Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Metody badania aktywności mózgu Anna Sochocka 19. 01. 2011 Zakład Technologii Gier.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Metody badania aktywności mózgu Anna Sochocka 19. 01. 2011 Zakład Technologii Gier."— Zapis prezentacji:

1 Metody badania aktywności mózgu Anna Sochocka Zakład Technologii Gier

2 Plan seminarium: 1.Mózg Budowa mózgu Podstawowe cechy mózgu: potencjał spoczynkowy i czynnościowy 2. Wybrane metody badania aktywności mózgu - metody nieinwazyjne EEG MEG A może coś nowego ???

3 Budowa mózgu Mózgowie (łac. encephalon z gr. en "w, wewnątrz" i kephalos "głowa") - część ośrodkowego układu nerwowego leżąca w czaszce. Mózg człowieka można podzielić na dwie półkule. Jedna z nich, tzw. Willi (prawa), posługuje się rytmem, przestrzenią, wyobraźnią, dźwiękiem, kolorami, postrzega wymiary i obraz całości. Druga z nich, tzw. Wilfrded (lewa), posługuje się logiką, liczbami, słowami, hierarchią, linearnością, analizą, zbiorami. Widzi szczegóły, a nie dostrzega obrazu całości.

4 W każdej półkuli wyróżnia się 4 płaty: - Potyliczny – znajdują się w nim ośrodki wzroku i rozumienia wrażeń wzrokowych - Skroniowy – znajdują się w nim ośrodki słuchu i rozumienia wrażeń słuchowych - Ciemieniowy – znajdują się w nim ośrodki wyższych czynności nerwowych np. ośrodki mowy, pamięci kojarzenia, rozumienia, wrażeń. Bruzda środkowa oddziela płat ciemieniowy od skroniowego - Czołowy – przed bruzda znajdują się pola ruchowe, które kontrolują pracę mięśni szkieletowych i odpowiadają za ruchy. Choć waży g składa się z około 100 mld komórek nerwowych (neuronów).

5 Komórka nerwowa Neuron, komórka nerwowa, neurocyt, razem ze swoimi wypustkami - dendrytami, których jest zazwyczaj więcej niż jeden i zawsze jednym neurytem (aksonem), przystosowana do przewodzenia i przetwarzania, a także wytwarzania bodźców nerwowych. Charakteryzuje się tym, że przewodzi bodźce zawsze w jednym kierunku od dendrytów do ciała komórki (perikarionu) i z komórki dalej przez neuryt (wypustkę osiową). Każda z komórek nerwowych mózgu, może wytworzyć połączenia z 1028 innych komórek liczba wszystkich możliwych kombinacji w całym mózgu to cyfra 1 z rzędem zer o długości 10,5 km!

6 Potencjał spoczynkowy neuronu Podstawową cechą układu nerwowego jest pobudliwość, czyli zdolność reagowania na bodźce i zdolność przewodzenia impulsu. Przenoszeniu impulsu towarzyszą zmiany elektryczne w postaci tzw. potencjału czynnościowego Przenoszenie potencjału polega na przesuwaniu jonów po obu stronach błony komórkowej. W stanie spoczynku między wnętrzem komórki a środowiskiem zewnątrzkomórkowym panuje różnica potencjałów około -90mV Wnętrze komórki Środowisko zewnątrzkomórkowe

7 Neuron posiada ujemny potencjał spoczynkowy. Potencjał spoczynkowy polega na tym, że stężenie jonów potasu i chloru ( + K, - Cl ) jest większe wewnątrz, a sodu na zewnątrz neuronu ( + Na ). Bierze się to stąd, że błona komórkowa w spoczynku jest o wiele mniej przepuszczalna dla jonów sodu niż dla jonów potasu. ujemne dodatnie

8 Przewodzenie impulsu Pod wpływem bodźca następuje depolaryzacja błony, zwiększa się jej przepuszczalność dla jonów sodu, które wpadają do środka. W chwili pojawienia się potencjału czynnościowego, potencjał komórki staje się dodatni w stosunku do środowiska pozakomórkowego, ponieważ w środku komórki jest teraz nadmiar dodatnich ładunków elektrycznych. Podczas powrotu błony do stanu normalnego tzw. pompa sodowo-potasowa, wypycha sód i wsysa z powrotem potas Wnętrze komórki Środowisko zewnątrzkomórkowe Wnętrze komórki Środowisko zewnątrzkomórkowe + Na +K+K - Cl v

9 Przebieg pobudzenia neuronu. Do wywołania depolaryzacji potrzebny jest tzw. bodziec progowy. Bodziec progowy jest minimalnym bodźcem, jaki jest potrzebny do wywołania potencjału czynnościowego. Każdy silniejszy bodziec (nadprogowy) również wywoła depolaryzację, jednak żaden poniżej progowego nie pobudzi błony

10 Fala depolaryzacji przesuwa się i przenosi na dalsze odcinki. Po przejściu impulsu błona komórkowa natychmiast się repolaryzuje, czyli powraca do stanu spoczynkowego. Po krótkim okresie odnowy, czyli tzw. okresie refrakcyjnym (bezwzględnej niewrażliwości włókna na bodźce), może znów powstać nowy przebieg potencjału. Cykl depolaryzacji i repolaryzacji trwa około 1 milisekundy. Obserwując z zewnątrz błonę komórkową neuronu można stwierdzić że jest ona naładowana dodatnio w stanie spoczynku a impuls nerwowy jest spostrzegany jako przemieszczający się obszar ładunku ujemnego

11 . Przewodzenie impulsu

12 Między synapsami jest szczelina. Impuls jest przenoszony w sposób ciągły mimo szczelin. Jest to możliwe dzięki specjalnym substancjom chemicznym tzw. przekaźnikom lub mediatorom uwalnianym przez zakończenia nerwowe. Do mediatorów zaliczamy m.in. adrenalinę czy serotoninę Potencjał czynnościowy wędruje wzdłuż neurytu aż do styku z następnym neuronem tzw. synapsy.

13 Metodologia badania mózgu Techniki badania mózgu mogą być inwazyjne lub nieinwazyjne. Metoda inwazyjna polega na wszczepieniu bezpośrednio do kory mózgowej odpowiednio małych elektrod. Jakość otrzymanego sygnału jest wyższa ale pojawia się ryzyko związane z operacja i ewentualną infekcja dlatego metodę tę stosuje się tylko w szczególnych przypadkach - u osób sparaliżowanych.

14 Metody nieinwazyjne polegają na analizie fal mózgowych przez czujniki zamontowane w specjalnej czapce lub hełmie na głowie użytkownika.

15 Metody nieinwazyjne: fMRI : Funkcjonalne obrazowanie za pomocą rezonansu magnetycznego EEG : Elektroencefalografia MEG : MagnetoEncefalografia fNIR : Funkcjonalne obrazowanie w podczerwieni

16 Elektroencefalografia EEG - Elektroencefalografia - nieinwazyjna metoda diagnostyczna służąca do badania bioelektrycznej czynności mózgu. Badanie polega na odpowiednim rozmieszczeniu na powierzchni skóry czaszki elektrod które rejestrują zmiany potencjału elektrycznego na powierzchni skóry, pochodzące od aktywności neuronów kory mózgowej i po odpowiednim ich wzmocnieniu tworzą z nich zapis – elektroencefalogram. Pierwszy polski zapis EEG został zarejestrowany przez Adolfa Becka, który swoją pracę opublikował w 1890 r. Pierwsze badanie EEG na człowieku przeprowadził Hans Berger, psychiatra z Jeny ( 1925 r. ). Adolf Beck ( ) Hansa Bergera ( )

17 W zapisie EEG wyróżnia się: fale (zasadnicza część składowa EEG, prosta, krótkotrwała zmiana różnicy potencjałów), rytmy (wielokrotne powtórzenie fali). NazwaAmplituda [uV]Częstość [Hz]Kształt Alfa Beta Thetado Deltaokoło

18 Badanie EEG wykonuje się w warunkach spoczynkowych (bez dopływu bodźców słuchowych, wzrokowych i dotykowych, czas trwania około 3-10 minut), a także po zastosowaniu bodźca (zapis aktywacyjny). Rozmieszczenie elektrod w Systemie 10-20: · cyfry nieparzyste - lewa półkula; cyfry parzyste - prawa półkula · symbole elektrod pochodzą od pierwszych liter nazw łacińskich poszczególnych okolic mózgu · Z - oznacza linię środkową, międzypółkulową - F p - przedczołowa (bieguny czołowe) - F - czołowe - C - centralne (środkowe) - T - skroniowe - T 3 - środkowa - T 5 - tylnoskroniowa - P - ciemieniowe - O - potyliczne - F z - czołowa pośrodkowa - C z - centralna pośrodkowa - P z - ciemieniowa pośrodkowa - P g - elektrody nosowo - gardłowe - A - uszne - C b - móżdżkowe

19

20 sek V

21 Źródła zakłóceń rejestracji sygnału EEG: - Zjawiska fizyczne i chemiczne zachodzące pomiędzy skórą, elektrolitem a elektrodą - Generatory czynności elektrycznej znajdujące się w ciele człowieka - Pola elektryczne wytworzone przez znajdujące się w pobliżu urządzenia elektryczne oraz sieć zasilającą Wady i zalety EEG : -świetna rozdzielczość czasowa -słaba rozdzielczość przestrzenna - przenośna aparatura pomiarowa - relatywnie małe koszty

22 Magnetoencefalografia Magnetoencefalografia (MEG) technika obrazowania elektrycznej czynności mózgu za pomocą rejestracji pola magnetycznego wytworzonego przez mózg (sygnały te są bardzo małe – femtotesla [ fT ], czyli (pole magnetyczne Ziemi jest miliard razy większe). Sygnały są odbierane przez wysokoczułe mierniki pola magnetycznego umieszczone w pobliżu czaszki badanego np. typu SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) ważący 8 ton Pierwszy pomiar MEG został wykonany przez fizyka Davida Cohena w 1968 r.

23 Co mierzy aparatura MEG ? Płynące w neuronach prądy są źródłem pola magnetycznego. Zgodnie z równaniami Maxwella ruch ładunków powoduje powstanie pola magnetycznego prostopadłego do kierunku tego ruchu. Sygnały MEG (i EEG) pochodzą od prądów jonowych płynących w drzewkach dendrytycznych neuronów w czasie transmisji synaptycznej. Kolorem szarym zaznaczono prądy jonowe płynące wokół neuronu w wyniku akcji synaptycznej. Strzałką zaznaczono kierunek dipola prądowego posiadającego prądowe źródło w dendrytach i prądowy zlew w okolicy ciała neuronu.

24 Idea pomiaru MEG Pole magnetyczne pochodzące od neuronów umieszczonych w bruzdach jest prostopadłe do powierzchni głowy i daje większy wkład do sygnału MEG niż pole pochodzące od neuronów umieszczonych w zakrętach. Pole magnetyczne powstające wokół dipola ma zwrot zgodny z regułą prawej ręki i linie pola są okręgami o środku na osi dipola. Aby pole magnetyczne miało mierzalne wartości potrzebna jest superpozycja dużej liczby synchronicznie aktywnych dipoli neuronowych o z grubsza jednakowej orientacji ( co najmniej 50 tys. )

25 MAGNETOENCEFALOGRAFIA

26 MEG pozwala na mapowanie mózgu w czasie rzeczywistym. Reakcja na aktywność kciuka i małego palca prawej ręki

27 A może by tak coś nowego… Paweł Laskof K. Łojek S. Micek R. Płaneta M. Misiaszek A. Sochocka Z. Sosin R. Zyss

28 W większości detektorów promieniowania sygnał generowany jest jako impuls prądowy. Twierdzenie Ramo pozwala obliczyć prąd indukowany przez ruch ładunków M. idzik Twierdzenie Ramo – Shockleya Twierdzenie Ramo pozwala obliczyć prąd indukowany przez ruch ładunków.,i położenie ładunku Wyindukowany prąd jest proporcjonalny do prędkości ładunku i pola wagowego

29 elektroda PA t U(t) elektroda X 64 Od teorii do realizacji … q i

30 wzmacniacze PA przetwornik ADC-flash 1kHz akumulatory zasilacze PA X 64 Aparatura pomiarowa przedwzmacniacz ładunkowy i/lub PA i/lub laptop

31 Co moglibyśmy mierzyć: - EEG - EKG -korelacje między EKG i EEG - EMG ( elektromiografia)

32 Układ fizyczny symulujący fale mózgowe + 2 Hz Przedwzmacniacz ładunkowy PA L T=0,5 sek out + R in C -

33

34 Dla pomiarów pola elektrycznego generowanego przez komórki układu nerwowego zbudowaliśmy prototyp zmodyfikowanego przedwzmacniacza ładunkowego (integratora) PA, który posiada unikatowe własności: - odporny na mogące pojawić się w wyniku elektryzowania wyższe potencjały uszkadzające jego wejście - konstrukcja przedwzmacniacza umożliwia minimalizację szumów związaną z eliminacją opornika sprzężenia zwrotnego - w proponowanym rozwiązaniu bezrezystywne rozładowanie pojemności sprzężenia zwrotnego jest możliwe dla obu polarności indukowanych ładunków

35 CharakterystykiEEGMEGPA Rozdzielczość czasowa 1 msek Rozdzielczość przestrzenna 1 cm5 cm???? Ograniczenia tylko kora mózgowa trudna interpretacja słaba rozdzielczość przestrzenna trudna interpretacja Zalety tania łatwa obejmuje głębsze struktury tania łatwa mierzy sygnały wolnozmienne nawet do dziesiętnych Hz mierzy sygnały od ruchów ładunków prostopadłych do płaszczyzny elektrody obejmuje głębsze struktury bezkontaktowy pomiar Porównanie metod obrazowania mózgu

36 - Modelowanie rozkładu pola elektrycznego dla określonego rozkładu elektrod – program Garfield, rozwiązanie równań Poissona, - Modelowanie ruchu ładunków w głowie, - Teoretyczne wyliczenie prądów płynących w elektrodach zgodnie z twierdzeniem Ramo-Schockleya i porównanie wyników z eksperymentem - Eksperymentalne pomiary prądów Co nasz czeka w najbliższej przyszłości…

37 Dziękuje za uwagę


Pobierz ppt "Metody badania aktywności mózgu Anna Sochocka 19. 01. 2011 Zakład Technologii Gier."

Podobne prezentacje


Reklamy Google