Neuro (Fach) / Vorlesung 5 - Funktionelle Verfahren (Lektion)
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PET FMRT
Diese Lektion wurde von Amalaswinthaa erstellt.
- Ursprünge funktionelle Verfahren - Mossos "Human Circulation Balance" - Idee = kognitive Anforderungen führen zur Akkumulation von Blut im Gehirn - Mensch liegt auf komplett ausbalancierter Waage - wenn Verlagerung des Bluts im Kopf ...
- Was sind funktionelle Verfahren Positronen-Emissions Tomographie funktionelle Magnetresonanztomographie
- Grundidee funktioneller Verfahren - neuronale Aktivität --> erhöhter Sauerstoff und Glukoseverbrauch - PET misst anreicherung bestimmter radioaktiv markierter "Tracer" in einer Region, z.B. markierte Glukose, Sauerstoff - fMRT misst ...
- PET Grundprinzip 1. Isotop mit kurzer Halbwertszeit (Radionuklid) wird als Tracer an Molekül gehängt, z.B. Glukose 2. Tracer wird Injiziert (z.B. FDG aus Video) 3. Radionuklid gibt Positronen ab (wird bei Zerfall ...
- Beispiele für PET-Tracer - 18Fluordesoxyglucose (FDG-PET): Glukosemetabolismus - 15 O-Wasser: Perfusion (Blutfluss) rCBF - 11 C-Racloprid: Dopamin-D2-Rezeptor-Verfügbarkeit - 18 F-DOPA: präsynaptische Dopamin-Verfügbarkeit ...
- Facts PET - in Forschung durch fMRT ersetzt - Hauptnutzung heut enicht mehr kogntiive Aktivierung sondern Messung bestimmter Transmitter oder Rezeptoren - Tracer binden z.B. an bestimmte Rezeptoren --> Mesung der ...
- PET Beispiel: Dopamin und Kokainabhängigkeit Volkow ... - PET Scans zeigen reduzierte Verfügbarkeit von Dopamin in D2-Rezeptoren bei Kokainabhängigkeit - weniger Rezeptoren oder mehr Dopamin? - Risikofaktor oder Konsequenz der Abhängigkeit?
- PET Beispiel: Dopamin und Kokainabhängigkeit Nader ... - Effekt von Kokain-Selbstadministration auf D2-Rezeptor Verfürbarkeit in N=12 Affen - Baseline Rezeptorverfügbarkeit korreliert mit der Selbstadministration (--> Risikofaktor) - Rezeptorverfügbarkeit ...
- fMRT Grundidee - Paulig & Coryell (1936): Desoxyhämoglobin und Oxyhämoglobin haben unterschiedliche magnetische Eigenschaften Desoxy: ohne Sauerstoff, Oxy = mit Sauerstoff - Sauerstoffsättigung des Blutes als körpereigenes ...
- BOLD-fMRT und T2-Relaxationszeit - Oxyhämoglobin ist diamagnetisch (deswegen sind die länger synchron = stärkeres SIgnal = Gehirnregion ist aktiver) - Desoxyhämoglobin ist paramagnetisch und verzerrt das umliegende Magnetfeld --> ...
- Studie Ogawa et al. 1990 mit Ratten - O2 Gehalt des Bluts von Ratten manipuliert - wenn Ratten puren Sauerstoff atmen: einheitliche Textur auf für T2* sensitiven Bildern - wenn sie normale Luft atmen: Bereiche mit Signalverlust enstprechend ...
- Neurovaskuläre Kopplung - Wie ist neuronale Aktivität an die Regulation der Blutgefäße gekoppelt? 1. Neuronale Aktivität proximaler Neurone führt zu Ca2+ Signal (Ca2+ Welle) in Astrozyten; Ca2+ breitet sich über Gap ...
- Dreiteilige Synapse - Astrozyten registrieren proximale neuronale Aktivität u.A. über eigene Rezeptoren (z.B. metabotrope & AMPA-Glutamatrezeptoren) --> Ca2+-Welle
- Blutversorgung des Gehirns Herz --> Arterien --> Gehirn (Sauerstoffhaltiges Blut) Gehirn --> Venen --> Herz (Sauerstoffarmes Blut) Arteria cerebri anterior (vordere Arterie) Arteria cerebri media (mittlere Arterie) Arteria cerebri ...
- Die HRF - Veränderung der BOLD-Antwort über die Zeit: hämodynamische Antwort (HRF, haemodynamic response function) - Peak der Bold-Antwort nach ca. 6-8 Sekunden --> Begrenzung der zeitlichen Auflösung - Initial ...
- Experimentelle Designs Block Design = mehrere Male in Blocks den gleichen Stimulus präsentieren - mit wechselndem Block kann ein anderer Stimulus präsentiert werden z.B. 1 Block nur Hunde vs. danach 1 Block Katzen - Vorteile: stärkere ...
- Experimentelle Designs Event-related Design = wechselnde Präsentation von verschiedenen Stimuli z.B. Block 1: H K K H K H - Events (Stimuli) können random auftreten - Events können durch VPN determiniert sein - EVents können unerwartet im ...
- Vergleich PET vs. fMRT Tabelle
- Was heißt Aktivierung im fMRT? - Blutfluss bzw. Zufluss von Oxyhämoglobin findet kontinuierlich statt - Idee der Substraktionslogik: betrachten von relativen Unterschieden in der Aktivierung - Problem: Was ist eine adäquate Vergleichsbedingung ...
- Beispiel Substraktionsansatz - Cake
- Probleme der Substraktionslogik - bei komplexen Fragestellungen stößt der Ansatz schnell an seine Grenzen - Problem der adäquaten Kontrollbedingung - Grundannahme der pure insertion --> Prozesse lassen sich ohne Interaktionen addieren ...
- Beispiel Faktorielles Design: "Why we can't tickle ... - Faktor 1: Taktile Stimulation, Faktor 2: eigene Bewegung - Interaktionskontrast A-B > C-D oder A-B < C-D --> Grund: Efferenzkopie
- Parametrische Designs - Variable ist kontinuierlich, anstatt kategorisch wie bei faktoriellen Designs - zB. Anzahl gesprochener Wörter/Minute - unterschiedliche Hirnregionen zeigen unterschiedliche Antworten auf Wörter/Minute ...
- Analyse von fMRT Daten- Wissenschaftlicher Kreislauf ... 1. Neurokognitive Modelle 2. Identifikation einer Hypothese, um das Modell zu testen oder Modellvergleich 3. Experiment erstellen 4. Experiment durchführen/Datenerhebung 5. Datenanalyse 6. INterpretation: ...
- Wissenschaftlicher Kreislauf - Datenerhebung und Analyse ... 1. Datenerhebung 2. Kopfbewegung korrigieren 3. Stereotaktische Normalisation: Normung auf ein Standardgehirn 4. Smoothing: Rauschen reduzieren 5. Daten anhand des Designs aufteilen (z.B. Reihenfolge ...
- Vorverarbeitung (Preprocessing) - Realignment = "Drehen" und "Schieben" der Bilder auf ein Referenzbild --> bewegungskorrektur - Normalisierung = Transformation der Bilder im anatomischen Standardraum (z.B. MNI-Space) - Glättung (Smoothing) ...
- Model-basiertes fMRT - mittels paramterischer Designs wird analysiert, in welchen Voxeln die Aktivierungsamplitude mit Vorhersagen eines computationalen Modells (z.B. Rescorla-Wagner Lernregel) korreliert - Vorhergesagte ...
- Welchen Aspekt Neuronaler Aktivität misst fMRT? - Logothetis et al, 2001 - fMRT spiegelt vor allem postsynaptische Potentiale weider - KANN muss aber nicht mit APs zusammenhängen
- Interpretation von fMRT Ergebnissen - sowohl inhibitorische als auch exzitatorische synaptische Aktivität ist mit erhöhtem Sauerstoffverbrauch assoziiert --> Aktivierung/Deaktivierung ist nicht gleich Erregung/Hemmung
- Uni- vs. multivariater Analyseansatz - klassische MRT-Analyse: massive univariate approach x jedes Voxel wird einzeln betrachtet x Signal wird mittels GLM beschrieben und die geschätzten Parameter werden statistisch analysiert - Multivariater ...
- Experimentelle Designs in der funktionellen Bildgebung ... Kategoriale Designs/ Kognitive Substraktion Faktorielle Designs Parametrische Designs
- Widersprüche zw. fMRT-Daten und Läsionsdaten Szenario ... - Aktivierung reflektiert nur eine mögliche Strategie, um Aufgabe zu lösen - Aktivierung reflektiert allgemeine/unspezifische kognitivie Ressource - AKtivierte Region wird inhibiert, nicht erregt - ...
- Widersprüche zw. fMRT Daten und Läsionsstudien ... - experimentelle und Kontrollbedingung beanspruchen die Region --> Bedingungsvergleich führt zu Nullergebnis - Detektion von Aktivierung in der Region evtl. schwierig/unmöglich (zu klein, zu große ...
- Multi-Voxel Pattern Analysis - man kann z.B. recht gut vorhersagen, welches Objekt jemand gerade anschaut - aber nur wenn der Classifier/Decoder vorher trainiert wurde 1. Training 2. Holdout 3. Test - mehrmals wiederholen, test accuracy ...
- Resting State fMRI - rsfMRI: Proband fixiert 5-10 Minuten ein Kreuz --> kontinuierliche Messung von fMRT - Identifikation korrelierter und antikorrelierter Netzwerke - resting state connectivity ist z.T. auf anatomische ...
- Vorteil und Nachteil von rsfMRI + relativ schnell gemessen + Hirnaktivität kann zw. Gruppen verglichen werden, ohne dass Patienten schwierige Aufgabe bewältigen müssen + Daten können auch mit Methode ner Netzwerktheorie (Graphentheorie) ...