Metode în neuro ştiin Ńe

I. Leziuni cerebrale şi neuroimagistică

Clasificare

• experimentale vs non-experimentale;• invazive vs noninvazive;• studii pe animale vs oameni;• in vivo vs in vitro;• in vivo vs post-mortem;• structurale vs funcŃionale;• niveluri de organizare

Altă clasificare

• Manipulare

- inhibiŃie: reversibilă (anestezie), ireversibilă (leziune)

- stimulare: electrică (ECT), chimică (amfetamine), magnetică (TMS)

• Măsurare

- electrică (EEG & ERP), chimică (spectrometrie RMN cerebrală), magnetică (MEG), neuroimagistică (anatomică & funcŃională)

Radiografie cerebrală?

Marie Skłodowska-CuriePN F (1903)PN C(1911)

Radiografie cerebrală?

Pneumoencefalografie

AngiografieAngiografie

Egaz Moniz

Leucotomia prefrontalăLeucotomia prefrontală

clorpromazină

Nobel PM 1949

Foto

CT (d = 1 mm)

PET (d = 2-3 mm)

RMN (d = 0.1 mm)

Tomografie computerizată cranianăTomografie computerizată craniană

Tomografie computerizată cranianăTomografie computerizată craniană

AUTORADIOGRAFIA CU 2AUTORADIOGRAFIA CU 2 --DG DG

AUTORADIOGRAFIA CU 2AUTORADIOGRAFIA CU 2 --DG, cDG, c--fosfos

Tomografia cu emisie de pozitroni (PET) Tomografia cu emisie de pozitroni (PET)

Tomografia cu emisie de pozitroni (PET) Tomografia cu emisie de pozitroni (PET)

Tomografia cu emisie de pozitroni (PET)Tomografia cu emisie de pozitroni (PET)

PET: Exemplu PET: Exemplu

Repaus Stimulare auditivă

PET în neuropatologie şi neurofarmacologie

[11C](N,N-Dimethyl-2-(2-amino-4-cyanophenylthio) benzylamine (DASB)

Effect of Citalopram on [11C]DASB PET Scan of the Serotonin Transporter in a Depressed Subject. Treatment was with 20 mg/day of citalopram for 4 weeks.

Klunk, Engler et al., Ann Neurol, 2004Meyer, Wilson et al., Am J Psychiatry, 2001

Tomografia de rezonanTomografia de rezonanŃŃă magnetică ă magnetică

• Subject RG

• Hi Res 128 x 128 matrix

• Resolution: 2 x 2 x 2 mm

Imagistica de tensiune a difuziunii (DTI) Imagistica de tensiune a difuziunii (DTI)

Imagistica de tensiune a difuziunii (DTI)Imagistica de tensiune a difuziunii (DTI)

Principiul difuziunii Principiul difuziunii anizotropiceanizotropice

Free diffusion

Restricted diffusion

Isotropic diffusion

Anisotropic diffusion

Imagistica de tensiune a difuziunii (DTI)Imagistica de tensiune a difuziunii (DTI)

Principiul difuziunii Principiul difuziunii anizotropice anizotropice

Răspuns neuronalRăspuns neuronal

Semnal BOLD) responseSemnal BOLD ) response

time [s]�0.5-2 �4 �10

stimulus

0-0.5

1.5

% s

igna

l cha

nge

Răspunsul Răspunsul hemodinamichemodinamic

Tomografia de rezonanTomografia de rezonanŃŃă magnetică funcă magnetică funcŃŃională ională (RMNf)(RMNf)

Tomografia de rezonanTomografia de rezonanŃŃă magnetică funcă magnetică funcŃŃională ională (RMNf)(RMNf)

Tomografia de rezonanTomografia de rezonanŃŃă magnetică funcă magnetică funcŃŃională ională (RMNf)(RMNf)

Tomografia de rezonanTomografia de rezonanŃŃă magnetică funcă magnetică funcŃŃională ională (RMNf)(RMNf)

Tomografia de rezonanTomografia de rezonanŃŃă magnetică funcă magnetică funcŃŃională ională (RMNf)(RMNf)

Eccentricity mapping(Color codes ring size)

Polar angle mapping(Color codes meridians)

Tomografia de rezonanTomografia de rezonanŃŃă magnetică funcă magnetică funcŃŃională ională (RMNf)(RMNf)

Tomografia de rezonanTomografia de rezonanŃŃă magnetică funcă magnetică funcŃŃională ională (RMNf)(RMNf)

Tomografia de rezonanTomografia de rezonanŃŃă magnetică funcă magnetică funcŃŃională ională (RMNf)(RMNf)

Paul Broca

Optical Methods

INFERENłE ÎN STUDII DE LEZIUNE

Leziune & neuroimagistică

…pentru c ă

- în prezent nu avem o metod ă de “cartografiere a creierului” ideală, care s ă ne ofere informa Ńii despre activitatea neuronal ă la rezolu Ńie spa Ńială submilimetric ă şi rezolu Ńie temporal ă de milisecunde.

- fiecare din metode ofer ă o imagine a creierului la diferite scale spa Ńiale şi temporale. În general,

- metodele electrice/magnetice au rezolu Ńie temporal ă excelent ă, dar rezolu Ńie spa Ńială slab ă.

- metodele hemodinamic-metabolice au rezolu Ńie spa Ńială bun ă, dar temporal ă slab ă.

Este important să avem mai multe metodeEste important să avem mai multe metode

| | |

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

10 -3 10 0 10 3 seconds

0

-1

-2

-3

-4

m (Log.)

PET

fMRIEPI

MEG ERP

STIMULAREA MAGNETIC Ă TRANSCRANIANĂ (TMS)

STIMULAREA MAGNETIC Ă TRANSCRANIANĂ

STIMULAREA MAGNETIC Ă TRANSCRANIANĂ

STIMULAREA MAGNETIC Ă TRANSCRANIANĂ

STIMULAREA MAGNETIC Ă TRANSCRANIANĂ

STIMULAREA MAGNETIC Ă TRANSCRANIANĂ

Vedere de ansamblu

STIMULAREA MAGNETIC Ă TRANSCRANIANĂ

Electroencefalografie (EEG)

Electroencefalografie (EEG)

Poten Ńiale evocateare derived from raw EEG signals by averaging

Magnetoencefalografie (MEG)

Sursa semnalelor MEG?

Poten Ńiale evocate (PE)are derived from raw EEG signals by averaging

Extragerea PE din EEG

EEG

s ss ss sr r r r r

Averaging(stimulus locked)

PE

automatic controlled

1. Polaritate (undă pozitivă sau negativă).

P = pozitiv, N = negativ

2. LatenŃa:

P1 sau P100 încep 100 msec după prezentarea stimulului

3. Topografie (cu care electrod e măsurat PE?)

De ex., P1 maximal occipital, P3 maximal parietal

Clasificarea componentelor PE

Clasificarea PE

Exogenous components� < 200 ms after stimulus presentation� passive task (independent of task instruction)� evoked by external factors (physical stimulus features)� automatic processing (no higher-order cognition)� dependent of modality (P1 = visual)

Endogenous Components� between 200-1000 ms. after stimulus presentation� active task (dependent on task manipulation, instruction) � evoked by internal factors (rules, instructions)� conscious, higher-order cognitive processing (attention, memory)

� independent of modality