Wykład 3

metody

badania mózgu I

dr Marek Binder

Zakład Psychofizjologii

UKŁAD NERWOWY• ośrodkowy układ nerwowy

(OUN)– mózgowie– rdzeń kręgowy

• obwodowy układ nerwowy– somatyczny układ nerwowy:

przewodzi informacje z i do OUN; zawiera drogi zstępujące i wstępujące

– autonomiczny układ nerwowy: zawiera ośrodki i drogi nerwowe sterujące czynnościami fizjologicznymi; składa się z części współczulnej (sympatycznej) i przywspółczulnej (parasympatycznej)

2

badania na zwierzętach

• lezje nieodwracalne

– ablacja – usunięcie fragmentu mózgowia

• lezje odwracalne

– chemiczna blokada

– schładzanie obszaru

4

aparat stereotaktyczny dla szczura

5

lezje u ludzi• przedmiot zainteresowania

neuropsychologii

• brak kontroli nad umiejscowieniem lezji

• najczęściej wywoływane przez wypadek losowy (uraz, choroba, zatrucie)

– wyjątki:

• psychochirurgia – lobotomia

• leczenie objawów choroby Parkinsona – palidotomia

• operacyjne leczenie padaczki

• wszczepianie stymulatorów (DBS – deep brain stimulation) Dr Marek

Harat

6

operacja rozdzielenia półkul mózgowych „split-brain”

• przecięcie spoidła wielkiego

• dzięki badaniom nad pacjentami dowiedzieliśmy się o asymetrii funkcjonalnej mózgu

Roger W. Sperry

(1913-1994)

Michael Gazzaniga

pacjent HM

• Henry Molaison – po obustronnym usunięciu hipokampa utracił zdolność tworzenia wspomnień

7

metody biochemiczne

• autoradiografia– wprowadzanie radioaktywnego znacznika

do tkanki nerwowej

• histochemia– wprowadzanie barwnika, który łączy się z

wybranymi komórkami lub ich częściami, np. peroksydaza chrzanowa (PRP) – pozwala zbadać przebieg aksonów

• mikrodializa– badanie lokalnego stężenia

neuroprzekaźników

• patch-clamp

– pomiar aktywności pojedynczych kanałów jonowych

8

Fezl regulates the differentiation and axon targeting of layer 5 subcortical projection neurons in cerebral cortex

9

pomiar aktywności neuronów

– single-cell recording• rejestracja aktywności

pojedynczego neuronu

• elektroda jest umieszczana w pobliżu błony komórkowej

• zależnie od części neuronu możliwy jest pomiar potencjału czynnościowego lub post-synaptycznego

– multi-unit recording• matryca elektrod

rejestrująca jednoczesną aktywność kilkuset neuronów

10pole recepcyjne

badania genetyczne

• wyłączanie genów (ang. gene knockout)

– zwierzę nie wytwarza określonego typu komórek lub receptorów

• zwierzęta transgeniczne

• badanie ekspresji genów

– w trakcie rozwoju

– rola w chorobach psychicznych lub neurologicznych

12

optogenetyka

• bezpośrednia manipulacja aktywnością kanałów jonowych za pomocą światła

• światłoczułe receptory umieszcza się w genomie myszy za pomocą metod inżynierii genetycznej

13

Elektroencefalografia (EEG)

• pomiar potencjałów elektrycznych wytwarzanych przez neurony

• elektrody umieszcza się na powierzchni głowy

14

EEG

• ciągły pomiar EEG uwidacznia różnice w pobudzeniu

zapis napadu padaczkowego

• po prawej napad padaczkowy grand mal

16

potencjały wywołane zdarzeniem (ang. event related potentials, ERP)

słuchowe potencjały wywołane

magnetoencefalografia (MEG)

• metoda podobna do EEG i ERP

• zamiast aktywności bioelektrycznej bada się zmiany w polu magnetycznym tkanki mózgowej

• różnice z EEG/ERP– większa precyzja (lokalizacja dipoli)

– mniej zakłóceń

– dużo droższe

19

Mózgowe

mechanizmy funkcji

poznawczych

20

rekonstrukcja źródła sygnału MEG

pola wywołane zdarzeniem (event related fields, ERF)

elektrokortykografia (ECoG)

• pomiar aktywności bioelektrycznej neuronów bezpośrednio z powierzchni kory

• lokalizacja źródła aktywności padaczkowej lub obszarów funkcjonalnie ważnych w trakcie zabiegu chirurgicznego

22

przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS)

• transcranial magnetic stimulation

• zastosowanie krótkotrwałego impulsu magnetycznego do zakłócenia aktywności neuronów korowych

zasada działania TMS

24

wykorzystanie MRI w stymulacji TMS

rTMS

• wielokrotna przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (ang. repetitive transcranial magneticstimulation) – wywoływanie „wirtualnych lezji”

• zakłócenie pracy mózgu następuje przez kilka minut

przykład TMS

• stymulacja płata potylicznego

• kiedy impuls następuje między 70-130 ms po bodźcu osoba badana ma problem z poprawną identyfikacją litery

przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) lub zmiennym (tACS)

• transcranial direct/alternating current stimulation

• przepuszczanie przez głowę strumienia prądu stałego o niskim natężeniu

• polepsza zdolności poznawcze

– rehabilitacja uszkodzeń mózgu 28

tDCS – zastosowania komercyjne

• np. system foc.us – przydatny do rozrywki i do nauki

– nie znamy efektów długotrwałego stosowania!29