GE Signa 3 Tesla MR maskin

Transkript

1 Hvordan ser sjelen ut? Visuell fremstilling av mentale prosesser Kennneth Hugdahl Institutt for biologisk og medisinsk psykologi, UiB Divisjon for Psykisk helsevern og Radiologisk avd., Haukeland Universitetssjukehus «VOICE» Project Nordic Center of Excellence CognitiveControl Center for Neuropsychiatric Disorders Bergen Psykoseprosjekt2 NORMENT GE Signa 3 Tesla MR maskin MR-fysikk Nevroradiologi Nevrofysiologi Nevroanatomi Dataprosessering Statistikk Radiografi Psykologi, Psykiatri (BUP), Nevrologi, Nevrokirurgi, Filosofi 1

2 MR-avbildning (imaging) av hjernen kan være strukturell (anatomisk) eller funksjonell (fysiologisk) Strukturell MR avbildning; what the brain looks like 4634 Funksjonell MR avbildning; what the brain does fmri krever ekstra utstyr for stimulus presentasjon og registrering av responser 2

3 The Neuron The Blood Supply ELECTRICAL IMPULSES Det fysiologiske grunnlag for Blood-Oxygenation-Level-Dependent (BOLD) kontrast Neurovascular coupling Stimulus Cognitive, sensory motor, emotional etc. Neuronal firing Synchronous activation of populations of neurons in anatomically discrete areas/networks Increase in blood volume ( < increase in blood flow) Hemodynamic response Change in brain metabolism Increase in blood flow Fick principle: (Increase blood flow) > (Increase in metabolism demand) 3

4 BOLD fmri data er spatiale data som erverves over tid, data i 4 dimensjoner Cirka voxels i hjernevolumet Skanner gjennom volume hvert sek. Alternerer mellom ON- og OFF-blokker (30-40 s) ON-blocks, stimulus present - OFF blocks, stimulus absent Hvordan kan vi vite hvor i hjernen signalet kommer fra? Cortex cerebri som et "kognitivt kart" "Cognitive neuroscience as the search for neuronal specificity Excutive functions Attention Speech production Emotion Memory Audition / speech perception Vision 4

5 How it all started in Norway...Haukeland University Hospital, Bergen, First psychiatric patient i Norway J W Belliveau et al., Science, 1991 First fmri study in Norway Lundervold,. Hugdahl,. Ersland,. et al. Int. J. Neuroscience First visual imagery in an amputee (NeuroReport) 1997 First dichotic listening imaging study 2005 First EEG/ERP/fMRI study (PNAS) Siemens 1.0 Tesla Magnetom Expert scanner 2006 First pharmacological fmri study (Cereb Cortex) 2012 First fmri/glu study (PNAS) Kognitiv belastning the Stroop test RØD GUL BLÅ GRØNN GUL R ØD GRØNN BLÅ 5

6 Model and visualize large-scale neuronal networks in the brain from basic research to the clinic Blue = Activation during rest Red = Activation during cognitive processing Control At-risk «leke» «byggeklosser» Specht, Helland, Ofte, Hugdahl et al., SJP,

7 Children born pre-term and tested at age 11 Blue: Pre-term Red: Controls ellow: Control Pre-term Silja Griffits Irene Elgen Stein Magnus Aukland Trond Markestad Emanuel Neto Hilde Gundersen Kenneth Hugdahl Griffits et al., J Pediatrics, 2013, in press Children with Autism Spectrum Disorder Task: Unexpected tone in a sequence of expected tones Lars Ersland Mona Beyer Maiken Brix Mai Britt Posserud Åsa Hammar Kenneth Hugdahl Hugdahl, Ersland, Brix, Beyer, Microb Ecology in Health & Disease,

8 Hva kan fmri ikke brukes til? fmri måler den relative forandring i oksygen-konsum mellom to tilstander, og kan derfor ikke gi svar om absolutte forandringer fmri har høy sensitivitet for små forandringer (1-5%) på gruppenivå, men er sensitiv for variasjon på individnivå, slik at fmri ikke (per i dag) kan brukes for diagnostikk ved f. eks. psykiske lidelser Viktig å være klar over begrensninger og andre feilkilder ved fmri «Om jeg vil kan jeg få hjernen til å lyse opp som et juletre» (Morgenbladet, nov 2012) Effects of correcting for multiple comparisons. Due to the large amount of t-tests being performed ( tests), some comparisons will be significant due to chance alone. Uncorrected 10-1 t = t = t = t = t = 4.33 Corrected 10-1 t = t = t = t = t = t = t = t = t = 7.46 K. Hugdahl Bergen fmri Group, t = t =

9 Viktig at fmri-data valideres mot atferdsdata Healthy Controls Schizophrenia Patients Hugdahl, Rund, Lund et al., Am J Psychiatry, 2004 The sensitivity versus specificity problem The reversed inference problem Mental arithmetics /Landrø et al Stroop/Incongruent words /Ole Viken 2006 Go/No-Go / Hilde Gundersen 2005 Executive function/ Specht/Hjelmervik 2008 Abstract symbols /Harald Beneventi 2005 Double Digit 2-back / Pfizer study 2002 Spatial working memory/ Christine Lycke 2004 Mental rotation/ Specht/Hjelmervik 2010 Auditory Oddball /Tom Eichele 2005 Context updating, Sætrevik & Sörvkvist, 2008 Cogn Control/Falkenberg/Westerhausen, 2011 Logical reasoning/ V. Goel, TICS,

10 Veien videre? Clinical/Social Symptoms/Syndromes/Diagnoses Cognitive Attention, Memory, Executive, Language Systems Neuronal activation in specific areas and networks Cellular Synapses and transmitters Pharmacological fmri Drug Memantine to block glutamate action at the receptor site. Significant reductions in BOLD activation in PFC in the memantine condition. Wageningen, Jørgensen, Hugdahl et al., Cerebral Cortex, 2009 MR spectroscopy (MRS and fmri) Molecular Genes, DNA, Proteins Vertical Synergy Falkenberg, Specht, Westerhausen, Hugdahl, PNAS,

11 Utviklingslinjer innenfor klinisk anvendelse Multimodal hjerneavbildning, PET-MR, visualisere andre reseptorer/signalstoffer Identifisere nye «treatment targets» ved f. eks. schizofreni basert på spesifikke symptomprofiler, heller en diagnosekategorier, basert på fmri- MRS tilnærming Nye applikasjoner innenfor nevrologi og nevrokirurgi, mer avanserte tilnærminger til pre-operativ utredning, f. eks. TMS - fmri Farmakologisk MRI identifisere farmakologiske «target areas» i hjernen 11