Wg W. Duch Jak działa mózg. UMK Toruń  notatki z wprowadzenia do kognitywistyki. Dostępne na str. www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/
Analiza urazów powypadkowych.
Ju\
Egipski papirus sprzed 3500 lat wymienia 28 uszkodzeń,
dokonywano wtedy trepanacji czaszki by wyciąć guzy.
Arystoteles uznał serce za siedlisko uczuć i rozumu.
W -3 w. Herofilos, lekarz z Aleksandrii twierdził, \
e mózg
odpowiedzialny jest za \
ycie psychiczne.
Andreas Vesalius (1514-1564, Flamandia), twórca
nowo\
ytnej anatomii, ostatecznie ustalił znaczenie mózgu.
Systematyczne badania skutków urazów rozpoczęło się w XIX wieku. Przypadek P.
Gage a
Kontrolowane uszkodzenia mózgu mo\
liwe są tylko w badaniach na zwierzętach
i pozwalają na analizę tylko prostych zachowań.
Hitzing i Fritsch, koniec XIX wieku stymulowali elektrycznie mózgi zwierząt.
Operacje u pacjentów cierpiących na padaczkę: mapy (homunkulusy) Wilreda Penfielda
z lat 1950.
Rozwój nieinwazyjnych technik badania mózgu - początkowo tylko elektroencefalografii,
EEG (Hans Berger, 1929).
Zastosowania diagnostyczne EEG pozwalają wcześnie wykryć głuchotę, skłonności do
padaczki, zaburzenia neurologiczne.
1
Wg W. Duch Jak działa mózg. UMK Toruń  notatki z wprowadzenia do kognitywistyki. Dostępne na str. www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/
Mapy aktywności EEG i korelacji pomiędzy elektrodami z ró\
nych obszarów.
Zapis aktywności kilku neuronów - na zwierzętach.
Badania potencjałów wywołanych (ERP), czyli uśrednionych sygnałów EEG po wielu
próbach.
Charakterystyczne sygnały pojawiają się po 300 msek (odcinek P300), wzrost
amplitudy proporcjonalny do stymulacji. P300 milisekund zale\
y od stanu
wewnętrznego.
MEG, magnetoencefalografia: podobnie jak EEG, ale pozwalają dotrzeć do głębszych
z
ródeł.
Zalety: szybkozmienne sygnały.
Wady: kosztowna aparatura, trudna interpretacja.
Arteriografia lub angiografia: po wstrzyknięciu kontrastu wykonuje się zdjęcia
rentgenowskie, obrazuje tętnice. Kluczowa dla neurologii i neurochirurgii.
Tomografia rentgenowska CAT (osiowa tomografia komputerowa): mo\
na wykryć guzy,
dobrze widoczne ró\
nice płyn CSF, kość, tkanka miękka, ale słabo widoczne tkanki.
Wiązka krą\
y wokół głowy, z licznikiem po drugiej stronie. Dość bezpieczna i tania.
2
Wg W. Duch Jak działa mózg. UMK Toruń  notatki z wprowadzenia do kognitywistyki. Dostępne na str. www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/
Pozytonowa tomografia emisyjna (PET): wykrywa wprowadzony do krwi
promieniotwórczy znacznik (np. glukoza z węglem 11C) podlegający rozpadowi beta i
wysyłający pozytony.
Pozytony anihilują z elektronami dając pary kwantów gamma, wykrywanych przez pary
liczników wokół głowy.
Konieczny jest akcelerator do wytwarzania krótkotrwałych substancji
promieniotwórczych, 11C, 18F, 15O, 13N.
Umo\
liwia obrazowanie przepływu krwi na bie\
ąco, wykrywanie ognisk padaczki,
guzów mózgu, bardzo czuły na obecność śladowych ilości wybranych substancji (np.
dopaminy).
Eksperymenty psychologiczne - zwiększona praca danego obszaru zwiększa
zapotrzebowanie na energię = dopływ krwi.
PET po raz pierwszy pokazał lokalizację wielu funkcji psychicznych, stosowany w
medycynie molekularnej.
Rok 2007  2 PET w Polsce, w tym Instytut Onkologii w Gliwicach
Magnetyczny rezonans jądrowy (NMR), zwany rezonansowym obrazowaniem
magnetycznym (MRI).
Anatomiczny MRI: rezonans jąder wodoru, pozwala mierzyć gęstość tkanki, du\
a
rozdzielczość rzędu 1 mm.
Rekonstrukcja 3-D w ró\
nych przekrojach
3
Wg W. Duch Jak działa mózg. UMK Toruń  notatki z wprowadzenia do kognitywistyki. Dostępne na str. www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/
fMRI, funkcjonalny MRI: wykorzystuje rezonans z udziałem jąder tlenu, pokazuje sygnał
BOLD (Blood Oxygen-Level Dependent), czyli przepływ utlenionej krwi.
Nieco tańszy od PET, nie wymaga izotopów, wykorzystuje bardzo silne pole
magnetyczne (stosuje się 3 Tesla dla ludzi, 7 Tesla dla zwierząt).
SPECT, Single Photon Emission Computed Tomography, lub scyntygrafia:
spektroskopia pojedynczych fotonów z promieniotwórczych jąder ksenonu 133, jodu lub
technetu. Tłumienie zale\
y od tkanki, przez którą przechodzą fotony, powoduje to słabą
rozdzielczość.
Pozwala wykryć ró\
ne substancje, dlatego jest to technika wa\
na dla medycyny..
Pozwala u\
ywać związków pochłanianych przez specyficzne struktury mózgu.
Rozdzielczość czasowa rzędu 1 min, przestrzenna kilka cm.
Metody  biologiczne
Zwierzęta z knock-out genetycznym
Barwienia, Immunochemia, peroksydaza chrzanowa
Lokalne wyłączenie neuronów - wysycenia związkami ekscytotoksycznymi  kwas
kainowy (analog kw. glutaminowego, C10H15NO4)
Radioaktywna 2-deoksyglukoza i lokalna autoradiografia
4
Wg W. Duch Jak działa mózg. UMK Toruń  notatki z wprowadzenia do kognitywistyki. Dostępne na str. www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/
Porównanie kilku metod bezinwazyjnego obrazowania pracy mózgu.
Funkcjonalny
Metoda EEG M(agneto)EG PET
MRI
Rozdzielczość 1 msek
1 msek 1 min 5 sek
czasowa
Rozdzielczość 1 cm
5 cm 5 mm 5 mm
przestrzenna
Słaba
Tylko przepływ
Tylko kora rozdzielczość
krwi, konieczny Tylko przepływ
Ograniczenia mózgu, trudna przestrzenna,
krótko\
yciowy krwi, du\
y hałas
interpretacja trudna
izotop
interpretacja
Analiza Analiza
Tania, łatwa. Obejmuje
funkcjonalna, funkcjonalna,
Zalety Skomputeryzow głębsze
obrazowanie obrazowanie
anie struktury
medyczne medyczne
" Przyszłość: połączenie MEG z fMRI, szybkość i precyzja.
" Więcej porównań  Martin G.N. 2001. Neuropsychologia. WL PZWL, Warszawa
5