ΟΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΗ ΝΕΤΡΟΨΤΧΟΛΟΓΙΑ

Η χαρτογράφθςθ τθσ εγκεφαλικισ δραςτθριότθτασ

Ο εντοπιςμόσ οριςμζνων λειτουργιών Fritsch & Hitzig (Γερμανία, 1870) Ο επιλεκτικόσ θλεκτρικόσ ερεκιςμόσ του φλοιοφ είναι εφικτόσ (πειράματα ςε ςκφλουσ), οδθγεί ςε μείωση ςυμπεριφοράσ Εντοπιςμόσ λειτουργιϊν Hughlings-Jackson (Βρετανία) Το νευρικό ςφςτθμα αποτελείται από δομθμζνεσ ςτοιβάδεσ Λειτουργικι ιεραρχία: ςτοιβάδεσ υψθλότερου επιπζδου (φλοιόσ) πολφπλοκεσ ςυμπεριφορζσ, ςτοιβάδεσ χαμθλότερου επιπζδου (νωτιαίοσ μυελόσ, ςτζλεχοσ, ) λειτουργίεσ χαμθλότερου επιπζδου

Η χαρτογράφθςθ τθσ εγκεφαλικισ δραςτθριότθτασ Brodmann (1909) Κυτταροαρχιτεκτονικοί χάρτεσ Στενι ςχζςθ ανάμεςα ςε περιοχζσ-λειτουργίεσ Ρεριοχζσ όραςθσ, κινθτικισ λειτουργίασ: ειδικι διάρκρωςθ Χριςθ χάρτθ ωσ οδθγοφ περιοχϊν του εγκεφάλου Penfield Λειτουργικόσ χάρτθσ από μελζτεσ θλεκτρικοφ ερεκιςμοφ του εγκεφάλου κατά τθ χειρουργικι επζμβαςθ Κινθτικζσ και αιςκθτικζσ λειτουργίεσ (ανκρωπάριο)

Η χαρτογράφθςθ τθσ εγκεφαλικισ δραςτθριότθτασ Οι χάρτεσ του Penfield

Brodmann Πλάγια επιφάνεια Μέση επιφάνεια

Brodmann

Η μελζτθ μεμονωμζνων περιςτατικών Ρλεονεκτιματα Οι βλάβεσ δεν μποροφν να προκλθκοφν εργαςτθριακά Η εγκεφαλικι βλάβθ μπορεί να δείχνει το ρόλο τθσ κατεςτραμμζνθσ περιοχισ ςε μια λειτουργία Διαχρονικι μελζτθ εφικτι Μπορεί να κακορίςει κεωρίεσ για τθ γνωςτικι λειτουργία (;)

Η μελζτθ μεμονωμζνων περιςτατικών Μειονεκτιματα Ατομικζσ διαφοροποιιςεισ Η περιοχι τθσ βλάβθσ μπορεί να ποικίλει, ι να μθν περιγράφεται με ακρίβεια Η προνοςθρι κατάςταςθ μπορεί να είναι άγνωςτθ Άλλες κατεςτραμμζνεσ περιοχζσ μπορεί να προκαλζςουν παρατθροφμενεσ βλάβεσ Επίδραςθ φαρμακευτικισ αγωγισ, άλλων παραγόντων

Zazetsky (Luria) Περιςτατικά -1 Βλάβθ ςτον Α βρεγματικό-ινιακό λοβό Κακθμερινό θμερολόγιο για 25 ζτθ Διαταραχι ςτθ γλϊςςα, ςθμαςιολογικι μνιμθ, ανάγνωςθ (γράμμα προσ γράμμα), μνιμθ, οπτικοχωρικι λειτουργία, όχι όμωσ γραφι

The man with a shattered world The story of a terrible brain injury

Περιςτατικά -2 ΝΑ (Teuber et al., 1968, Parkin, 1997, 2003) Ξίφοσ μινιατοφρα μζςα από τθ μφτθ, βλάβθ ςτον Α κάλαμο, όχι ςτον κογχομετωπιαίο φλοιό Εφρθμα αργότερα, με MRI Σχζςθ βλάβθσ-περιοχισ εξαρτάται από τθ μζκοδο που χρθςιμοποιείται Μετατραυματικι αμνθςία, εμπροςκόδρομθ αμνθςία Φυςιολογικι ανάκλθςθ γεγονότων πριν τον τραυματιςμό (ζωσ 2 χρόνια πριν το ςυμβάν) Εξωςωματικζσ εμπειρίεσ

Γενίκευςθ; Μεμονωμζνα περιςτατικά Εκτίμθςθ πολλϊν μεμονωμζνων περιςτατικϊν Αςκενισ Α: Λειτουργία 1 ΟΚ, Λειτουργία 2 όχι Αςκενισ Β: Λειτουργία 1 όχι, Λειτουργία 2 ΟΚ Διπλόσ διαχωριςμόσ Πμωσ δεν δθλϊνει διαφορετικοφσ μθχανιςμοφσ ι λειτουργικά υποςυςτιματα, αλλά διαφορά ςτθν επεξεργαςία των λειτουργιϊν (δυςκολίεσ δοκιμαςίασ) Σπάνια θ εγκεφαλικι βλάβθ επθρεάηει διακριτζσ περιοχζσ

Τπολογιςτικζσ προςομοιώςεισ Νευρωνικά δίκτυα Ραράλλθλθ Κατανεμθμζνθ Επεξεργαςία (PDP, Rummelhart & McClelland, 1986) Ρροςομοίωςθ λακϊν ςτθν παραγωγι του λόγου, τθσ βακιάσ δυςλεξίασ, διαταραχϊν τθσ αναγνϊριςθσ προςϊπων, τθσ αναγνϊριςθσ λζξεων, Απαιτοφνται πολλζσ δοκιμζσ εκμάκθςθσ

Η μζτρθςθ τθσ εγκεφαλικισ δομισ & λειτουργίασ

Ηλεκτροεγκεφαλογράφθμα (ΗΕΓ, EEG) Μθ επεμβατικι τεχνικι (ςυνικωσ) Σιμα από μεταςυναπτικοφσ δενδρίτεσ εκατομμυρίων κυττάρων Σιμα αδφναμο (< 100 μvolt), που ενιςχφεται για να παρουςιαςτεί ωσ κφμα Σιμα: διαφορά δυναμικοφ μεταξφ 2 θλεκτροδίων, όπου το ζνα είναι ςθμείο αναφοράσ (ςε μζροσ του ςϊματοσ με ελάχιςτθ θλεκτρικι δραςτθριότθτα, π.χ., λοβό αυτιοφ) Βαςικό ΗΕΓ: ανάπαυςθ με τα μάτια κλειςτά

Ηλεκτροεγκεφαλογράφθμα-ςυν. 4 ηώνεσ: Δζλτα (1-4 Hz) Θιτα (5-7 Hz) Άλφα (8-12 Hz) Βιτα (13-22 Hz) Γνωςτικι δραςτθριότθτα ι ερζκιςμα: οι νευρϊνεσ αποςυντονίηονται: αποςυγχρονιςμόσ άλφα (αντικατάςταςθ άλφα από βιτα)

Ηλεκτροεγκεφαλογράφθμα-ςυν. Πλεονεκτιματα Μθ επεμβατικό Εξαιρετικι χρονικι ανάλυςθ, ανταπόκριςθ ςε πραγματικό χρόνο Αντιδράςεισ εγκεφάλου ςε διάφορεσ ψυχολογικζσ μεταβλθτζσ Μειονεκτιματα Φτωχι ικανότθτα εντοπιςμοφ (ςιμα από μακριά από το ςθμείο καταγραφισ, δραςτθριότθτα από εκατ. νευρϊνεσ) Αςαφισ ςθμαςία

Ηλεκτροεγκεφαλογράφθμα

Αφαιρετικζσ κρίςεισ

Γενικευμζνεσ κρίςεισ

Προκλθτά δυναμικά (ERPs) Μεγάλεσ κυματομορφζσ ωσ ςυνζπεια κάποιου αιςκθτθριακοφ ι γνωςτικοφ ερεκίςματοσ Η τεχνικι ERP μειϊνει το «κόρυβο» του ΗΕΓ και αυξάνει τθν αναλογία ςιμα προσ κόρυβο Ρρόςκεςθ των αντιδράςεων του εγκεφάλου ςε επαναλαμβανόμενο ερζκιςμα, θλεκτρονικι άκροιςθ του μζςου όρου Κυματομορφζσ: P100, Ν100, P200, N200, P300, N400 ανάλογα με τθν πολικότθτα (κατεφκυνςθ κορυφϊν τουσ) (Ν=negative, P=positive)

Προκλθτά δυναμικά-ςυν. Αρχικά δυναμικά (Ν100, P200): αρχικι επεξεργαςία του ερεκίςματοσ από τον εγκζφαλο Επόμενα (P300, N400): πτυχζσ τθσ γνωςτικισ επεξεργαςίασ του ερεκίςματοσ P300: όταν αςυνικιςτα ερεκίςματα (oddballs) παρεμβάλλονται ςε ςυνθκιςμζνα, διαδικαςία λιψθσ αποφάςεων ςχετικά με τθ διαφορετικότθτα του τόνου, εξοικείωςθ με νζα ςτοιχεία Μελζτθ γνωςτικϊν διαδικαςιϊν ςε νευροψυχιατρικζσ διαταραχζσ (πχ., ςχιηοφρζνεια) & εκφυλιςτικζσ διαταραχζσ (πχ., νόςοσ Alzheimer)

Προκλθτά δυναμικά

Ακουςτικά προκλθτά δυναμικά

Προκλθτά δυναμικά Ομάδα ελέγχου Λοιπά: αζθενείς

Μαγνθτοεγκεφαλογραφία (ΜΕΓ, MEG) Οι νευρϊνεσ παράγουν και μαγνθτικά πεδία Τα πεδία μετρϊνται από μια ςυςκευι υπεραγϊγιμθσ κβαντικισ παρεμβολισ (SQUID), εμποτιςμζνθ με υγρό ιλιο Δραςτθριότθτα των μαγνθτικϊν πεδίων από ζνα μεγάλο αρικμό νευρϊνων (τα πεδία από μεμονωμζνουσ νευρϊνεσ είναι αδφναμα) Σε αντίκεςθ με το ΗΕΓ, θ ΜΕΓ εντοπίηει τθν πθγι τθσ δραςτθριότθτασ, που μπορεί να απεικονιςτεί πάνω ςε μια τριςδιάςτατθ εικόνα του εγκεφάλου

Μαγνθτοεγκεφαλογραφία

Brain activation during imitation studied with magnetoencephalography Left: magnetoencephalography (MEG) recording with a 306-channel whole scalp neuromagnetometer at the Brain Research Unit, Low Temperature Laboratory, Helsinki University of Technology. Nishitani N et al. Physiology 2005;20:60-69 2005 by American Physiological Society

Αξονικι τομογραφία (CT) Καταγράφει τθν ποςότθτα τθσ ακτινοβολίασ που δεν απορροφά ο εγκζφαλοσ, όταν διαπερνάται από ακτίνεσ Χ Ζνασ Η/Υ ςυγκρίνει τα ποςά των ακτινϊν Χ που απορροφικθκαν από τον εγκζφαλο ςε κάκε ςθμείο τθσ περιςτροφισ και δθμιουργεί απεικονίςεισ του εγκεφάλου Τριςδιάςτατθ απεικόνιςθ ωσ αποτζλεςμα τθσ περιςτροφισ τθσ ακτινοβολίασ Χ με κλίςθ 180 ο ςε 160 διαφορετικζσ κζςεισ ίςων διαςτθμάτων

Αξονικι τομογραφία ςυν. Οι ςκοτεινζσ περιοχζσ αντιςτοιχοφν ςε περιοχζσ ελαττωμζνθσ απορρόφθςθσ (κοιλίεσ, ςχιςμζσ, κλπ.) και οι φωτεινζσ περιοχζσ ςε περιοχζσ αυξθμζνθσ απορρόφθςθσ (φαιά & λευκι ουςία, αυξθμζνθ πυκνότθτα).

Αξονικι τομογραφία

Σομογραφία εκπομπισ ποςιτρονίων (PET) Μζκοδοσ καταγραφισ τθσ εγκεφαλικισ λειτουργίασ, μζςω τθσ μζτρθςθσ τθσ κατανάλωςθσ οξυγόνου, τθσ αιματικισ ροισ & του μεταβολιςμοφ τθσ γλυκόηθσ Χοριγθςθ ζνεςθσ με ραδιοενεργι γλυκόηθ (2DG) Τα ραδιενεργά ςωματίδια τθσ 2DG εκπζμπουν ποηιτρόνια, που ανιχνεφονται από μια ςυςκευι Τα ποηιτρόνια ςυγκροφονται με τα θλεκτρόνια, δθμιουργοφν ακτίνεσ γ, οι οποίεσ εξζρχονται από τον εγκζφαλο Ρεριοχζσ με ζντονθ δραςτθριότθτα: περιςςότερεσ ακτίνεσ γ (απορροφοφν > γλυκόηθ)

Σομογραφία εκπομπισ ποςιτρονίων-ςυν. Επίςθσ: καταγραφι με ζνεςθ ραδιενεργοφ νεροφ, που όταν αποςυντίκεται, εκπζμπει ποηιτρόνια Εικόνα τθσ αιματικισ ροισ, βάςει τθσ αρχισ ότι θ ροι αυξάνει, όταν οι νευρϊνεσ ενεργοποιοφνται Μπορεί να χρθςιμοποιθκεί θ μζκοδοσ αφαίρεςθσ (ενεργοποίθςθ θρεμία) Δεν εντοπίηει όλες τισ περιοχζσ που είναι ενεργζσ κατά τθν επιτζλεςθ ενόσ ζργου

Σομογραφία εκπομπισ ποςιτρονίων

Σομογραφία εκπομπισ μονιρων φωτονίων (SPECT) Ειςαγωγι ραδιενεργϊν φαρμάκων (HMPAO) ςτθν κυκλοφορία του αίματοσ Ζνασ αιςκθτιρασ με ευαιςκθςία ςτθν ακτινοβολία γ καταγράφει τθσ ακτίνεσ αυτζσ Ο αιςκθτιρασ ςυνδζεται με ςαρωτι που καταγράφει τθν κατανομι τθσ ραδιενζργειασ ςε μια ςυνολικι ςάρωςθ Καταγραφι τθσ δραςτθριότθτασ ενός ςθμείου τθ φορά

SPECT Υποαιμάτωςθ Α κροταφικοφ και μετωπιαίου λοβοφ

Μαγνθτικι τομογραφία (MRI) Ανιχνεφει πρωτόνια (πυρινεσ υδρογόνου) που αντιδροφν ςαν πυξίδεσ ςε μαγνθτικό πεδίο Κάκε πυρινασ περιςτρζφεται και παράγει μαγνθτικό πεδίο Σάρωςθ: ιςχυρόσ μαγνιτθσ περνάει μζςα από το κρανίο και προςανατολίηει τα πρωτόνια ςε μία κατεφκυνςθ Αφοφ τα πρωτόνια διαταχκοφν, εκκζτονται ςε ζνα πεδίο ραδιοςυχνοτιτων (βραχζα κφματα), που τα κάνει να κινοφνται ςαν ςβοφρεσ. (Για το κάκε άτομο ςε μια ςυγκεκριμζνθ μαγνθτικι ιςχφ υπάρχει μια μοναδικι ςυχνότθτα που το κάνει να κινείται).

Μαγνθτικι τομογραφία -2 Πταν ςταματιςει το πεδίο ραδιοςυχνοτιτων, τα μόρια διατάςςονται όπωσ ιταν αρχικά από τον μαγνιτθ. Στθν κατάςταςθ αυτι τθσ χαλάρωςθσ, οι πυρινεσ των ατόμων απελευκερϊνουν θλεκτρομαγνθτικι ενζργεια. Οι μαγνθτικοί τομογράφοι μετροφν αυτι τθν ενζργεια και ςχθματίηουν μια απεικόνιςθ του εγκεφάλου. Διαδικαςία: χαλάρωςθ, διζγερςθ, χαλάρωςθ των πυρινων. Δείχνει δομικζσ αλλαγζσ.

Μαγνθτικι τομογραφία -3 T1, T2: ο τρόποσ με τον οποίο τα πρωτόνια επανζρχονται ςτθ χαλάρωςθ (resting state) μετά το κφμα ραδιοςυχνοτιτων Σ1-weighted: βραχφσ χρόνοσ επανάλθψθσ (repetition time, TR), βραχφσ χρόνοσ echo (echo time, TE) Σ2, proton density-weighted: μακρφσ χρόνοσ επανάλθψθσ (TR), μακρφσ χρόνοσ echo (TE) TR: ο χρόνοσ μεταξφ ςυνεχόμενων εκπομπϊν ραδιοςυχνοτιτων 90 ΤΕ: ο χρόνοσ μεταξφ τθσ αρχικισ εκπομπισ ραδιοςυχνοτιτων 90 και τθσ echo

Proton-density weighted Μαγνθτικι τομογραφία -4

Μαγνθτικι τομογραφία -5 Proton density (PD): ςυγκζντρωςθ πρωτονίων ςτον ιςτό με τθ μορφι νεροφ και άλλων μορίων (λιπιδίων, κλπ), ευαίςκθτο ςτθν αντίκεςθ με το ΕΝΥ FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery): T2- weighted sequence που ζχει αντικαταςτιςει τθν PD sequence Τ1 & proton density-weighted scans είναι καλφτερα για ανατομικι απεικόνιςθ και για διαφορζσ φαιάσ-λευκισ ουςίασ. Το ΕΝΥ φαίνεται μαφρο και θ εγκεφαλικι ουςία γκρίηα ι λευκι.

Μαγνθτικι τομογραφία -6 Σ2 -weighted scans: καλφτερα για μικρζσ πακολογικζσ αλλοιϊςεισ. Το ΕΝΥ φαίνεται λευκό. Μπορεί να δείξει αλλοιϊςεισ ςτθ λευκι ουςία. Contrast (gadolinium). Δεν διαπερνάει τον αιματεγκεφαλικό φραγμό. Λειτουργεί μόνο όταν πακολογικζσ αλλοιϊςεισ ζχουν επθρεάςει τον φραγμό.

Μαγνθτικι τομογραφία Σ1

Μαγνθτικι τομογραφία Σ1 Μαγνθτικι τομογραφία οριηόντιασ διατομισ (axial T1 weighted MRI slice) αςκενοφσ ςτα πρϊτα ςτάδια τθσ νόςου του Alzheimer, που δείχνει αμφοτερόπλευρθ ατροφία του κροταφικοφ λοβοφ και τθσ περιοχισ του ιππόκαμπου, με διεφρυνςθ των αυλάκων και τθσ πλάγιασ αφλακασ (ςχιςμισ του Sylvius).

Μαγνθτικι τομογραφία T1

Μαγνθτικι τομογραφία T1 Μαγνθτικι τομογραφία μετωπιαίασ διατομισ (coronal T1 weighted brain MRI slice) τθσ ιδίασ αςκενοφσ, που δείχνει μζςθ ατροφία του ιππόκαμπου και ιπια διάχυτθ φλοιικι ατροφία του μετωπιαίου και βρεγματικοφ φλοιοφ.

Μαγνθτικι τομογραφία Σ2 Μαγνθτικι τομογραφία οριηόντιασ διατομισ (axial T2 weighted MRI slice) αςκενοφσ που εμφανίηει βλάβθ ςτον οπίςκιο δεξιό κροταφικό λοβό.

Μαγνθτικι τομογραφία Σ1 Μαγνθτικι τομογραφία οριηόντιασ διατομισ (axial T1 weighted MRI slice) αςκενοφσ που εμφανίηει βλάβθ ςτον οπίςκιο δεξιό κροταφικό λοβό. Η βλάβθ περιςτοιχίηεται από οίδθμα.

Μαγνθτικι τομογραφία postcontrast T1

Μαγνθτικι τομογραφία postcontrast T1 Μαγνθτικι τομογραφία οριηόντιασ διατομισ (axial postcontrast T1 weighted MRI slice) αςκενοφσ που εμφανίηει βλάβθ ςτον οπίςκιο δεξιό κροταφικό λοβό. Φαίνεται θ περίμετροσ τθσ βλάβθσ.

Μαγνθτικι τομογραφία T1

Μαγνθτικι τομογραφία T1 Μαγνθτικι τομογραφία οριηόντιασ διατομισ (T1 weighted axial MRI slice) που δείχνει ςοβαρι ατροφία του αριςτεροφ κροταφικοφ λοβοφ. Η ατροφία είναι πιο ζντονθ ςτον κροταφικό πόλο, αλλά εκτείνεται μζχρι τον ιππόκαμπο.

φγκριςθ CT & MRI MRI: + Καλφτερθ διακριτικι ικανότθτα, καλφτερθ διαφοροποίθςθ λευκισ-φαιάσ ουςίασ. + Δυνατότθτα πολλϊν οπτικϊν γωνιϊν. - Μπορεί να μθ διαφοροποιιςει τθν αιμορραγία, τουσ όγκουσ, τισ αλλοιϊςεισ, από το οίδθμα. - Δεν δείχνει οςτεοποιθμζνεσ αλλοιϊςεισ. - Δεν μποροφν να τθν κάνουν άτομα με μεταλλικά αντικείμενα ςτο ςϊμα τουσ (βθματοδότεσ, κραφςματα, κλπ). - Αργι διαδικαςία (15 ) κλειςτοφοβία.

Λειτουργικι μαγνθτικι τομογραφία (fmri) Πταν θ νευρωνικι δραςτθριότθτα αυξάνεται ςε κάποια περιοχι του εγκεφάλου, αυξάνεται κατά λίγο το μαγνθτικό ςιμα Ενεργοί νευρϊνεσ: κατανάλωςθ οξυγόνου Η βάςθ του fmri: Αφξθςθ οξυγόνου ςτθν αιματικι ροι (θ ςυγκζντρωςθ οξυγόνου ςτο αίμα επθρεάηει τισ μαγνθτικζσ ιδιότθτεσ τθσ αιμοςφαιρίνθσ)-bold effect (blood oxygenation level dependent effect) Η fmri ανιχνεφει αυτζσ τισ μαγνθτικζσ αλλαγζσ

Λειτουργικι μαγνθτικι τομογραφία (fmri) Courtesy of Dr. Richard Buxton, UC San Diego

Λειτουργικι μαγνθτικι τομογραφία Πλεονεκτιματα Λειτουργικι απεικόνιςθ Μθ επεμβατικι, μθ τοξικι Καλι χωρικι απεικόνιςθ (1 mm) Ριο οικονομικι από το PET

Λειτουργικι μαγνθτικι τομογραφία Μειονεκτιματα Δεν καταγράφει μειϊςεισ οξυγόνου Καλφτερθ ρφκμιςθ τθσ αιματικισ ροισ από κάποιεσ περιοχζσ του εγκεφάλου Ζμμεςθ επίδραςθ: αλλαγζσ ςτθν αιματικι ροι που προκφπτουν από αλλαγζσ ςε νευρωνικι δραςτθριότθτα Κλειςτοφοβία Κακι χρονικι ανάλυςθ (ωσ 4 εικόνεσ/sec) Κακι ανάλυςθ κοντά ςε μεγάλεσ κοιλότθτεσ

fmri Μάτια ανοιχτάκλειςτά

fmri 30 ζκκεςθ ςε οπτικό ερζκιςμα 30 κλειςτά μάτια Οι περιοχζσ όπου το μαγνθτικό ςιμα εμφανίηει αλλαγζσ είναι ςυνζπεια του οπτικοφ ερεκίςματοσ Μία έμμεση επίδραςθ τθσ νευρωνικισ δραςτθριότθτασ, που ςυνδζεται με αλλαγζσ ςτθν αιματικι ροι, οι οποίεσ ακολουκοφν τισ αλλαγζσ ςτθ νευρωνικι δραςτθριότθτα

Diffusion Tensor Imaging (DTI) Μετράει τθν κατεφκυνςθ ομάδων νευραξόνων Το MRI είναι ευαίςκθτο ςε μικρζσ, τυχαίεσ κινιςεισ μορίων νεροφ, ςτθ διαςπορά των μορίων νεροφ ςτουσ νευράξονεσ Η διαςπορά αυτι είναι μεγαλφτερθ ςτθν κατεφκυνςθ των νευραξόνων, παρά κάκετα τθσ κατεφκυνςθσ αυτισ Απεικόνιςθ ομάδων νευραξόνων Απεικόνιςθ αλλοιϊςεων νευραξόνων

Courtesy of Dr. Lawrence Frank, UC San Diego DTI