Mózg - Od struktury do funkcji - Neurobrazowanie

dr hab. Zenon Matuszak

1. Mózg
Od struktury do funkcji
Neurobrazowanie
Zenon Matuszak
Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki
Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH
Zenon. [email protected]

2. Mózg -krótkie wprowadzenie
Mózg->zainteresowanie od Hipokratesa (460–377 p.n.e.), który połączył
aktywność tego organu z przezywanymi emocjami, mózg jest ich źródłem „z
mózgu samego płyną nasze przyjemności, radości, śmiech, wesołość, a także
nasze smutki, bóle, żałości i łzy...„ etc.
Problem umysł -ciałoUmysł,
Mózg
Modele mózgu, umysłu -> problem zrozumienia umysłu
=> Słynne poznaj samego siebie (Sokrates, Apollo Delfy
Definicja => umysł, świadomość (problem nie będzie dokładniej dyskutowany
Intuicja => intuicyjne rozumienie tych pojęć)

3. Neurobiologia –długa historia
wykazanie prądu czynnościowego w nerwie (1848, E.DuBois-Reymond)
pomiar szybkości przewodzenia w nerwie (ok. 1850, H.vonHelmholtz)
Camillo Golgi i Santiago Ramóny Cajal(Nobel 1906) -metoda barwienia
neuronów w preparatach -koncepcja synapsy
Więcej informacji: prof. Włodzisława Duch (UMK Toruń)-cytaty
Analiza urazów powypadkowych.
Już Egipski papirus sprzed 3500 lat wymienia 28 uszkodzeń, dokonywano wtedy trepanacji czaszki by wyciąć guzy.
Arystoteles uznał serce za siedlisko uczuć i rozumu.
W -3 w. Herofilos, lekarz z Aleksandrii twierdził, że mózg
odpowiedzialny jest za życie psychiczne.
Andreas Vesalius(1514-1564, Flamandia), twórca nowożytnej
anatomii, ostatecznie ustalił znaczenie mózgu.
Systematyczne badania skutków urazów rozpoczęło się w XIX wieku.
Przypadek FineasaGage’a
Kontrolowane uszkodzenia mózgu możliwe są tylko w badaniach na zwierzętach pozwalają na analizę tylko prostych zachowań.
Hitzingi Fritsch, koniec XIX w. -elektrostymulacja mózgu zwierząt.
Operacje u pacjentów cierpiących na padaczkę:
mapy (homunkulusy) WilredaPenfieldaz lat 1950.
Rozwój nieinwazyjnych technik badania mózgu -początkowo tylko elektroencefalografii, EEG (Hans Berger, 1929).
Zastosowania diagnostyczne EEG pozwalają wcześnie wykryć głuchotę, skłonności do padaczki, zaburzenia neurologiczne.

4. Poprzez zrozumienie jak działa mózg chcemy zrozumieć umysł,
skonstruować umysł (intelekt) -> AI -ArtificialIntelligence= sztuczna
inteligencja) .
CEL PODSTAWOWY
Mamy podstawowe trudności z wyjaśnieniem słowa „rozumieć” , co ono znaczy naprawdę
i kiedy możemy ocenić, że „coś” rozumiemy
Założenie posiadania języka i aparatu pojęciowego => wzorem matematyka
Często łatwiej zrobić (skonstruować)
Modele rozumienia => obciążenia metafizyczne

6. Mózg (2% masy całego ciała)
w liczbach i przetwarzanie informacji
Moc elektryczna mózgu: około 20-25 Watów
Zużycie energii: ok. 20% całkowitego zużycia
O
2i 25% zużycia glukozy, przy 2% masy całego
ciała;
R. Lenti inn, "How manyneuronsdo you
have?" EuropeanJournalof Neuroscience, pp.
1–9, 2011.
Dorosły człowiek ma ok. 86±8 mld neuronów w mózgu, w tym 69±7 mld w
móżdżku, > 16±2 mld w korze, < 2 mld w obszarach podkorowych (pień,
śródmózgowie, jądra podstawy mózgu).
kora 4000/neuron, 3x10
13
połączeń, móżdżek 3x10
12
połączeń,
pozostałe 2x10
13
połączeń, razem 5x10
13
, czyli 50 bilionów, ale niektóre
opracowania podają nawet 2.4x10
14
, czyli 240 bilionów ( Duch, cytaty)
Substancja biała-skupiska aksonów i dendrytów, które otoczone są osłonką mielinową, zwiększając szybkość
przewodnictwa nerwowego.

7. Komórki móżdżku
obserwowane przez
Purkinjego, 1837
Motoneuron rdzenia kręgowego
obserwowany przez Deitersa w1865.
Widoczne dendryty (przedłużenia
protoplazmatyczne), ciało neuronu i
akson (cylinder osiowy –axis
cylinder)

8. Camillo Golgi (1843 -1926) w laboratorium
Preparat wykonany przez Golgiego
Preparat metodą Golgiego wykonany
obecnie

9. Hierarchia => rozumienie
Neurony
neuron imagingin brainslices
www.ucl.ac.uk/npp/myimages/
Camillo Golgi -> -1873 metoda
barwienia
komórek i włókien nerwowych z
wykorzystaniem azotanu srebra
redukowanego formaliną
Obrazowanie neuronów, Mapowanie połączeń
Wiele metod
Elektrofizjologiaczego oczekujemy => od czynności neuronu do
czynności mózgu

10. Komórki glejowe są drugim
głównym składnikiem układu
nerwowego. W niektórych
obszarach są 10 razy liczniejsze niż
neurony.
Najważniejszą rolą komórek
glejowych jest kontrolowanie
otoczenia neuronów. Są one
zaangażowane w wiele różnych
funkcji

11. •Astrocyty:podtrzymywanie fizyczne i odżywianie
neuronów, regulacja zawartości przestrzeni
zewnątrzkomórkowej -buforowanie jonów, regulacja
neuroprzekaźnictwa, bariera krew –mózg (?).
•Microglia:składniki układu odpornościowego,
aktywne podczas stanów zapalnych, usuwają ‘zmarłe’
neurony.
•Oligodendroglia:wytwarzają mielinęw neuronach
centralnego układu nerwowego.
•Komórki satelitarne (Satellite Cells):
podtrzymywanie fizyczne neuronów w obwodowych
układzie nerwowym
•Komórki Schwanna:wytwarzają mielinęw
neuronach obwodowego układu nerwowego.
Stwardnienierozsiane(łac.sclerosis multiplex, SM) -demielinizacjawłókien
nerwowychw obrębiemózguirdzeniakręgowego

12. Techniki obrazowania funkcjonalnego => służą podsłuchiwaniu mózgu w akcji , w czasie realnym
( „w działaniu naturalnym”) sygnały typu obserwacyjnego, nie ingerujemy w sposób specjalny w
jego działanie (*)
eksperyment => wytwarzamy specjalne warunki ( hipotezy) i sprawdzamy działanie obiektu
( sygnały) i ich zmiany jak układ reaguje ( i czy w ogóle) na te zmienione przez nas warunki
specyficzna odpowiedzią sygnałową właściwą dla danej metody
Działanie naturalne = trudno zdefiniować aktywność naturalną =>
np. sen i jego podstawowe charakterystyki sygnałowe itd. emocje, rozpoznawanie znaków np. liter
Dobór metody => ogólny obraz źródeł sygnałów, czyli zasad pracy badanego układu
(*) Zakładamy : ?, nie do końca prawda, że warunki pomiarowe nie wpływają na stan, który badamy
ale obiekt to np. człowiek lub zwierzę a nawet pojedyncza komórka zachowują się „naturalnie”
Sytuacja problemowa (w badaniu aktywności mózgu i innych systemów biologicznych w działaniu)
Obserwacja (eksperyment) a Interpretacja (zrozumienie)

13. Jakie funkcje badamy ograniczamy się do tzw. wyższe funkcje mózgu
struktur już istniejących lub zmienionych np. chorobowo
zatem do badania funkcji obiektów strukturalnie i funkcjonalnie stabilnych (*)
( przynajmniej w czasie wykonywania badania) => rozdzielczość czasowa (procesy maja swoją skalę czasową)
i przestrzenną metody ( np. dany obszar pobudzonej kory związanej ze specyfiką stanu generuje, aktywuje się)
Czy badamy obiekt otrzymujemy sygnał z jego podstawowych elementów np. neuronów,
czy z ich zbioru, jak dużego, z jednej lokalizacji, czy możemy jednocześnie z wielu, czy sygnał dotyczy informuje
o podstawowej funkcji obiektu np. sygnał elektryczny, czy też jest sygnałem,
który tylko towarzyszy ( jest związany z tamtym) np. sygnał typu metabolicznego
(*) W biologii ( biofizyce) to delikatny problem ze względu na to,
że układ biologiczny nie jest strukturalnie i funkcjonalnie stabilny tylko ciągle się zmienia !!!!
( problem nowych połączeń, komórek macierzystych, funkcjonalnej plastyczności struktur itd.)
=> jest w tzw. stanie stacjonarnym w sumie radzimy sobie przez ileś tam lat => fizyka ma z tym problemy
Nie interesuje nas np. w trakcie tematyce wykładu proces integracji metabolizmu
z aktywnością elektryczną komórki nerwowej+>
skąd i ile energii potrzebuje komórka nerwowa, sieć by wykonać odpowiednie działanie , aktywację

14. Anatomiczna i Fizjologiczna podstawa bioelektromagnetyzmu
Komórka nerwowa, budowa i fizjologia
Cortical nerve cell and nerve endings connected to it.

15. Jądro neuronu
Dendryty
Ciało komórki
Przewężenie Ranviera
Otoczka mielinowa
Akson
Zakończenia aksonu
Oligodendrocyt
Synapsa

16. Okna do mózgu
Każdy krok do przodu w poznaniu mózgu i jego
funkcji opiera się o skoki w technologii
Studia na różnych poziomach organizacji
z użyciem rozmaitych technik
Strukturalne
obrazowanie
mózgu=> studia
anatomii w żyjącym
organizmie, bez
penetracji czaszki=>
zmiany anatomiczne
w czasie
Diagnostyka chorób
np. nowotworów,
zaburzeń krążenia
Funkcjonalne obrazowanie mózgu=>
Techniki pomiaru aktywności neuronów
bez fizycznej penetracji czaszki ->
które ze struktur neuronalnych są aktywne
podczas pewnych operacji mentalnych

17. Podstawowe:
Fenomeny bioelektryczne i biomagnetyczne można mierzyć w czasie realnym metodami nieinwazyjnymi
albowiem informacja otrzymywana z nich przy ich pomocy manifestują się wewnątrz i na zewnątrz
przewodnika objętościowego formowanego przez struktury ciała.
Tkanki mają naturę elektryczną => znaczenie sygnałów zarówno dla transmisji i kontroli (widzenia, słyszenie itd.)
wywołują odpowiednie reakcje w mózgu ( afferentne) a sygnały z mózgu wywołują odpowiednio reakcje
np. w mięśniach ( eferentne)
Pomiar + symulacja komputerowa

18. BIOMEDYCYNA–dziedzina medycyny wykorzystująca osiągnięcia nauk biologicznych, biochemicznych,
biofizycznych i biotechnologicznych, mająca zastosowanie m.in. w prewencji, diagnostyce i leczeniu
chorób.
•Biomedycyna zajmuje się fizjologicznym i patologicznym kontekstem zdrowia i choroby człowieka
•także regulacjami prawnymi zagadnień etycznych, np. w Konwencja o Prawach Człowieka i
Biomedycynie (Europejskiej Konwencji Bioetycznej
•W zakresie klinicznym i diagnostycznym: podstawa naukowa i technologiczna biomedycyny =>
dziedziny nauk o życiu (ang.life sciences),
Biomedycyna oparta o metodologię wielu dziedzin szczegółowych dziedzin łączy w sobie
zagadnienia biomedyczne,
obejmujące wielkoskalowe zależności strukturalne i funkcjonalne między fizjologią,
patologią, psychologią i etyką człowieka.
Kilka uwag ogólnych => metodologia biomedycyny, część nauk o mózgu i poznaniu

19. organizm ludzki = reaktor chemiczny ( elektrochemiczny)=> reakcje chemiczne (
elektrochemiczne), transport => obserwacja -oznaczanie w tkankach zawartości
określonych substancji chemicznych => decyzja: biochemiczne badania krwi i
innych płynów ustrojowych (określam stan reaktora chemicznego
elektrochemicznego) => stawianie diagnozy zlecenie leków (farmakologia)
Baza: poznaliśmy (?) procesy biochemiczne ( bioelektrochemiczne) zachodzące w
naszym organizmie
Model molekularno-biochemiczny( obowiązuje obecnie)
W przypadku mózgu to bioelektrochemiai elektrodynamika
LECZENIE:farmakoterapia, chirurgia => lepiej => wpłyń na
organizację sieci np. poprzez stosowanie bodźców typu
fizykalnego

20. Potrzebujemy unifikacji: unifikacja nauk biomedycznych –BIOLOGIA SYSTEMÓW
Zmiana paradygmatu => kluczowa rola informatyki
Dotychczasowy paradygmat
Postawa dominującą –REDUKCJONIZM
podstawowa jednostka organizmów żywych –komórka
stosowano redukcjonistyczną analizę komórki => założenie, że organizm żywy jest podobny do
maszyny, co zakłada, że złożoność istot żywych można będzie wyjaśnić przez rozłożenie ich na
części, tak jak rozkłada się na części maszynę (często przykład zegara).
WYNIK:ogromna ilość danych o strukturze i częściach składowych komórki oraz o jej funkcji
WNIOSEK:struktura i funkcje żywych organizmów opierają się na fizyce i chemii =>
ALE w miarę ich ewolucji (ewolucja prebiotycznai dalsze etapy)
pojawiają się nowe poziomy złożoności i wyłaniają się nowe,
zupełnie nieprzewidywalne właściwości =>
EMERGENCJA
Jak przewidzieć własności wody znając własności molekuły H
2O
np. temperatura zamarzania czy zmiany lepkości z temperaturą ?

21. System żywy przy analizie redukcjonistycznej ulega rozsypaniu się na części, tracąc
natychmiast swoje immanentne cechy charakteryzujące zjawisko życia.
Trzeba te części go z powrotem złożyć, ale powtórne złożenie nie odtwarza funkcjonalnej
całości:
Albowiem żywe organizmy nie są prostą sumą części,
poznanie części składowych nie oznacza poznania
całości => to rezultat EMERGENCJI => UMYSŁ (Świadomość) => gdzie to jest?
Hipoteza:mniejsze części „składowe” będzie można analizować,
a wyniki —złożyć w całość.
„Życie po rozkładzie na części przestaje być życiem
i jako takie nie może być dalej badane” (Cramer, 2001).
Parafrazując => to samo można powiedzieć o umyśle

22. Powszechnie stosowane w biochemii rozdrobnienie komórek
na homogenną masę daje nam materiał, w którym fenomen
życia już nie istnieje.
Dla badania systemu żywego nie można wprost zastosować klasycznych pojęć, terminów i
podejść fizycznych takich jak przyczynowość, liniowość, ekstrapolacja lub przewidywalność,
używanych w naukach technicznych i fizyce (Cramer, 2001). ( obserwacja mikroskopowa)
Myślenie kategoriami stosowanymi dla badań zjawisk fizykochemicznych w świecie
nieożywionym nie może być przenoszone bez ograniczeń na istoty żywe.
Redukcjonistyczne podejście do fenomenu życia narzuciło uproszczony pogląd na
funkcjonowanie komórki i organizmów żywych także mózgu.

23. Z drugiej strony redukcjonistyczna analiza fenomenu
życia, poprzez stały rozwój i doskonalenie metod, doprowadziła opis struktur i
funkcji molekularnych komórki niemal do perfekcji
Dzięki temu podejściu w ostatnim dwudziestoleciu biologia molekularna, a
zwłaszcza „genomika funkcjonalna”, przyniosła wielki ładunek precyzyjnych
informacji o strukturze i funkcjach makrocząsteczek.
Także o biochemii komórek nerwowych i mózgu
Problem „Big data”
Porządkowanie, bankowanie i obróbka tych informacji stały się możliwe jedynie
dzięki równoległemu rozwojowi technik komputerowych.

24. W żywej komórce nie istnieje zjawisko autonomii genów, białek lub
innych cząsteczek. Nie ma też prostego,
liniowego przełożenia między strukturą i funkcją genów
a fenotypem.
Fakty te są często pomijane w badaniach biomedycznych
Wszelkie procesy zachodzące w żywej komórce są ze
sobą powiązane. Tysiące białek kodowanych przez geny, ale
jednocześnie wciągniętych w proces kontroli ich aktywności, współdziałających ze
sobą, nadzorujących różne procesy
fizjologiczne w komórkach, tkankach i narządach, reagujących na zmieniające się w
czasie zewnętrzne i wewnętrzne
środowisko, stanowią gmach życia, także świadomości..
Podstawą życia (także stanów patologicznych) są dynamiczne interakcje między
cząsteczkami=> umysłu także

25. SIECI (GRAFY)
podlegają pewnym rygorom matematycznym i uniwersalnym prawom,
które opisują związki, relacje i połączenia między jednostkami
„tkanki” sieciowej.
Prawa te są uniwersalne, ponieważ obowiązują zarówno w sieciach molekularnych
komórki jak i w społecznościach zwierząt i ludzi, w ekologii
i ekonomii. W społeczeństwie ludzkim reguły obowiązujące
w strukturze i zachowaniachsieci (np. sieci gospodarcze, komunikacyjne)
podlegają jednak modulacjom przez naturalne czynniki
przypisane gatunkowi ludzkiemu, takie jak:
świadomość, odpowiedzialność, altruizm, wola działania
w kategoriach sprawiedliwości społecznej itd. Grafy (sieci)
interakcji makrocząsteczek komórkowych uzyskane z baz
danych są w pewnym sensie sztuczne i statyczne, ale są
pomocne w formowaniu naszych pojęć o mechanizmach
działających w żywych systemach w ujęciu syntetycznym,
całościowym =>
Wzorcem jest badanie mózgu i jego interakcji z otoczeniem ( sieci neuronowe)

26. Wraz z rozwojem biologii systemów pojawiają się także nowe koncepcje klasyfikacji chorób
oraz szersze spojrzenie na powstawanie chorób o podłożu wieloczynnikowym,
takich jak np. rak (nowotwór) , co wyraża się również w nowej terminologii biomedycznej
—„CHOROBY SIECI”
Badanie interakcji na poziomie mózgu jest wzorcem dla całej biomedycyny
W życiu społecznym analogicznym przykładem są sieci ilustrujące interakcje i zależności międzyludzkie,
występujące np. w prostej czynności przywitania.
Dwie osoby („węzły”, por. niżej)
o takim samym statusie społecznym witają się przez podanie rąk („łącznik”, por. niżej) z równoważnym
sygnałem emocjonalnym (zależność symetryczna), zaś przykładem drugim jest sytuacja, gdy szef
korporacji wita się z pracownikami
lub powszechnie znany celebryta podaje rękę, ale ledwie zauważa grupę zwykłych ludzi (zależność
asymetryczna).

27. Fragment sieci regulacji transkrypcji
kontrolujący metabolizm u E. Coli. Geny
kodujące czynniki transkrypcyjne –punkty
różowe, geny kodujące enzymy –punkty
brązowe, metabolity zewnętrzne –kwadraty
zielone, sygnały –żółte trójkąty.
SamalA., Jain S. (2008): Theregularorynetwork
of E.coli metabolism as a Boolean dynamical system
exhibits both homeostatic and flexibility of response.
„BMC Systems Biology” 2: 21

28. Skąd my to wszystko wiemy ?
http://thebrain.mcgill.ca/avance.php

29. Ilość neuronów w ludzkim mózgu szacuje się
na 10
11
, ilość synaps na 10
14
Neurony mogą przewodzić impulsy
elektryczne
a nośnikami prądu są jony
https://brain.fuw.edu.pl/edu/index.php?title=E
lektroencefalografia/Mózg&oldid=2098
EEG –elektroencefalografia, MEG –
magnetoencefalografia, NIRS -spektroskopia bliskiej
podczerwieni, (f)MRI –(funkcjonalny) rezonans
magnetyczny, CT –tomografia komputerowa, PET –
pozytonowa tomografia emisyjna, VSD –voltage
sensitivedyes, patchclamp-technika „łatkowa”.

30. •Półkule mózgu są podzielone przez bruzdę środkową i bruzdy boczne na płaty.
Funkcje kory mózgowej, bo to z niej składają się poszczególne płaty mózgu, to
także prowadzenie procesów myślowych czy zapamiętywanie.
Płat czołowy : mowa –łączenie głosek w wyrazy i zdania, a także poprawność
wymowy,
inicjowanie działania, jego monitorowanie i korektę,
planowanie, rozumienie związków przyczynowo-skutkowych,
koordynację ruchu, zdolność koncentracji, poczucie własnej odrębności,
samoświadomość i zjawiska takie jak poczucie winy, empatia oraz zaufanie.
ośrodek pamięci krótkotrwałej-pamiętanie wydarzeń, które miały miejsce w
niedalekiej przeszłości
Płat skroniowy: ośrodek słuchu i węchu, prawidłowe rozumienie mowy i
nadawanie zrozumiałych komunikatów, umożliwienie rozpoznawania twarzy i
przedmiotów, analiza bodźców węchowych, kategoryzacja obiektów, pamięć
werbalna (słowny zapis myśli)
Płat ciemieniowy: doznania wzrokowe, słuchowe oraz czuciowe,
integruje czucie i wzrok oraz ruch i wzrok, orientacja przestrzenna,
rozumienie języka symbolicznego oraz pojęć abstrakcyjnych, odczuwanie bólu,
dotyku oraz temperatury.
Płat potyliczny : ośrodek wzroku, analiza koloru, ruchu, kształtu i głębi,
skojarzenia wzrokowe

31. pień mózgu–odpowiada za oddychanie, pracę serca oraz ciśnienie
krwi
przysadka mózgowa –produkuje hormony, reguluje pracę innych
gruczołów dokrewnych, czyli także odpowiedzialnych za produkcję
hormonów: podwzgórza, szyszynki, tarczycy, przytarczyc, grasicy,
trzustki, nadnerczy oraz jąder i jajników,
móżdżek –ośrodek równowagi w mózgu, koordynacja ruchów i ich
precyzję,
podwzgórze –współpracuje m.in. z przysadką mózgową,
temperatura ciała, pHkrwi, rytm serca, stężenie glukozy w
organizmie, uczucie głodu i sytości,
wzgórze –wstępna ocena bodźców odbieranych przez zmysły (oprócz
węchowych ), integracja informacji czuciowych i ruchowych.

34. NIEINWAZYJNEmetody badania mózgu (obrazowanie) => struktura funkcje
Badanie struktury mózgu
RTG
CAT
MRI
Badanie funkcji mózgu
EEG
PET
fMRI
M ó z g c z ł o w i e k a. P o w i e r z c h n i a p r z y ś r o d k o w a p o p r z e c i ę c i u
m ó z g u w p ł a s z c z y ź n i e m i ę d z y p ó ł k u l o w e j .

35. OBRAZOWANIE W MEDYCYNIE => w neuronaukach
(1) Wizualizacja => struktur i funkcji
(Co możemy zobaczyć, w jakiej rozdzielczości np. czy zmiany w stosunku do
obrazu standardowego uwidaczniają np. symptomy chorobowe? )
(3) Analiza ilościowa => np. pomiary morfometryczne np. organów w celu
uzyskania współczynników skalowania, charakterystyk morfometrycznych,
rozmiarów zmian chorobowych, intensywności i kształtu sygnałów itd..)
(2) Lokalizacja => dokładne ustalenie pozycji danego organu lub zmiany
chorobowej, źródła czynnościowego (badania 3D -tomografie)
Spełnienie tych wymagań musi zapewnić jakość obrazowania
Wymagania ogólne => kontrast, rozdzielczość,
stosunek sygnału użytecznego do szumów, poziom artefaktów
Realizacja
Wymagania szczegółowe => związane ze stosowaną metodą
( poziom inżynierii oraz znajomości fizyki -> fantomy )

36. Akwizycja obrazu –i nformacjauzyskiwana jest w wyniku oddziaływania procesu fizycznego
i obiektu
Przechowywanie obrazu –obecnie najczęściej w postaci cyfrowej (różne rodzaje formatów
np.jpeg)
Przetwarzanie (przekształcanie) obrazu –ogół operacji komputerowych na obrazach,
prowadzone są pod kątem optymalizacji obrazu wynikowego służącego do ->
Analiza obrazu –ogół operacji analitycznych na obrazie służących realizacji celu końcowego
np. określenie ilości neuronów danego rodzaju.

37. Tomografia(gr. tomé-przekrój) –metody pozwalające na
uzyskanie obrazów przekrojów obiektu i składanie pełnych obrazów 3D.
Obrazowanie 3D jest obecnie rozwinięte praktycznie dla każdego rodzaju
stosowanego promieniowania w biomedycynie
Metody tomograficzne maja także zastosowanie w badaniach mózgu
–Tomografia komputerowa (CT)
–Tomografia rezonansu magnetycznego (MRI)
–Pozytonowa tomografia emisyjna (PET)
–Tomografia emisyjna pojedynczego fotonu (SPECT)
–Optyczna tomografia koherencyjna (OCT) etc.

38. obiekt jest umieszczony w specjalnym, urządzeniu w kształcie pierścienia
maszyna do prześwietlenia w kształcie obręczy porusza się wokół osoby
Komputer łączy dwuwymiarowe zdjęcie rentgenowskie obrazy, tworzy
przekroje lub obrazy trójwymiarowe.
Łączy wiele 2D obrazów rentgenowskich do wygenerowania
przekrojów lub obrazów 3D =>narządy wewnętrzne i struktury ciała
(w tym mózg).
Jakie posiada zalety / wady ?
Zalety:
-Potrafi wykryć uszkodzenie mózgu i podkreśl zmiany w mózgu
przepływ krwi (miara aktywność mózgu) jako podmiot
wykonuje zadanie.
-Nieinwazyjne i bezbolesne.
Wady:
-wysoka dawka
promieniowania
CAT (or CT) Scanning (Computerized Axial
Tomography) rozwinięta w 1970-tych.
Metoda
Jak pracuje?
Jakiej informacji dostarcza ?
http://www.pbs.org/wnet/brain/scanning/in
dex.html
http://faculty.washington.edu/chudler/imag
e.html

39. Idea CT
Tomografia komputerowa (Computer
Tomography, CT), obrazuje tylko strukturę,
a nie funkcjonowanie mózgu.
Ważne-strukturę wiążemy z
funkcją

40. Tomograf -CT i PET
struktur anatomiczne (zwykle pochodzące z CT)
obraz pokazujący anomalie funkcjonalne (zwykle PET)
=> obraz sztucznie wizualizujący anomalię w kontekście
dobrze zdefiniowanej anatomii
czerwony –CT, zielony –PET

41. Obrazowanie magnetyczno-rezonansowe
(MRI)
Wykorzystuje jądrowy rezonans magnetyczny
jąder wodoru zawartych w wodzie (tkanki
żywe)
• Oddziaływanie bardzo silnym polem
magnetycznym
• Głównie badanie mózgu
Nieszkodliwe, nieinwazyjne
• Obraz bardzo dokładny
• Uwidacznia struktury/narządy
niewidoczne na prześwietleniu
RTG lub w CT

42. MRI i fMRI(Magnetyczny Rezonans Obrazowanie i Funkcjonalny
Magnetyczny Rezonans Obrazowanie) Ciekawostka:
wynalazek MRI w 1977 był przełomem w technologii obrazowania.
Pacjent jest umieszczony na
ruchomym łóżku, które wprowadza się
w gigantyczny okrągły magnes.
Obrazy z sekcji mózgu są uzyskiwane
poprzez użycie "gradientu
pola ".
W MRI technik może wybrać dokładnie
obszar mózgu do obrazowania
Rezonans magnetyczny daje wyraźne wyniki
i szczegółowe zdjęcia struktur mózgu.
Obrazy często mają formę przekrojowych
"plasterków".
fMRIporównuje kolejne MRI skanowania do w celu
wykrycia zmian w przepływie krwi do innego
obszaru => Informacja o aktywności mózgu.
Zalety:
MRI nie wymaga wstrzyknięcia a substancji śladowej ( znacznika).
Bezpieczny, bezbolesny, nieinwazyjny.
Pacjent bez specjalnego przygotowania
Skany MRI pokazują anatomię.
Skanowanie fMRIpokazuje mózg anatomia i funkcja mózgu.
Wady:
Kosztowny.
Nie można go stosować u pacjentów z rozrusznikami serca lub innymi
urządzeniami metalowymi.
Pacjenci muszą leżeć spokojnie

43. Podstawy metody=> sekwencja zdarzeń
1. Nasze ciało składa się przede wszystkim z H2O =>
Wysokie stężenie jąder wodoru ( protonów) =>
=> Każdy proton posiada niezerowy spini związany
z nim moment magnetyczny
=> zwykle zorientowane w kierunkach przypadkowych.
2. Umieszczamy układ w stałym polu
magnetycznym ( np. 3 T, w poprzek mózgu),
momenty magnetyczne ustawiają się
równolegle
3.Stan zaburzamy polem
magnetycznym zewnętrznym,
zmiennym RF ( impulsowym),
zmieniając stan równowagi
4.Po wyłączeniu impulsu
układ wraz do stanu
równowagi ( stałe relaksacji)
produkując sygnał MRI

44. Kontrastem różnicującym tkanki=> różne (T1, T2) ale np. tkanka ,
która ma małą zawartość protonów, będzie widoczna jako czarna ta z duża jako biała
Obraz jest składany z sekwencji różnicowanych gradientami pola
Rezonans w danym miejscu mózgu jest uzyskiwany przy innej częstości
( wartości pola) poprzez zastosowanie liniowego gradientu pola obok pola stałego.
Cewki gradientowe posiadają
kształt dostosowany do geometrii badanego narządu

46. Funkcjonalny rezonans magnetyczny –wyspecjalizowana odmiana MRI (fMRI)
• Badanie aktywności narządów, głównie mózgu

47. Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI)
Technika ma możliwości pomiaru parametrów związanych
z wieloma funkcjami fizjologicznymi:
•Zmiany w różnych produktach metabolizmu
•Objętość i przepływ krwi
•Poziom utlenowania krwi (OxyHbi DeoxyHb)
Sygnał BOLD(Blood OxygenationLevel Dependent signal)
Krew jest bardziej utlenowana w rejonach większej aktywności neuronów
Hb
oxyHb
Deoxymają różne przenikalności magnetyczne
(Hb
Deoxyposiada większą stała szybkości zaniku
Hb
oxy
Hb
Deoxy

49. Obrazowanie => hemoglobina, w erytrocytach, która odpowiedzialne jest
za przenoszenie tlenu, reaguje na pole magnetyczne.
–aktywne obszary mózgu zużywają więcej tlenu, niż obszary
niezaangażowane.
–Dynamika aktywności mózgu mierzona jest poprzez odróżnienie
hemoglobiny bez tlenu od hemoglobiny utlenowanej
–ze względu na własności magnetyczne parametrem jest ilość
hemoglobiny
niosącej tlen (sygnał BOLD, od blood-oxygen-leveldependent).
–Za pomocą fMRIbezpośrednio otrzymuje się mapę utlenowanej krwi w
mózgu.
–Mapa aktywności neuronalnej tworzona jest w procesie
interpretacyjnym.
–Rozdzielczość czasowa, istotna ze względu na informacje o dynamice
pracy mózgu
-> rozdzielczość przestrzenna 3-6 mm
-> poniżej jednej sekundy (można dostać nowy obraz, w większości
zastosowań rzędu sekund) = wystarczająco szybki by rozróżnić wzorce
Ale nie dostatecznie szybki by zobaczyć sposób ich formowania (
przetwarzania)
(Hemodynamiclag)

50. Sposób prezentacji –metoda odejmowania
Zaciskanie ręki
Spoczynek
Mapa parametrów
statystycznych
Przekryciez
Mapa anatomiczną
Wskazanie pól
aktywnych
Obszar
motoryki
Dodatkowy
obszar
motoryki
-
Obrazy z dwu rozmaitych typów zachowań

51. Także inne metody oparte o MRI => obrazowanie dyfuzyjne

52. Scyntygrafia
Otrzymujemy obraz narządów, a przede wszystkim ich
czynności, przy pomocy niewielkich dawek izotopów
promieniotwórczych (radioznaczników).
• Podstawą techniki jest zachowanie się niektórych
farmaceutyków w organizmie.
Pełnią one rolę środka transportowego dla użytego
izotopu. Znakowany farmaceutyk gromadzi się
w narządzie, który ma zostać zbadany.
• Radioizotop emituje promieniowanie jonizujące (najczęściej
gamma), które przenika na zewnątrz ciała, gdzie zostaje
rejestrowane przez gamma-kamerę.
• Techniki: PET, SPECT,

53. Pozytonowa tomografia emisyjna (PET)
Pacjent otrzymuje izotopy promieniotwórcze
(np. deoxyglukoza) o krótkim czasie
połowicznego rozpadu
• Rejestracja promieniowania
elektromagnetycznego ( 2 fotony) powstałego
podczas anihilacji pozytonów ,powstałych na
skutek rozpadu (β+)
• Niskie, krótkotrwałe
promieniowanie
• Wskazuje aktywność tkanek
(stany zapalne, nowotwory, mózg)
• Konieczna obecność cyklotronu

54. Tomografia emisyjna
pojedynczych fotonów (SPECT)
Pacjent otrzymuje izotop promieniotwórczy z
nośnikiem gromadzącym się w obszarach
podwyższonej aktywności
mózgu
• Rejestracja promieniowania
gamma-kamerą
• Niskie, krótkotrwałe
promieniowanie
• Obrazuje niedokrwienie lub
podwyższony metabolizm
(przepływ krwi)
w SPECT stosuje się izotopy
99m
Tc oraz
127
Xe,
których okres półtrwania wynosi około 6
godzin.

55. PET (PositronEmissionTomography)
Do obiektu badań jest wstrzykiwana bardzo
mała ilość radioaktywnej glukozy.
PET jest jedną z najbardziej popularnych technik
skanowania w bieżących badaniach neurologicznych.
Skany PET pozwalają
obserwować przepływ krwi lub
metabolizm w dowolnej części
mózgu. Komórki mózgowe
używaj glukozy jako paliwa, i
PET -> jeśli komórki są bardziej aktywne,
będą konsumować więcej radioaktywnej
glukozy, a jeśli są mniej aktywne, będą
zużywać jej mniej.
Komputer korzysta z danych absorpcji do pokazania
poziomów aktywność -> mapa mózgu
jeden kolor (zwykle czerwony) wskazujący bardziej
aktywne
obszary mózgu,
inny kolor (zwykle niebieski) oznaczający
mniej aktywne obszary.
Zalety:
obraz czynności mózgu .
Pozwala obserwować przekrojowe "plasterki”
mózg
Głębsze struktury, które wcześniej aniżeli EEG
Wady:
Skany PET wymagają do wstrzyknięcia znacznika
( bariera krew-mózg)
Kosztowny.
PET -> pozwala, dzięki specyficznym znacznikom
radioizotopowym wstrzykiwanym do krwi, na śledzenie
obszarów mózgu o wzmożonej aktywności; oferuje
znacznie niską rozdzielczość czasową

56. PET oferuje znacznie lepszą rozdzielczość
przestrzenną niż SPECT oraz pozwala badać
zjawiska biologiczne przebiegające w znacznie
szybszym tempie
PET -krótko „żyjących” izotopów, na przykład
15
O,
13
N i
11
C których „czas życia” (okres połowicznego
zaniku) wynosi od 2 do 20 minut
Związek chemiczny znakowany izotopem
Detektory promieniowania
Elektronika wykrywająca koincydencje
Rekonstrukcja obrazu
miejsc anihilacji
w narządach
Gdy dwa detektory w jednej chwili rejestrują dwa fotony,
oznacza to, że ich źródło zlokalizowane jest dokładnie w
połowie odległości między nimi.
obraz otrzymywany za pomocą
PET jest statyczny –nie pokazuje
dynamiki aktywności mózgu.

57. PET=> za ( dobra rozdzielczość przestrzenna –
około 4 mm poprzez cały mózg)
=> Przeciw ( praktycznie czasowo nie-rozdzielczy
~30-40 s), inwazyjny
Skaner PET
Pomiar pośredni=>
Tzw. rCBF-regionalBlood Flow
Lokalny przepływ krwi
Rozpad beta pluspolega na emisji z jądra
atomowego pozytonu(antyelektronu), czyli
cząsteczki β+oraz neutrina elektronowego.
gdzie: X –jądro macierzyste, Y –jądro nowo
powstałe, A –liczba masowa, Z –liczba
atomowa, e –pozyton, -υ
eneutrino
elektronowe.

59. PET pozwala wyznaczać obszary narządu,
których aktywność wzrosła lub zmalała pod
wpływem działania jakiegoś czynnika

60. Fluorodeoksyglukoza(2-fluoro-2-
deoksyglukoza, FDG)
http://www.health-
imaging.com/graphics/fdg_chemical_breakdo
wn.gif
Podsumowanie=>
Powstające w rozpadzie promieniotwórczym pozytony, po przebyciu drogi kilku milimetrów,
zderzają się z elektronami zawartymi w tkankach ciała, ulegając anihilacji.
W wyniku anihilacji pary elektron–pozyton powstają
dwa kwanty promieniowania elektromagnetycznego (fotony) o energii 511 keVkażdy,
poruszające się w przeciwnych kierunkach (pod kątem 180°).
Fotony te rejestrowane są jednocześnie przez dwa z wielu detektorów ustawionych
pod różnymi kątami w stosunku do ciała pacjenta (najczęściej w postaci pierścienia),
w wyniku czego można określić dokładne miejsce powstania pozytonów.
Informacje te rejestrowane w postaci cyfrowej na dysku komputera,
pozwalają na konstrukcję obrazów będących przekrojami ciała pacjenta,

61. Biofizyka => badanie mózgu bioelektromagnetyzm
Pomiar wielkości elektrycznych lub magnetycznych ze źródeł biologicznych
Stymulacja elektryczna źródłami pól elektrycznych lub magnetycznych
Pomiary wewnętrznych własności elektrycznych i magnetycznych biomateriałów w tym tkanek
-ośrodków transportu sygnałów
Równania Maxwella

62. Mózg jako generator sygnałów
biolektrycznych Źródło=> rozkład wymuszonych objętościowych źródeł prądowych
Przewodnik => skończony, niejednorodny
Liczba neuronów ( korowych) silnie połączonych, od 10^3 do 10^5 synaps na neuron
Zachowanie elektryczne+” potencjał spoczynkowy -70 mV
Amplituda około 100 mV
Gęstość prądu wymuszonego związanego z aktywnością neuronów produkuje potencjał na powierzchni mózgu

63. Modele źródeł
Monopol
Dipol
Równoważne gęstości monoplii dipoli
=> pole błony
Pole komórki o kształcie dowolnym
Pole włókna cylindrycznego

64. Elektryczne i magnetyczne pomiary aktywności tkanki nerwowej
Aktywność spontaniczna ( =
aktywność ciągła charakterystyczna
dla żyjącego osobnika)
=> pomiar na powierzchni czaszki
lub mózgu -elektroencefalogram
Amplituda EEG 100 µV, gdy pomiar na powierzchni czaszki
1-2 mVpomiar na powierzchni mózgu
Szerokość pasma –od 1 Hzdo około 50 Hz
Aktywność wywołana (evoked)=>
Te składowe w EEG, które się pojawiają w odpowiedzi na bodziec
( może być elektryczny, akustyczny, wizualny itd.)
Zwykle ich amplitudy są poniżej poziomu szumów, należy stosować szeregi stymulacji , uśrednianie itd..
Aktywność pojedynczych neuronów => mikrolektrody

65. EEG !!!!
(elektroencefalograf)
EEG to nagrane elektryczne sygnały z mózgu.
Elektrody, podłączone do czaszki pacjenta, sygnały elektryczne
naturalnie wyprodukowane przez mózg i wysłać je do
rejestratora
EEG ->impulsy elektryczne na powierzchni mózgu ( czasowe).
EEG -> stan osoby -śpi, obudzona,
znieczulona –charakterystyczne wzory
prądu różnią się dla każdego z tych stanów.
EEG -> jak długo mózg przetwarza różne bodźce.
Zalety:
EEG jest jednym z pierwszych -i jest nadal bardzo przydatne –
sposoby nieinwazyjnie obserwując aktywność ludzkiego mózgu.
Wady:
Główną wadą EEG jest -> nie pokazuje struktury i anatomii mózgu
lub dostarcza informacji o funkcjach specyficznych dla danego
regionu .
•Technika EEG i MEG charakteryzuje się bardzo dobrą rozdzielczością
czasową i dużą rozpiętością czasową badanych zjawisk.
•Rozdzielczość przestrzenna jest ograniczona z powodu
przestrzennego uśredniania aktywności dużych populacji neuronów
dających przyczynek do zapisów EEG/MEG
•niski koszt aparatury EEG
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.

66. EEG-co mierzy EEG ( w skrócie)
Technicznie => EEG mierzy różnicę potencjałów pomiędzy
dwoma punktami na powierzchni głowy.
Jest to miara gęstości prądu w skórze głowy (sklapie)
wywołana źródłami w mózgu
Potencjał fluktuuje w skali milisekundowej, będąc odbiciem
prądów zewnątrzkomórkowych w komórkach piramidalnych (
w większości) kory mózgowej
Przyjmuje się, że podstawowym źródłem sygnałów EEG
jest zmienne pole elektryczne „generowane”
przez prądy jonowe płynące
w środowisku zewnątrzkomórkowym tkanki mózgowej
na skutek jednoczesnej aktywności synaptycznej
wielu milionów komórek (neuronów) kory mózgowej].
Poziom sygnałów EEG mierzonych na
powierzchni głowy (rzędu 10 V) jest
wynikiem przede wszystkim
synchronicznej aktywności określonej
frakcji neuronów w korze mózgowej. Przy
opisie właściwości elektrycznych tkanki
mózgowej zagadnienia te modeluje się za
pomocą złożonej struktury zwanej
warstwą dipolową

67. Analiza spektralna sygnałów EEG
Typowy wynik EEG jest zwykle przedstwianyw
postaci składowych widmowych
Delta –0.5-3 HzMu –10-14 Hz
Theta–3-7 HzBeta –14-30 Hz
Alpha–8 -12 HzGamma –30-50 Hz

68. Technika odbioru zunifikowana => system Międzynarodowy tzw. układ 10-20).
Prądy czynnościowe mózgu otrzymywane są w postaci sinusoidalnych fal o zmiennej
częstotliwości, amplitudzie i kształcie. rzędmikrowoltów ( wzmacniacze).
Podział
fale(zasadnicza część składowa EEG, prosta, krótkotrwała
zmiana różnicy potencjałów)
rytmy(wielokrotne powtórzenie fali).
Stymulacje:
· otwarcie i zamknięcie oczu ;· hiperwentylacja; · stymulacja błyskiem świetlnym lub światłem
stroboskopowym; sen fizjologiczny lub farmakologiczny; aktywacje chemiczne np. środki psychotropowe

69. Różne sygnały
Ja uprościć analizę?
Wyseparowąćskładowe (FA) + widmo mocy

70. Związane ze stanami fizjologicznymi –eksperymenty stymulacyjne
Prawidłowy elektroencefalogram:
rytm alfa
· stan czuwania i spokoju (najwyższe amplitudy w odprowadzeniachpotylicznych i ciemieniowych)
· może być regularny lub skąpy, nieregularny, o zmiennej amplitudzie
· często układa się we wrzeciona, w których na początku i na końcu ma niższą amplitudę niż w środku
zapisu
· znika przy otwarciu oczu (bodziec świetlny), pojawia się ponownie przy zamknięciu oczu (reakcja
zatrzymania)
· blokowanie rytmu w odpowiedzi na bodźce dotykowe, akustyczne, smakowe i węchowe ma charakter
niestały
· stałe cechy rytmu wykształcają się w wieku 20-22 lat
rytm beta
· ulega przyspieszeniu pod wpływem działania bodźców zewnętrznych, emocji
· bodźcem blokującym rytm beta jest ruch, a nawet zamiar ruchu
· najsilniejszy w przednich częściach mózgu tj. okolicy czołowej i centralnej
· w warunkach prawidłowych nie występuje w okolicach potylicznych (pojawia się w przypadku
defektów czaszki lub zaburzeń psychicznych)
rytm theta
· występuje u dzieci
· zanik jest charakterystyczny dla procesu dojrzewania
· może wystąpić lokalnie w wyniku hiperwentylacji (u młodych osób dorosłych) lub w czasie drzemki
rytm delta
· charakterystyczny dla stanu snu ,· dominuje w zapisie u dzieci
· występowanie u dorosłych w stanie czuwania uważane jest za objaw patologiczny
rytm mi (mu)
· występuje równocześnie z rytmem beta tylko u części populacji (7-11 Hz) , przyjmuje kształt zębów
piły
rytm lambda
· trójfazowe fale wolne o wyglądzie fal ostrych (2-3 Hz), rejestrowane u dzieci i młodych ludzi w
okolicach potylicznych ,· związany z ruchem gałek ocznych, skupieniem uwagi
EMPIRIA

71. Otrzymawszy dane z wielu kanałów definiujemy widmo cross spectrum
Dla każdej pary kanałów
I koherencje pomiędzy kanałami
Korelacje => 0.99 ( cross-correlation) => 0.01
Korelacja jest miarą powiązania
funkcjonalnego
Miara powiązania liniowego dwu sygnałów przesuniętych w czasie
OGÓLNIE-analiza statystyczna
Obok analizy rytmów EEG, równie popularnym sposobem analizy sygnału EEG wbadaniach naukowych
jest tzw. analiza potencjałów skorelowanych ze zdarzeniem –ERP(ang. Event-RelatedPotentials).
Potencjały to zmiany wzapisie EEG spowodowane pojawieniem się pewnego zdarzenia (np. sygnału
dźwiękowego czy wzrokowego). Dzięki wysokiej precyzji czasowej rejestracji sygnału (z dokładnością
nawet do jednej milisekundy) potencjały związane ze zdarzeniem informują odynamice procesów
psychicznych, umożliwiając prześledzenie krok po kroku, jak mózg przetwarza pewne bodźce, również
te, które nie są dostępne naszej świadomości.

72. In structural networks the edges represent physical connections
between nodes (synapses or white matter tracts)
Set of nodes and edgesIt allows to study a set of channels
as a whole
Functional networks rely on the co-activation or coupling of
the dynamics of separate brain areas
Networks

73. Powiązania sieciowe pomiędzy odpowiedziami różnych kanałów w celu scharakteryzowania sieci odpowiedzi
http://hermes.ctb.upm.es

76. Magnetoencefalografia (MEG) —
technika obrazowania elektrycznej czynności
mózgu za pomocą rejestracji pola
magnetycznego wytworzonego przez mózg
(sygnał–femtotesla[ fT],10
-15
T
MEG jest nową
technologia to
mierzy bardzo słabe
pola magnetyczne, które powstają
w wyniku działania mózgu
Zalety: MEG zapewnia
najdokładniejszą rozdzielczość
czasową aktywności komórek nerwowych -
do milisekundy
Wady: drogi.
Urządzenie MEG kosztuje miliony
dolarów i waży około ośmiu
ton, więc jest ich tylko kilka
na całym świecie.
MEG
(magnetoencefalografia)
Do detekcji stosuje się SQUID-y
(SuperconductingQuantum Interference
Device)
Wykorzystywany jest efekt kwantyzacji strumienia
indukcji magnetycznej w pierścieniu
nadprzewodzącym i efekt Josephsona.
Zmiana strumienia pola magnetycznego
obejmowanego przez SQUID wywołuje zmianę
natężenia prądu przepływającego przez urządzenie
oraz zmianę natężenia prądu indukowanego w
pierścieniu. Dokładność współczesnych modeli wynosi
~5 aT(5×10−18 T)

77. Komentarz: Efekt Josephsona–polega na tunelowaniu elektronów między dwoma nadprzewodnikami na granicy
nadprzewodnik-izolator-nadprzewodnik (tzw. złącze Josephsona). Nadprzewodniki rozdzielone są cienką warstwą
wykonaną z dielektryka (izolatora) o grubości nanometrów.
DC SQUID zbudowany jest z dwóch złączy Josephsonaułożonych po przeciwległych stronach nadprzewodzącego pierścienia. W obydwu
ramionach płynie prąd o natężeniu równym połowie natężenia prądu wejściowego. Złącza Josephsonaprzesuwają w fazie natężenie,
pokrywając się nawzajem wraz z prądem indukowanym w pierścieniu. Wykres natężenia w zależności od strumienia magnetycznego jest
bardzo podobny jak w przypadku dyfrakcji światła na podwójnej szczelinie.
Pomimo ogromnej czułości SQUID
prądy (źródło pola B) płynące
w pobliżu neuronu w wyniku akcją synaptycznej
(pobudzenia lub hamowania neuronu przez drugi neuron połączony z nim synapsą)
można traktować jak punktowy dipol prądowy,
(wartość, kierunek i położenie. )
Pomimo ogromnej czułości SQUID by generowane
pole magnetyczne miało mierzalne wartości
potrzebna jest superpozycja dużej liczby synchronicznie aktywnych dipoli neuronowych
o jednakowej orientacji.
Warunek spełniają np. równolegle ułożone w poprzek warstw kory,
korowe neurony piramidalne.

78. aktywność kciuka
małego palca prawej ręki
EKG a MEG
MEG

79. fNIRto nieinwazyjna metoda obrazowania, która
wykorzystuje ilościową analizę stężenia chromoforów przy
użyciu pomiaru absorpcji światła w bliskiej podczerwieni (NIR) i
zmian czasowych lub fazowych.
Widmo optyczne światła podczerwieni wykorzystuje optyczne
okno,
w którym skórę, tkanki i kości są przejrzyste dla podczerwieni w
widmie 700-900 nm, podczas gdy hemoglobina (HB) i odtleniona
hemoglobina (deoksy-Hb) są silniejszymi pochłaniaczami
światła.
Różnice w widmach absorpcji deoxy-Hbi oxy-Hbumożliwiają
wykonywanie pomiarów względnych zmian stężenia
hemoglobiny za pomocą współczynnika osłabienia światła o
różnych długościach fal.
Wybiera się dwie lub więcej fal, jedna ponad i jedna poniżej
punktu izosbestycznego810 nm, w którym deoksy-Hbi oxy-Hb
mają te same współczynniki poziomu absorpcji.
Za pomocą zmodyfikowanego prawa Lamberta-Beera (mBLL),
względna koncentracja może być obliczona jako funkcja
całkowitej długości ścieżki fotonu.
Hitachi ETG-4000 fNIRS

80. Metody się zazwyczaj łączy –np., jak pokazano wcześniej CT –PET. fMRI-EEG
Aby budować Cognitivescience = kognitywistyka, nauki kognitywne,
nauki o poznaniu;
–neuronauka(neuroscience)
( psychologia poznawcza lingwistyka kognitywna antropologia fizyczna i
kulturowa filozofia umysłu logika)
–sztuczna inteligencja (artificialintelligence, w skrócie: AI)
–nauki komputerowe (computerscience)
–biologia ewolucyjna

81. (1) badania lezji(lesionsstudis)
(3) obrazowanie aktywności całego mózgu (neuroimaging)
na ludziach stosować można przezczaszkową
stymulację magnetyczną (transcranial
magneticstimulation, w skrócie TMS)
trudność w ustaleniu jednoznacznego związku
między lezjąa daną funkcją
Teuber: „Podwójna dysocjacja wymaga, by objaw A
występował przy uszkodzeniach w obrębie jednej struktury,
lecz nie przy lezjachinnej struktury,
oraz by objaw B
występował przy uszkodzeniach tej drugiej struktury, lecz nie
przy lezjachw obrębie tej pierwszej. Kiedy takiej dysocjacji nie
ma, nie można wykazać specyfiki skutków uszkodzenia”.

82. Dziękuję bardzo za
uwagę