עקרונות מחקר בנוירופסיכולוגיה ונוירואנאטומיה תפקודית

1. עקרונות מחקר בנוירופסיכולוגיה ונוירואנאטומיה תפקודית

2. מה למדנו בשיעור הקודם? • מהי נוירופסיכולוגיה ומה מטרותיה. • נוירופסיכולוגיה קלינית (תסמונות ותסמינים – syndromes and symptoms) • נוירופסיכולוגיה קוגניטיבית • מקורות והתפתחות החשיבה באשר לקשר בין הגוף (מוח) לנפש (תהליכי חשיבה והתנהגות ברמותיה השונות). • האם יש יסוד להניח קשר בין תפקוד לאנטומיה? – ממקמים לעומת תפיסה הוליסטית • מושגי יסוד בארכיטקטורה של מערכת קוגניטיבית: • תפקודים מאונכים תפקודים מאוזנים • Modularity of mind (תכונות המודולה הפודוריאנית) • הנחות יסוד של הנוירופסיכולוגיה: • Functional and anatomical modularity • Isomorphism • Uniformity of structural architecture • Transparency • Subtractivity

3. ארכיטקטורה קוגניטיבית: פונקציות מאונכות ומאוזנות מערכת עיבוד מרכזית קבלת החלטות זיכרון קשב Top-down effects תפיסת פנים תפיסה פונטית Bottom-up processing קלט תחושתי Cognitive impenetrability??

4. מה למדנו בשיעור הקודם? • מהי נוירופסיכולוגיה ומה מטרותיה. • נוירופסיכולוגיה קלינית (תסמונות ותסמינים – syndromes and symptoms) • נוירופסיכולוגיה קוגניטיבית • מקורות והתפתחות החשיבה באשר לקשר בין הגוף (מוח) לנפש (תהליכי חשיבה והתנהגות ברמותיה השונות). • האם יש יסוד להניח קשר בין תפקוד לאנטומיה? – ממקמים לעומת תפיסה הוליסטית • מושגי יסוד בארכיטקטורה של מערכת קוגניטיבית: • תפקודים מאונכים תפקודים מאוזנים • Modularity of mind (תכונות המודולה הפודוריאנית) • הנחות יסוד של הנוירופסיכולוגיה: • Functional and anatomical modularity • Isomorphism • Uniformity of structural architecture • Transparency • Subtractivity

5. שאלות תיאורטיות ומעשיות במיקום תפקודים מנטאליים במוח • Functional modularity • כיצד מגדירים את התפקוד הקוגניטיבי אותו אנו רוצים למקם? • Anatomic modularity • כיצד אנו מבחנים בין אזורי מוח שונים? איך המוח מאורגן מבחינה אנטומית/תפקודית? • Isomorphism • כיצד אנו יכולים לקשר בין איזור במוח לתפקוד קוגניטיבי? • Uniformity of structural and functional architecture • מהי רמת ההכללה האפשרית? • Transparency • Diaschisis - השפעות למרחוק • Substractivity

6. שאלות תיאורטיות ומעשיות במיקום תפקודים מנטאליים במוח • Functional modularity • כיצד מגדירים את התפקוד הקוגניטיבי אותו אנו רוצים למקם? • Anatomic modularity • כיצד אנו מבחנים בין אזורי מוח שונים? איך המוח מאורגן מבחינה אנטומית/תפקודית? • Isomorphism • כיצד אנו יכולים לקשר בין איזור במוח לתפקוד קוגניטיבי? • Uniformity of structural and functional architecture • מהי רמת ההכללה האפשרית? • Transparency • Diaschisis - השפעות למרחוק • Substractivity

7. בעיות בהגדרת תפקודים מנטאליים בעיות בהגדרת תפקודים מנטאליים • הגדרות לא מספיק מדויקות, או כוללות מדי לתפקודים מנטאליים ראה "אינטליגנציה" או "תוקפנות" • בעיות קשורות לרמת המורכבות ורמת הפירוט בה אנו מתמקדים: דוגמה במסגרת תפקידים מאוזנים: קשב

8. Spatial Attention Control Left Right Heilman and Van Den Abell, 1980

9. דוגמת מורכבות: מנגנוני קשב מרחבי

10. בעיות בהגדרת תפקודים מנטאליים בעיות בהגדרת תפקודים מנטאליים • הגדרות לא מספיק מדויקות, או כוללות מדי לתפקודים מנטאליים ראה "אינטליגנציה" או "תוקפנות" • בעיות קשורות לרמת המורכבות ורמת הפירוט בה אנו מתמקדים: דוגמה במסגרת תפקידים מאוזנים: קשב דוגמה במסגרת תפקידים מאונכים: תפיסת פנים

11. מנגנוני תפיסת פנים

12. דוגמת מורכבות: מנגנוני תפיסת פנים Haxby et al., 2000

13. בעיות בהגדרת תפקודים מנטאליים בעיות בהגדרת תפקודים מנטאליים • הגדרות לא מספיק מדויקות, או כוללות מדי לתפקודים מנטאליים ראה "אינטליגנציה" או "תוקפנות" • בעיות קשורות לרמת המורכבות ורמת הפירוט בה אנו מתמקדים: דוגמה במסגרת תפקידים מאוזנים: קשב דוגמה במסגרת תפקידים מאונכים: תפיסת פנים • מרכיבים משותפים לתפקודים שונים דוגמה: יכולת עיבוד סדרתי משותפת לחשבון וקריאה • תפקודים מנטאליים לא נצפים ישירות כיצד מסיקים על מנגנון על בסיס התנהגות נצפית? דוגמה מנגנונים שונים לקריאה

14. דרכי הגדרה והבחנה בין תפקודים מנטאליים • אסוציאציה בין שני תפקודים מנטאליים (A ו-B) מתקיימת כאשר מניפולציה ניסויית אחת (a) משפיעה באופן דומה על ביצוע בשתי מטלות שונות (A' ו-B'). • קיום אסוציאציה עשויה להתבטא בכך שפגיעה בתפקוד A תלווה גם בפגיעה בתפקוד B. (מכאן גם שליקוי A וליקוי B הם תסמינים של אותה תסמונת). • אולם אסוציאציה נוירופסיכולוגית לא בהכרח מצביעה על אסוציאציה קוגניטיבית A B

15. קלט משותף טוריות אסוציאציות - סיבות אפשריות נוספות קרבה פיסית

16. דרכי הגדרה והבחנה בין תפקודים מנטאליים: • אסוציאציה בין שני תפקודים מנטאליים (A ו-B) מתקיימת כאשר מניפולציה ניסויית אחת (a) משפיעה באופן דומה על ביצוע בשתי מטלות שונות (A' ו-B'). • דיסוציאציה פשוטה בין שני תפקודים מנטאליים (A ו-B) מתקיימת כאשר מניפולציה ניסויית אחת (a) משפיעה על הביצוע במטלה אחת (A') אבל לא על המטלה האחרת (B'). • בתחום הנוירופסיכולוגיה ה"מניפולציה" עשויה להתבטא ב"נזק מוחי. נראה דוגמה.

17. דיסוציאציות פשוטות וכפולות שאלה : האם תפיסת פרצופים נעשית באותו מנגנון כמו תפיסת אובייקטים בכלל? חולה א - מתקשה בתפיסת פרצופים אך לא בתפיסת אובייקטים אחרים בעיה: ייתכן כי משימה A (תפיסת פרצופים) קשה יותר ממשימה B (תפיסת אובייקטים)

18. One process or two? R0 R2

19. Strong and weak dissociations

20. דרכי הגדרה והבחנה בין תפקודים מנטאליים: • אסוציאציה בין שני תפקודים מנטאליים (A ו-B) מתקיימת כאשר מניפולציה ניסויית אחת (a) משפיעה באופן דומה על ביצוע בשתי מטלות שונות (A' ו-B'). • דיסוציאציה פשוטה בין שני תפקודים מנטאליים (A ו-B) מתקיימת כאשר מניפולציה ניסויית אחת (a) משפיעה על הביצוע במטלה אחת (A') אבל לא על המטלה האחרת (B'). • דיסוציאציה כפולה בין שני תפקודים מנטאליים (A ו-B) מתקיימת כאשר מניפולציה ניסויית אחת (a) משפיעה על הביצוע במטלה אחת (A') אך לא על הביצוע במטלה השנייה (B') אבל קיימת מניפולציה ניסויית אחרת (b) אשר משפיעה על הביצוע במטלה השנייה (B') אך לא על המטלה הראשונה (A'). • בתחום הנוירופסיכולוגיה מניפולציה (a) היא חולה הפגוע באזור (a') ומתקשה במשימה A' ומניפולציה (b) היא חולה אחר הפגוע באזור (b') ומתקשה במשימה B'. נחזור לדוגמה שלנו.

21. דיסוציאציות פשוטות ודיסוציאציות כפולות שאלה : האם תפיסת פרצופים נעשית באותו מנגנון כמו תפיסת אובייקטים בכלל? חולה א - מתקשה בתפיסת פרצופים אך לא בתפיסת אובייקטים אחרים בעיה: דיסוציאציות פשוטות - בעיית הקושי היחסי חולה ב - מתקשה בתפיסת חפצים, אך מזהה פרצופים.

22. 8 8 0 8 8 2 8 0 Patient CK: Seeing faces but not objects

23. Strong and weak double dissociations

24. דיסוציאציות ודיסוציאציות כפולות • שאלה : האם תפיסת פרצופים נעשית באותו מנגנון כמו תפיסת אובייקטים בכלל? • חולה א - מתקשה בתפיסת פרצופים אך לא בתפיסת אובייקטים אחרים • בעיה: דיסוציאציות פשוטות - בעיית הקושי היחסי • חולה ב - מתקשה בתפיסת חפצים, אך מזהה פרצופים. • דיסוציאציה כפולה בין זיהוי חפצים ופרצופים • בעיות ונקודות זהירות

25. שאלות תיאורטיות ומעשיות במיקום תפקודים מנטאליים במוח • Functional modularity • כיצד מגדירים את התפקוד הקוגניטיבי אותו אנו רוצים למקם? • Anatomic modularity • כיצד אנו מבחנים בין אזורי מוח שונים? איך המוח מאורגן מבחינה אנטומית/תפקודית? • Isomorphism • כיצד אנו יכולים לקשר בין איזור במוח לתפקוד קוגניטיבי? • Uniformity of structural and functional architecture • מהי רמת ההכללה האפשרית? • Transparency • Diaschisis - השפעות למרחוק • Substractivity

26. עקרונות אנטומיים במיפוי תפקודי של המוח • קשיים אובייקטיביים במיפוי נוירואנטומי/תפקודי: • אין הגדרה טובה של אזור וגבולותיו • יש שונות רבה בין מוחות אפילו במיקום וצורת אתרים שמבחינים בחלוקה מקרו-אנאטומית. • אין הסכמה מספקת בין חוקרים לגבי מינוח כאשר אותו אזור מתואר בכמה דרכים, למשל מנקודת מבט של מבנה התאים (cytoarhitectonic) (striate cortex), תפקודי (primary visual cortex) או טופוגרפי (calcarine cortex).

27. Cytoarchitectonic cortical description Nissl stain of the visual cortex of the mouse. Layers I to VI can be delineated on the basis of differences in cell density and cell size. WM: white matter. From: Braitenberg and Schüz (1998

28. עקרונות אנטומיים במיפוי תפקודי של המוח • קשיים אובייקטיביים במיפוי נוירואנטומי/תפקודי: • אין הגדרה טובה של אזור וגבולותיו • יש שונות רבה בין מוחות אפילו במיקום וצורת אתרים שמבחינים בחלוקה מקרו-אנאטומית. • אין הסכמה מספקת בין חוקרים לגבי מינוח כאשר אותו אזור מתואר בכמה דרכים, למשל מנקודת מבט של מבנה התאים (cytoarhitectonic) (striate cortex), תפקודי (primary visual cortex) או טופוגרפי (calcarine cortex). • ההתאמה בין תפקוד לאזור נעשית בדרך של הערכה ולרוב איננה מדויקת. • שיטות מיפוי בשימוש נרחב מבוססות על מבנה התאים: • מיפוי ל-107 אזורים על פי von Economo • מיפוי ל-44+8 אזורים על פי Brodmann

29. Brodmann map Cytoarchitectonic description Functional description

30. הבחנה בין שני אזורים בתוך אזור ברוקה

31. גבולות איזור ברודמן 44

32. חלוקה תפקודית של קליפת המוח הצרברלית • הנוירונים במוח מבצעים שלושה סוגי פעולות: • קליטה ורישום גירוים מהסביבה (קלט( • תכנון וביצוע פעולות (פלט) • פעולות המתווכות בין הקלט לפלט (חשיבה, זיכרון, שפה, מודעות, רגש הן דוגמאות לתהליכים מתווכים אלו. • הנוירונים בקליפת המוח המבצעים את פעולות התיווך (אשר יהוו את עיקר המוקד בקורס זה) ממוקמים בעיקר באזורי קורטקס אסוציאטיבי ובמערכת הלימבית. • מנקודת ראות תפקודית ניתן לחלק את קליפת המוח הצרברלית לארבעה מרכיבים עיקריים: • אזורים סנסורים ראשוניים • אזורים מוטורים ראשוניים • אזורי קורטקס אסוציאטיבי • אזורי קורטקס לימבי ופארה-לימבי

33. Cortical functional organization • Primary sensory and motor cortex • Primary visual (area 17) • Primary auditory (areas 41, 42) • Primary somatosensory (areas 1-3) • Primary motor (area 4 and caudal part of area 6) • Association cortex • Unimodal visual (areas 18,19,20,21,37) • Unimodal auditory (area 22) • Unimodal somatosensory (area 5 and rostral area 7) • Unimodal motor (rostral area 6, caudal area 8, area 44) • Heteromodal prefrontal areas (areas 9, 10, 11 45, 46, 47, rostral areas 8, 12, 32) • Heteromodal parietotemporal(areas 39, 40, caudal area 7, banks of STS, area 36. • Limbic system (cortical components) • Corticoid formation (amygdala, substantiainnominata, septal nuclei) • Allocortex (hippocampus, pyriform olfactory cortex) • Paralimbic cortex • Insula (areas 14,15), temporopolar cortex (are 38), caudal orbitotemporal cortex (caudal areas 11,12,13), cingulate complex (areas 23,24,33,31,26, 29), parolfactory region (area 25, caudal area 32), parahippocampal cortex, areas 28,34,35, 30)

34. שאלות תיאורטיות ומעשיות במיקום תפקודים מנטאליים במוח • Functional modularity • כיצד מגדירים את התפקוד הקוגניטיבי אותו אנו רוצים למקם? • Anatomic modularity • כיצד אנו מבחנים בין אזורי מוח שונים? איך המוח מאורגן מבחינה אנטומית/תפקודית? • Isomorphism • כיצד אנו יכולים לקשר בין איזור במוח לתפקוד קוגניטיבי? • Uniformity of structural and functional architecture • מהי רמת ההכללה האפשרית? • Transparency • Diaschisis - השפעות למרחוק • Substractivity

35. דרכי מחקר למיקום תפקודים במוח • הגישה הקלאסית: חקירת חולים עם נזקים מוחיים (The lesion-deficit approach) • הנחות יסוד: • קיים נזק מוחי מוגדר היטב וליקוי תפקודי סלקטיבי. • במקרה כזה מניחים כי האזור הניזוק אחראי לתפקוד הלקוי. • ניתוח מיקום הנזק המוחי. • CT-scan

36. הומצא ב 1972 ע"י G. Hounsfield(פרס נובל) נכנס לשימוש קליני 1974-76 בתחילה רק לראש, אח"כ לכל הגוף. שיפור ניכר עם השנים באיכות ומהירות 2002 1972 Computerized Tomography 2009

37. CT - אוטם מוחי אוטם פריאטלי ימני אוטם אוקסיפיטלי משמאל

38. CT–יתרונות וחסרונות חסרונות יתרונות • צפיה מהירה ברקמת המוח • זיהוי טוב של דימום ושברים • קונטרסט הולך ומשתפר • ניתן לבצע גם לחולים עם קוצב, שתלים וכו' • זמין מאד • קרינת רנטגן משמעותית בחשיפה חוזרת • קונטרסט נמוך יחסית ל MRI – קשה להפריד רקמות • ניתן לבצע רק חתכים אקסיאליים (מאוזנים) • לא רגיש לאוטם מוחי בשעות הראשונות

39. דרכי מחקר למיקום תפקודים במוח • הגישה הקלאסית: חקירת חולים עם נזקים מוחיים (The lesion-deficit approach) • הנחות יסוד: • קיים נזק מוחי מוגדר היטב וליקוי תפקודי סלקטיבי. • במקרה כזה מניחים כי האזור הניזוק אחראי לתפקוד הלקוי. • ניתוח מיקום הנזק המוחי. • CT-Scan • Structural MRI

40. סורק MRI מגנט קבוע סליל ראש

41. חתכי מוח שונים ב-MRI

42. כיצד מבחינים בנזקים מוחיים בתמונת MRI? T1-Wighted Image • CSF – Dark • Bone – Dark • White matter – white • Gray matter – Gray • Fat – Bright • Infarct/Tumor – Dark • MS plaque - Dark • Blood - Bright • Good for structure

44. CSF – Bright Bone – Dark White matter – Gray Gray matter – Gray Fat – Dark Infarct/tumor – bright MS plaque - bright Good for lesions כיצד מבחינים בנזקים מוחיים בתמונת MRI? T2-Weighted Image Tumor Infarct

45. דרכי מחקר למיקום תפקודים במוח • הגישה הקלאסית: חקירת חולים עם נזקים מוחיים (The lesion-deficit approach) • הנחות יסוד: • קיים נזק מוחי מוגדר היטב וליקוי תפקודי סלקטיבי. • במקרה כזה מניחים כי האזור הניזוק אחראי לתפקוד הלקוי. • ניתוח מיקום הנזק המוחי. • CT-Scan • Structural MRI • שימוש באלגוריתמים לבניה מחדש של מוח מתוך חתכים.

46. בניה מחדש של מוח ניזוק מתוך חתכי CT

47. בניית מוח + נזק מתוך חתכי MRI

48. "מודל הנזק-תפקוד": בעיות עיקריות • הנזקים (בעיקר CVA) לא מכבדים גבולות פונקציונאליים או אנטומיים – הם קשורים לאזורי הספקת הדם של כלי הדם המרכזיים (Vascular territories)

49. Vascular Territories MCA ACA PCA

50. "מודל הנזק-תפקוד": בעיות עיקריות • הנזקים (בעיקר CVA) לא מכבדים גבולות פונקציונאליים או אנטומיים – הם קשורים לאזורי הספקת הדם של כלי הדם המרכזיים (Vascular territories). לכן: • הנזק האנטומי כולל לעתים קרובות יותר מאשר מקום אחד • הנזק התפקודי כולל לעתים קרובות יותר מאשר לקוי אחד • Diaschisis - נזק באזור אחד גורם לפעילות לקויה באזור אחר אנטומי/פונקציונאלי • נזק מקומי עלול להשפיע גם על אזורים קרובים מסביב (The mass effect). • קיימים מנגנוני פיצוי