Hjärnavbildning Flashcards
Varför vill man avbilda hjärnan? I kliniskt och forskning?
Klinisk: identifiera och undersöka en skada, följa upp ett sjukdomsförlopp
Forskning: förstå mentala processer och hur de är representerade i hjärnan
Vad betyder spatial, spatial upplösning, temporalt, temporal upplösning?
Spatialt: Hur väl vi kan urskilja två punkter som ligger nära varandra (ju bättre spatial upplösning, desto bättre att se detaljer). Det minsta avstånd mellan två punkter då de fortfarande kan urskiljas som två punkter. Har vid god spatial upplösning kan vi alltså se väldigt detaljerade saker, medan vid dålig spatial upplösning så är det svårare att se detaljer.
Spatial upplösning: hur små strukturer vi kan se, avstånd vi kan skilja.
Temporalt: hur nära inpå, kortaste tiden mellan två händelser. Den kortaste tid mellan två händelser då det fortfarande kan urskiljas som två händelser
Temporal upplösning: hur hackig en video är. Hur nära inpå vi kan urskilja. Samma som spatial men i tid. God temporal upplösning → vi kan på en millisekund se vad som händer. Medan med dålig temporal upplösning så kanske man inte kan urskilja dessa händelser förrän efter några minuter.
Vad är strukturell och funktionell avbildning?
Strukturell: statisk bild av hjärnan, tar bild på hur den ser ut just nu
→ Vanligaste inom kliniken
Funktionell: dynamiska bilder över ett spann, se vad som händer i hjärnan, aktiviteten
→ Vanligast inom forskningen
Berätta om bilden
Hur bra de olika metoderna är ur spatial och temporal synvinkel:
Y-axeln är spatial synvinkel och x-axeln är temporal synvinkel.
Sämre är den spatiala upplösningen → ju högre upp i y-axeln
Sämre är den temporala upplösningen → högre upp i x-axeln
Metoderna som ligger längst ner på y-axeln har väldigt bra spatial upplösning medan metoderna högre upp på y-axeln ger en mer övergriplig bild (inte lika detaljrik) eftersom den har sämre spatial upplösning. På samma sätt på x-axeln kan man se att vissa metoder har en så bra temporal upplösning att det tar 1 ms medan för vissa metoder tar det en vecka, en månad eller ett år för att se en skillnad.
Den gröna färgen visar hur invasiv en metod är. De metoder som är helt vita är alltså inte invasiva alls, man behöver inte gå in i kroppen på något sätt eller skada. sprutar in små isotoper i kroppen, gör inverkan på kroppen. Så om man gör en EEG till exempel så sätter man elektroder på utsidan av huvudet medan om man gör en intrakraniell EEG så går man in i hjärnan och sätter elektroder inne i hjärnan. Skador står ju också som en avbildningsmetod och det är för att man kan titta på hur en skada påverkar olika delar av hjärnan. Här menar man ju såklart inte att man ska orsaka en skada utan detta sker när en skada redan har skett.
Vad är morfologisk avbildning
Läran om en organisms form och yttre struktur.
Morfologisk avbildning av hjärnan var en av de allra tidigaste avbildningsformerna som användes. Går ut på att titta på hjärnans form och se vilka landmärken man kan se, lättaste är ju då att titta på de olika sulcus och gyri, de har fått sina namn morfologiskt. Detta används även för att identifiera strukturerna inne i hjärnan (man öppnar upp hjärnan alltså och kollar). Metoden handlar alltså om vad vi grovt sett kan se med det blotta ögat. Tittar helt enkelt på hur hjärnan ser ut: veckningen, gyrus, sulci. Ligger de likadant hos alla människor?
Vad är cytologisk avbildning?
Läran om cellernas struktur, form och organisation.
Cytologisk avbildning är mer på cellnivå. Cortex består ju av 6 lager celler men dessa ser lite olika ut i olika områden av hjärnan. Så ett lager kan på ett område vara lite tjockare medan det i ett annat område är ett annat lager som är tjockare. Cellerna skiljer sig också lite grann mellan de olika lagren. Genom att jämföra hur hjärnans olika lager ser ut så har vi kunnat identifiera cytologiskt olika områden i hjärnan. Detta gjordes framförallt av Brodmann som tog fram den där kartan (brodmannkartan). Varje område som hade lika tjocklek av dessa områden klumpade han ihop till ett nummer och gav ett namn. Beroende på vilken funktion som ska utföras behövs olika mängd av cellerna. Siffrorna används för att orientera oss i hjärnan. Finns bra koppling till funktion och aktivitet koppling i hjärnan. Område 44 & 45: broca´s area.
Kritik: bara cytologiskt.
Brodmann kartan är uppdelade i Brodmann arean
Vad finns det för fördelar och nackdelar med morfologisk och cytologisk avbildning?
Fördelar:
- God spatial upplösning: vi kan gå ner och titta på cellnivå. Till och med synaps nivå.
Nackdelar:
- Bara strukturell information, men vi kan inte titta på funktionen.
- Gör inte på en levande människa i vardagen.
- Dålig temporal upplösning, vi kan inte riktigt se vad “som sker nu” om vi skär upp en död människa
Vad är lesion studies/utslagningstudier?
Innebär att man studerar hur en hjärnskada i en viss del av hjärnan tar sig uttryck och så försöker man dra slutsats om funktioner, ex att om en person skadat en viss del av hjärnan som lett till att personen inte kan prata så har detta områden i hjärnan som skadan skedde i något med språk att göra.
Jämföra olika patienter med liknande skador och ser vilka förmågor som har påverkats
Detta blir inte så exakt så man kan säga att både den spatiala och den temporala upplösningen är låg.
Exempel: De som skadade huvudet hade problem med att röra olika kroppsdelar → hjärnan måste vara inblandad i funktion och tankar. Tidig logik, tidig primitiva tankar.
Eftersom personer med hjärnskador inte räknas som friska är det därför svårt att dra slutsatser om hur friska hjärnor faktiskt fungerar men man kommer en bra bit på vägen.
Kontrollerade lesion studies:
Finns inte på människor, man kan ju inte randomisera vissa friska människor till att få en skada och vissa inte men:
Djurförsök; förstöra vävnad genom olika tekniker
Vad finns det för fördelar och nackdelar med lesion studies?
Fördelar:
- Ger bra överblick kopplade till vissa områden när man ser inte vad som fungerar
Nackdelar:
- Oklart hur mycket vi lär oss av den friska hjärnan. Ger egentligen inte någon spatial eller temporal information alls. Vi drar bara slutsatser av den skadade hjärnan. Men vi kommer ändå ganska nära.
- Etiska problem om vi ska gå in och skapa utslagningarna men skadan kanske inte blir samma för varje person.
- Svårt att jämföra personer med olika skador
- Låg upplösning: vet inte exakt vart i hjärnan skadan är. Tar tid innan man får en stabilitet i vad skadan innebär → svårtollkade resultat (är det just det området eller är det passerande axon?)
Hur uppstår elektromagnetiska avbildningsmetoder? Berätta om direkta mätningar och indirekta mätningar!
Används för att fånga upp elektriska signaler eller magnetiska fält som uppstår när neuroner i hjärnan avfyrar sina signaler. När man fångar upp de här signalerna får man en bra uppfattning om när signalerna skickades, dvs god temporal upplösning. Gör man mätningen direkt inne i hjärnan (dvs intrakraniellt EEG) så får man även extremt bra spatial upplösning (men typ omöjligt och görs bara under hjärnoperationer)
Direkta mätningar (intrakraniellt EEG)
- Invasiv metod
- Mestadels djurstudier alt. människor under operation
- Mycket god spatial upplösning
Indirekta mätningar (EEG och MEG)
EEG = man mäter elektriska signaler
MEG = man mäter de magnetiska fälten
- Icke-invvasiv metod
- Lätt att utföra på människor
- Fångar upp vad som händer utanför skalpen
- Sämre spatial upplösning
Vad är EEG?
EEG: ElektroEncefaloGrafi
Inspelning av hjärnans elektriska aktivitet, mäts ofta via en hätta/elektroder som placeras på skalpen. Metoden, tekniken, det vi gör. Spela in hur hjärnan arbetar, spelar in det som en lång inspelning.
- Funktionell metod: vad som händer NÄR, men vi kan inte få en strukturell information med hur hjärnan ser ut → dvs dålig spatial upplösning (men blir bättre och bättre)
- Mycket god temporal upplösning
- Bygger på att neuroner i hjärnan arbetar synkroniserat → adderar vi många hjärnceller som arbetar synkront så kan vi fånga upp de elektriska fälten. När vi gör något/tänker är det många neuron som arbetar gemensamt. Skickar sina signaler rytmiskt = vi får tillräckligt mycket med elektricitet.
Hur fungerar EEGs aktivitet?
De här synkrona neuronaktiviteterna gör att det skapas elektriska oscillationer (vågor/svängningar) inne i hjärnan som kan mätas vid skalpen. Dessa svängningar ser olika ut beroende på hur hjärnan arbetar. Det är därför man kallar det att EEG bland annat avspeglar medvetandenivån. Exempelvis svänger de på ett sätt när man är avslappnad (normalnivån liksom), kallas alphavågor och då svänger de 8-12 gånger per sekund (Hz). Medan när man är exalterad kallas det betavågor och då är svängningarna 12-30 gånger per sekund. Aktivitet över 80 Hz kan ses vi epileptiska anfall. Vid koma är svängningarna extremt låga.
För att veta något om i vilket stadiet hjärnan är i kan man använda EEG. På så vis avgöra hur medvetande någon är. Vågorna speglar elektrisk aktivitet: snabbare vågor = snabbare elektricitet.
Hur fungerar EEG generering?
- EEG skapas genom elektriska förändringar och eftersom elektricitet färdas väldigt snabbt kan man med elektroder fånga upp det som händer i hjärnana nästan exakt samtidigt som det sker.
- En elektrisk överföring sker ju i hjärnan när nervcellerna skickar information mellan varandra, dels genom aktionspotentialen och dels genom de postsynaptiska potentialerna EPSP och IPSP. Båda de postsynaptiska potentialerna skapar elektriska fält men de fält som uppstår genom aktionspotentialen är kortvariga och bidrar inte nämnvärt till EEG signalen. Så det är de postsynaptiska potentialerna som bidrar eftersom de är starkare och oftast ligger i fas med varandra vilket gör att de kan addera till varandra samt sprida sig genom hjärnan ända ut till skallen där förändringarna kan fångas upp av en elektrod. Eftersom signalen avtar med avståndet som den transporteras så är signalen starkast från de cellager som ligger närmast skalpen. Chansen att signalen ska bli tillräckligt stark för att fångas upp på skalpen är störst när många celler med samma orientering får samma input samtidigt så att fälten kan adderas och förstärkas. Det innebär att det framförallt är pyramidala celler som ligger vinkelrätt i den yttersta delen av hjärnan som ger upphov till EEG.
- Däremot nervceller som inte ligger vinkelrätt mot skalpen utan lodrätt med skalpen, deras elektriska spridning kommer ske åt andra hållet och därför dröjer det länge innan den når skalpen vilket ökar risken för att den dör ut och inte når skalpen. Cellerna som ligger djupt är svårare att få information ifrån. Dessutom kan aktivitet som sker i ett veck i hjärnan ta ut varandra om den sker på båda sidorna samtidigt. Då blir det plus och minus tar ut varandra.
Berätta om bilden!
Med EEG så är det framför allt celler som ligger nära och vinkelrätt mot skalpen som vi kan mäta!
Det vi ser är cortex som ligger veckat. Den röda linjen är skallbenet/skalpen.
Lägger vi en elektrod uppe på skalpen. Mot skaplen har vi massa nervceller. När de skickar sin elektriska information så uppstår det ett elektriskt fält som lägger sig längs med neuronet och sprider sig uppåt och fångas upp av en elektrod.
Elektricitet kommer från flera celler: synkroint
Dröjer längre för cellerna som ligger längre bort från skalpen.
Vad är MEG: MagnetoEncephaloGraphy?
- Magnetisk variant av EEG
- Alltid när vi har elektricitet så bildas magnetfält. Elektriska potentialen ger upphov til förändringar i det magnetiska fältet.
- Istället för att spela i det elektriskt, är detta den magnetiska variation.
- Mäter ett magnetfält som uppstår när neuronerna arbetar
- Känsliga sensorer används. Måste sitta stilla.
-
Titta på tidsbundna komponenter som också blir som vågor.
M100 - våg som sker efter 100 sekunder.. brukar inte skilja på om de är positiva eller negativa.
Avbildningen som man får vid MEG är både strukturell och funktionell dvs vi kan följa förändringar i magnetfältet över tid och se hur det korrelerar med olika tankeprocesser. Man kan också ta ögonblicksbilder med hyfsat stor spatial upplösning för att se hur fälten ser ut vid en viss tidpunkt.
Funktionell, precis som EEG. Men lite bättre strukturella, vi får lite bättre spatiala uppfattningar.
→ Hög temporal upplösning, inte lika bra spatial, men bättre än eeg.
Kliniskt: lokalisera epileptisk aktivitet. Förberedelse inför operation, kartlägga viktiga funktioner.
Forskning: kognitiva processer, t.ex. språk, objektorientering och spatiell bearbetning.
M100-komponenten återfinns på onormala ställen hos personer med schizofreni = problem att filtrerar bort onödig information
Hur fungerar MRI?
MRI: Magnetic Resonance Imaging
- Strukturell
- Mäter skillnader i vävnaders magnetiska egenskaper
- Statistik magnetfält - används för att påverka protoner i kroppen
- Oscillerande magnetfält (magnetfält som ändrar sig) – knuffar till protonerna. Tiden det tar för protonerna att återgå till sitt normalläge mäts.
Olika vävnader reagerar olika
Vad gör att vi kan avbilda med MRI?
- Titta på strukturer!
- Använder ingen joniserande strålning- mäter vävnaders magnetiska egenskaper
- Man använder statiska magnetfält - ligger longitudinellt. Används för att påverka protoner i kroppen.
- Sen använder man oscillerande magnetfält - knuffar till protonerna. Magnetfältet knockar till alla protoner i magnetfältet. Tiden det tar för protonerna att återgå till sitt normalläge mäts. Ser olika snabbt i olika vävnader → genom att mäta hur lång tid det tar så kan man se olika vävnader.
Man kan mäta på olika sätt, gör att man ser olika skador olika bra. Olika typer av bilder för olika sjukdomar. T1 och T2 är typ samma bild, men lite olika.
T1 bilder: tittar på hur lång tid det tar för hjärnan att återupprätta magnetismen i den longitudinella. Återupprättande av longitudinell magnitism.
T2 bilder använder man för utveckling av MS. Hur snabbt går det att förlora magnetismen. Då kommer prickar att synas tydligare i den “grå massan” t.ex.
Förlust av transversell magnetism.
Vad är fMRI: blood oxygen level dependent? (BOLD)
Teknik som bygger på att syresatt och ickesyresatt blod har olika magnetiska egenskaper.
Blod innehåller hemoglobinmolekyler och till varje molekyl sitter en järnmoelkyl kopplad som i sin tur kan binda syremolekyler. När hemoglobin har syremolekyler bundna till sig så är det inte magnetiskt, men utan syremolekylerna är det mer magnetiskt. Syrefattigt blod är alltså mer magnetiskt och därför stör det mr-signalen mer än det syrerika blodet. Så när en viss del av hjärnan är aktiv kräver neuronen där mer syre och därför rusar blodet dit. Man får alltså mer syresatt blod vilket leder till en mindre störningar i hjärnan vilket gör att man kan räkna ut var aktiviteten i hjärnan sker. Det är mycket noga att man använder sig av olika betingelser som man sedan jämför med en baseline-värde. Man måste alltid ha något att utgå ifrån.
Hjärnaktivitet → blodflödet ökar → syrerika blodet ökar → MR-signalen störs mindre → högre signal.
Vi mäter när blodet kommer, inte neuronernas aktivitet direkt. Måste ta det i beaktning. Tittar bara på blodflödet egentligen, mäter indirekt neuronerna. Den är därför temporalt inte så jättebra.
