECT i fMRI nie ukazują
bezpośrednio aktywności neuronalnej lecz
zmiany jakie jej towarzyszą!

Copyright
prof..Anna
Grabowska

PET i SPECT



podanie substancji znakowanej radioaktywnie

np. xenonu, H

2

O, glukozy



do znakowania stosowane są takie pierwiastki

(izotopy) np.

15

O,

18

F, które emitują pozytony

i występują naturalnie w organizmach.

Biorą one udział w przemianach metabolicznych

i przekaźnictwie neuronalnym i gromadzą się

w aktywnych strukturach. Ich czas rozpadu jest

b. krótki np. 2 min)



duża czułość



wykrywanie niewielkich stężeń

znakowanych substancji

Copyright
prof..Anna
Grabowska

opiera się na promieniowaniu

pozytonowym



z jądra atomów następuje emisja
pozytonów (cząsteczek o tych
samych właściwościach jak
elektrony, tylko dodatnich)



pozytony ulegają interakcji z
napotkanymi elektronami



anihilacja (zamiana e. i p. na dwa
kwanty promieniowania gamma,
biegnących w przeciwnych
kierunkach)



detekcja promieniowania gamma

PET

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Obrazy lewej półkuli uzyskane metodą PET
podczas różnych zadań: słuchania słów,
spostrzegania słów, wypowiadania słów oraz
wymyślania czasowników pasujących do
podanych wzrokowo rzeczowników (np. fortepian
- granie). Każdy z tych 4 obrazów uzyskano
kontrastując ze sobą (odejmując) aktywację
mózgu w dwóch sytuacjach: eksperymentalnej i
kontrolnej. Górne obrazy uzyskano przez odjęcie
od aktywności mózgu podczas słuchania lub
patrzenia na słowa (sytuacje eksperymentalne)
aktywności podczas patrzenia na pusty ekran
(sytuacja kontrolna). Obraz w dolnym rogu
uzyskano przez odjęcie od aktywności związanej
z głośnym powtarzaniem słów aktywności
związanej z patrzeniem na słowa. Obraz w
dolnym prawym rogu odzwierciedla różnice
pomiędzy aktywnością podczas wymyślania
czasowników i aktywnością związaną z
powtarzaniem słów.

Copyright
prof..Anna
Grabowska

fMRI



utlenowana krew ma inne właściwości magnetyczne
(sygnał MRI jest różny w zależności od poziomu tlenu
we krwi)



aktywne rejony mózgu zawierają więcej utlenowanej krwi



rejestrowanie zmian w poziomie utlenowania krwi
(BOLD - blood oxygenation - level - dependent)



skanery wykrywają różnice w utlenowaniu przy różnych
zadaniach wykonywanych przez o.b.

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Procedury PET i fMRI

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Copyright
prof..Anna
Grabowska

PET i fMRI



obraz pokazuje różnicę pomiędzy aktywnością
podczas wykonywania określonego zadania
a aktywnością w stanie kontrolnym
(ODEJMOWANIE: ZADANIE - STAN KONTROLNY)



można też kontrastować ze sobą dwa zadania
eksperymentalne (ZADANIE 1 – ZADANIE 2), lub
dwie grupy (GRUPA1 – GRUPA 2)



sumuje się dane pochodzące od różnych osób
(UŚREDNIANIE W RAMACH GRUPY)

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Etapy analizy danych za pomocą programu SPM

są skomplikowane i czasochłonne

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Zalety fMRI



nie wymaga stosowania substancji radioaktywnych



tańszy niż PET (zarówno aparat jak i eksploatacja)



nie wymaga dużego zespołu do obsługi



dość wysoka rozdzielczość przestrzenna rzędu

1 mm (rozdzielczość dla PET kilka mm)



wyższa rozdzielczość czasowa niż PET



można wykonywać badania wielokrotnie na tej

samej osobie



przy użyciu tej samej aparatury można uzyskiwać

informacje o aktywności i strukturze mózgu

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Ograniczenia PET i fMRI



niska rozdzielczość czasowa (niższa niż w
technikach elektrofizjologicznych)



wyniki mają względny charakter tj. nie pokazują np.
jaki jest realny przepływ krwi (pokazują różnicę
między dwoma stanami)



brak kontroli procesów psychicznych osób badanych



brak możliwości rozróżnienia typu aktywności
nerwowej
(z samego wzrostu sygnału BOLD nie możemy
wnioskować czy aktywność ma charakter
pobudzeniowy czy hamujący)



duża czułość na poruszanie się o.b.

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Techniki obrazowania różnią się

pod względem:



rozdzielczości przestrzennej
(najlepsza w MRI 1-2 mm)



rozdzielczości czasowej (najlepsza w
technikach elektroencefalograficznych -
milisekundy)

Copyright
prof..Anna
Grabowska

Czy neuroobrazowanie to

współczesna frenologia?



Nie: lokalizacja określonych funkcji i cech w
określonych miejscach w mózgu to tylko część
badań. Współcześnie rozwijają się one w kierunku
ujawnienia:



Połączeń



Interakcji



Związków przyczynowo-skutkowych



Genetycznych uwarunkowań budowy i funkcji
mózgu



Zmian plastycznych (reorganizacji) mózgu
towarzyszących zmianom na poziomie zachowania
(np. wskutek uczenia się lub rehabilitacji)

Copyright
prof..Anna
Grabowska



metody są ważne ale muszą być
mądrze używane



równie ważne są dobre idee

Uwagi końcowe