metody09I B W do druku

Biologiczne podstawy

funkcjonowania człowieka cz. II

Anna Grabowska

1. Instytut Biologii Do

świadczalnej im. Nenckiego PAN

2. SWPS, katedra Neuropsychologii Eksperymentalnej

http://www.neuroobrazowanie.pl
http://www.nencki.gov.pl/labs/pslab/sub/bio_grabowska.htm

Cele II cz

ęści kursu

Zrozumienie mózgowych mechanizmów warunkuj

ących

funkcje psychiczne (mow

ę, percepcję, uwagę, pamięć,

emocje,

świadomość) w oparciu o:

opisy przypadków uszkodzenia mózgu
wyniki bada

ń neuroobrazowania

2. Poznanie, jak współczesna wiedza o mózgu pomaga

zrozumie

ć mechanizmy zaburzeń, oraz jak ją można

wykorzysta

ć dla skuteczniejszej diagnozy i terapii na

przykładzie:

zagadnie

ń plastyczności mózgu

odkrycia neuronów lustrzanych

3. Poznanie zale

żności organizacji funkcji w mózgu od płci i

ęczności.

Metody badania

funkcji i struktury mózgu

If the human brain
was so simple
that we understood it,
we would be so simple
that we coudn’t...

Emerson Pugh

Czy mózg mo

że poznać sam siebie?

1. BADANIE SKUTKÓW

USZKODZENIA MÓZGU

Zało

żenie: jeśli uszkodzenie jakiejś struktury

wywołuje okre

ślone, specyficzne zaburzenie,

a uszkodzenie innych struktur nie wywołuje
takiego skutku, to ta struktura jest zwi

ązana z

zaburzon

ą funkcją.

K...

krowa, kamie

ń, krasnal, kilof, kowal...

zwierz

ęta...

zebra, lew, koza, osioł, kura, pies

specyficzno

ść zaburzeń

deficyt nie wynika z globalnych zaburze

deficyt nie jest wtórny w stosunku do innego zaburzenia

Problemy interpretacyjne skutków

uszkodzenia mózgu

Stwierdzenie,

że dana struktura jest jest niezbędna do

realizacji danej funkcji nie oznacza,

że jest wystarczająca

Wyst

ąpienie zaburzenia po uszkodzeniu danej struktury

prowadzi do wniosku,

że dana struktura jest niezbędna dla

danej funkcji

Niekoniecznie jednak jest wystarczaj

ąca: t.j. dana funkcja

nie musi by

ć w niej zlokalizowana (inne struktury?)

Pojedyncza i podwójna dysocjacja

W przypadku pojedynczej dysocjacji grupa pacjentów wykazuje zaburzenie w jednym te

ście i

brak zaburze

ń w drugim. W przypadku podwójnej dysocjacji jedna grupa pacjentów wykazuje

zaburzenie w jednym te

ście a inna grupa w drugim. Badania oparte na podwójnej dysocjacji

dostarczaj

ą najbardziej wiarygodnych danych ukazujących selektywny deficyt danej funkcji.

Pojedyncza dysocjacja

Test (% poprawnych odpowiedzi)

Nazywanie obiektów

70%
90%
90%

Grupa

Fluencja

Uszkodzenia płata czołowego
Kontrolna

95%
60%
95%

Uszkodzenie płata czołowego
Uszkodzenie płata skroniowego
Kontrolna

70%
90%

95%
95%

Podwójna dysocjacja

Nazywanie obiektów

Fluencja

Test (% poprawnych odpowiedzi)

Grupa

Rodzaje uszkodzenia mózgu

uraz mózgu

guzy

śródczaszkowe

zaburzenia kr

ążenia mózgowego

(niedokrwienie, zawał, krwotok - udar, t

ętniaki)

choroby zwyrodnieniowe (ch. Alzheimera,
ot

ępienie alkoholowe, toksyczne działanie

leków, pl

ąsawica Huntingtona)

indywidualna zmienno

ść lezji

patologicznie zmieniony mózg mo

że działać

inaczej ni

ż mózg zdrowy

Ograniczenia metod opartych

o badanie skutków uszkodzenia mózgu

2. KONTROLOWANE

INTERWENCJE CHIRURGICZNE

lobektomia

hemisferektomia

komisurotomia

Komisurotomia

przeci

ęcie spoidła wielkiego (ciała modzelowatego)

u pacjentów cierpi

ących na epilepsję

przeci

ęcie spoidła przedniego i spoidła hipokampa

rozszczepienie mózgu

Po komisurotomii półkule funkcjonuj

ą w

żym stopniu niezależnie

Poznanie roli ka

żdej z półkul w funkcjach

psychicznych i kierowaniu zachowaniem
(R. Sperry 1981 - nagroda Nobla)

Komisurotomia

Rozdzielony mózg

Włókna przewodz

ące informacje zmysłowe

i steruj

ące ruchem są na ogół skrzyżowane

lewa półkula odbiera informacje z prawej połowy
ciała i z prawej strony otoczenia oraz steruje
ruchami prawej r

ęki

prawa - odwrotnie

żda z półkul specjalizuje się w odmiennych funkcjach

3. TEST WADY

(PRÓBA AMYTALOWA)

Podanie słabego barbituranu (amytalu sodu) do
układu naczyniowego jednej z półkul powoduje
czasowe zahamowanie czynno

ści tej półkuli

w półkuli dominuj

ącej dla mowy: krótkotrwała blokada

ekspresji mowy
w półkuli nie dominujacej: monotonno

ść mowy, brak

akcentów emocjonalnych

Test Wady przeprowadza si

ę przed operacją

neurochirurgiczn

ą w celu określenia lokalizacji

struktur zawiaduj

ących mową lub pamięcią:

4. METODY

ELEKTROFIZJOLOGICZNE

Elektroencefalografia (EEG)

Potencjały wywołane (VEP, ERP)

Magnetoencefalografia (MEG)

Dra

żnienie mózgu

EEG

rejestracja czynno

ści bioelektrycznej mózgu

że elektrody umieszczone na powierzchni

czaszki

rejestracja aktywno

ści populacji neuronów

poło

żonych blisko elektrody

rejestracje długotrwałe (minuty, godziny)

umo

żliwia lokalizację większych patologii

(zmieniony zapis np. fale wolne lub iglice)

ViSaGe

EEG – BrainProducts

Metoda potencjałów wywołanych jest szczególnie
przystosowana do obserwacji zmian aktywno

ści

mózgu pod wpływem jakiego

ś bodźca

Pojedyncze odpowiedzi na bodziec s

ą zmienne

i nakładaj

ą się na czynność spontaniczną mózgu

Potencjały wywołane

wielokrotne powtórzenia bod

źca i krótkotrwała

(do 1 sec) rejestracja procesów wywołanych jego

zadziałaniem
u

średnienie wielu (20-100) odpowiedzi (przypadkowe

fluktuacje niweluj

ą się, zaś związane czasowo z

bod

źcem - eksponują)

metoda pozwala na oszacowanie nie tylko stopnia

aktywacji ró

żnych okolic mózgu, lecz również zmian

jakie w nich zachodz

ą podczas trwania analizy bodźca

(du

ża rozdzielczość czasowa)

Dra

żnienie mózgu

metoda diagnostyczna przed operacj

neurochirurgiczn

badania Penfielda: dra

żnienie poprzez czaszkę

dra

żnienie bezpośrednie mózgu za pomocą

niewielkich elektrod (zaburzenia funkcji
j

ęzykowych)

Magnetoencefalografia (MEG)

Wykrywa słabe pola magnetyczne wytworzone

przez aktywno

ść elektryczną neuronów, które są

jednocze

śnie pobudzane

3-wymiarowa lokalizacja

ża rozdzielczość czasowa

Słabo

ść: wykrywa jedynie źródła wytwarzające

pola magnetyczne zorientowane równolegle do

powierzchni czaszki

Umo

żliwiają oglądanie zarówno szczegółów

anatomii mózgu

żywego człowieka, jak i jego

aktywno

ści w trakcie wykonywania różnych zadań

Zaawansowane programy komputerowe
umo

żliwiają utworzenie 3-wymiarowego obrazu

5. METODY

OBRAZOWANIA MÓZGU

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

Techniki strukturalne ukazuj

obraz struktury mózgu

Obraz jest 3-wymiarowy i powstaje ze zło

żenia

wielu przekrojów mózgu

Tomografia komputerowa (CT)

Wykorzystuje fakt,

że promieniowanie

rentgenowskie jest pochłaniane w ró

żnych

rodzajach tkanek z ró

żną intensywnością: gęste

tkanki absorbuj

ą je silniej niż rzadkie

W czasie badania wi

ązka promieni wnika w tkankę

wielokrotnie, za ka

żdym razem pod innym kątem

Obraz przestrzenny

Komputerowe przetwarzanie informacji

MRI

umieszczenie pacjenta w silnym polu
magnetycznym

wysyłanie impulsów o cz

ęstotliwościach radiowych

i rejestracja sygnałów emitowanych przez
namagnesowane tkanki

ujawnienie struktury

ęstości) tkanek

Silne pole magnetyczne wywołuje zjawisko obracania si

(spinu) atomów cz

ąsteczek (m.in. wodoru, posiadającego

własno

ści magnetyczne)

Wysyłanie krótkich impulsów elektromagnetycznych

o cz

ęstotliwości fal radiowych przejściowe zmiany

w namagnetyzowaniu tkanek (pochłaniaj

ą one energię

niesion

ą przez impuls).

Po ustaniu impulsu tkanka oddaje t

ę energię w postaci fal

radiowych (sygnał MRI). Zale

ży on od gęstości jąder

wodoru, która jest ró

żna dla różnych tkanek.

MRI – zasady fizyczne

Imaging parametres MRI, fMRI

Scanner BRUKER – 3 Tesla

Structural images T1
192 slices – 1 mm
Woksel size 1x1x1

Functional images EPI
37 slices – 3.5 mm
Woksel size 3.5x3x3

Techniki funkcjonalne

Wszelkie procesy psychiczne zwi

ązane są z

aktywno

ścią neuronów. Aktywność ta wymaga

dostarczenia energii poprzez krew
(zu

życie glukozy i tlenu)

Badaj

ąc przepływ krwi przez poszczególne

struktury oraz stopie

ń jej utlenowania możemy

średnio wnioskować o intensywności

aktywno

ści tej struktury

Podobne informacje mo

żna uzyskać badając

metabolizm glukozy oraz innych substancji
aktywnych w mózgu

Techniki funkcjonalne odzwierciedlaj

ą:

nasilenie metabolizmu glukozy

życie tlenu

przepływ krwi przez mózg

aktywno

ść różnych układów receptorowych

(miejsca wi

ązania różnych substancji

chemicznych np. dopaminy)

Techniki PET SPECT i fMRI nie ukazuj

bezpo

średnio aktywności neuronalnej lecz zmiany

jakie jej towarzysz

PET i SPECT

podanie substancji znakowanej radioaktywnie

np. xenonu, H

O, glukozy

do znakowania stosowane s

ą takie pierwiastki

(izotopy) np.

F, które emituj

ą pozytony

i wyst

ępują naturalnie w organizmach.

Bior

ą one udział w przemianach metabolicznych

i przeka

źnictwie neuronalnym i gromadzą się

w aktywnych strukturach. Ich czas rozpadu jest

b. krótki np. 2 min)

ża czułość → wykrywanie niewielkich stężeń

znakowanych substancji

PET

opiera si

ę na promieniowaniu pozytonowym

z j

ądra atomów następuje emisja pozytonów

(cz

ąsteczek o tych samych właściwościach jak

elektrony, tylko dodatnich)

pozytony ulegaj

ą interakcji z napotkanymi

elektronami

→ anihilacja (zamiana e. i p. na dwa

kwanty promieniowania gamma, biegn

ących w

przeciwnych kierunkach)

detekcja promieniowania gamma

PET

Obrazowanie miejsc wi

ązania aktywnych

substancji np. dopaminy

W chorobie Parkinsona wyst

ępuje zaburzenie

produkcji dopaminy prowadz

ące do zaburzeń

funkcji j

ąder podstawy (lecznicze podawanie

L-dopa)

Wszczepienie tkanki płodowej zawieraj

ącej

neurony dopaminergiczne powoduje,

że produkcja dopaminy się podnosi

Procedury PET i fMRI

PET i fMRI

obraz pokazuje ró

żnicę pomiędzy aktywnością

podczas wykonywania okre

ślonego zadania

a aktywno

ścią w stanie kontrolnym

(ODEJMOWANIE)

sumuje si

ę dane pochodzące od różnych osób

ŚREDNIANIE)

fMRI

utlenowana krew ma inne wła

ściwości magnetyczne

(sygnał MRI jest ró

żny w zależności od poziomu tlenu

we krwi)
aktywne rejony mózgu zawieraj

ą więcej utlenowanej krwi

rejestrowanie zmian w poziomie utlenowania krwi

(BOLD - blood oxygenation - level - dependent)
skanery wykrywaj

ą różnice w utlenowaniu przy różnych

zadaniach wykonywanych przez o.b.

ruch prosty:

zginanie i prostowanie palca

wskazuj

ącego

ruch zło

żony:

sekwencja składania kolejnych

palców z kciukiem w kolejno

ści

54325432....

Przykład badania: zadania ruchowe

Ruch prosty

prawej r

ęki

Ruch zło

żony

prawej r

ęki

System blokowy badania (tradycyjny)

Badania prowadzi si

ę w blokach, w czasie których

o.b. wykonuje powtarzaln

ą czynność

Sygnał BOLD zbiera si

ę z całego bloku (założenie,

że czynność nerwowa jest jednorodna)

Wywołane (zdarzeniowe) fMRI (efMRI)

Metoda analogiczna do potencjałów wywołanych
Pozwala na porównywanie aktywno

ści związanej

z ró

żnymi, przemieszanymi ze sobą bodźcami

Komputer sumuje aktywno

ść będącą odpowiedzią

na dany rodzaj bod

źca i porównuje ją z odpowiedzią

na inny bodziec
Brak sytuacji kontrolnych
Latencja sygnału BOLD ok. 2 sec, czas narastania

do maximum – ok.13 sec

Zalety fMRI

nie wymaga stosowania substancji radioaktywnych
ta

ńszy niż PET (zarówno aparat jak i eksploatacja)

nie wymaga du

żego zespołu do obsługi

ść wysoka rozdzielczość przestrzenna rzędu

1 mm (rozdzielczo

ść dla PET kilka mm)

ższa rozdzielczość czasowa niż PET

żna wykonywać badania wielokrotnie na tej samej

osobie
przy u

życiu tej samej aparatury można uzyskiwać

informacje o aktywno

ści i strukturze mózgu

Ograniczenia PET i fMRI

niska rozdzielczo

ść czasowa (niższa niż w technikach

elektrofizjologicznych)

wyniki maj

ą względny charakter tj. nie pokazują np.

jaki jest realny przepływ krwi (pokazuj

ą różnicę między

dwoma stanami)

brak kontroli procesów psychicznych osób badanych

brak mo

żliwości rozróżnienia typu aktywności nerwowej

(z samego wzrostu sygnału BOLD nie mo

żemy

wnioskowa

ć czy aktywność ma charakter pobudzeniowy

czy hamuj

ący)

ża czułość na poruszanie się o.b.

Techniki obrazowania ró

żnią się

pod wzgl

ędem:

rozdzielczo

ści przestrzennej

(najlepsza w MRI 1-2 mm)

rozdzielczo

ści czasowej (najlepsza w technikach

elektroencefalograficznych - milisekundy)

„Gdyby

śmy mogli zajrzeć poprzez czaszkę do mózgu

ślącej osoby i gdyby miejsca największej aktywności

roz

świecały się blaskiem, zobaczylibyśmy mieniące się jasne

plamy, z fantastycznymi, faluj

ącymi krawędziami

zmieniaj

ącymi się zarówno pod względem kształtu,

jak i wielko

ści, otoczone ciemnymi obszarami pokrywającymi

reszt

ę półkul.”

I.P. Pawłow. Wykład dla Moskiewskiego Instytutu Naukowego, marzec 1913. Cyt. za Brugger, JNNP,
1997, p.636

metody s

ą ważne ale muszą być mądrze

żywane

równie wa

żne są dobre idee

Uwagi ko

ńcowe

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
metodyka do druku, Szkoła, Metodyka resocjalizacyjna
metodyka -egzamin gotowe do druku, Prywatne, Studia, Metodyka
DO DRUKU METODY KOLO 2, METODY BADAN SOCJOLOG
DO DRUKU METODY KOLO, Metody i techniki badan socjologicznych
DO DRUKU METODY KOLO, METODY BADAN SOCJOLOG
DO DRUKU METODY KOLO 2, Metody i techniki badan socjologicznych
DO DRUKU METODY KOLO 1, METODY BADAN SOCJOLOG
Metody numeryczne - ściaga - mała do druku, Budownictwo Politechnika Warszawska, Semestr III, III Se
poradnik gry na gitarze praca metodyczna wersja do druku
!!!Do Druku Teorie i Metody Egan (notatki)
Choroby zakazne wieku dzieciecego do druku
Zaburzenia rownowagi wodnej do druku 9
Piesni maryjne na procesje do druku
czesci rozbite new do druku
Przytulia wonna, Botanika - Systematyka roślin do druku

więcej podobnych podstron