KFC presentatie OTTE Neuropsychofysiologie Intro

De stand van zaken en De stand van zaken en toekomst van de toekomst van de

neuropsychofysiologie in neuropsychofysiologie in de klinische psychiatriede klinische psychiatrie

Dr. G. Otte, NeurolaboDr. G. Otte, Neurolabo P.C. Dr. Guislain, Gent (Be),

www.psychofysiologie.be

FKC 3/03/2008

www.psychofysiologie.bewww.psychofysiologie.be

EEG: Waarom dit nog gebruiken?

Als je dit kunt krijgen !!

MEDICAL

M

E

D

I

C

A

L

I

M

A

G

I

N

G

EEG in PsychiatryEEG in Psychiatry

Waarom EEG/ERP ?

fMRI, PET, fMRI, PET,

NMR..NMR..


NMR..NMR..

Is er nog nood aan ?


Why EEG/ERP ?


NMR..NMR..


NMR..NMR..

Is er nog nood aan ?

Omdat Hans Berger een psychiater was ?(“a man in search of a window on the soul”)

“The endresult of men’s endeavour often surpasses It’s initial objectives”.

Bewijzen vinden van de telepatische vermogens van

zijn zuster

Klinische electroencefalografie

Medische beeldvorming heeft een zeer goede spatiële resolutie maar….

EEG/ERP verslaat medische beeldvorming op vlak van tijdsresolutie

MAGIC EYE Stereoscopische MAGIC EYE Stereoscopische visuele illusievisuele illusie

Neuron Vol 1(Nr 9) 2007

• Recent katern beschrijft zeer vroege afwijkingen op vlak van visuele perceptie bij schizofrenie oa aan de hand van visueel geevokeerde potentialen– Stoornissen in de magnocellulaire dorsale pathway op

zeer vroeg niveau (corpus geniculatum lat ventrale lagen) LOC P1 objectherkenning bottom-up verstoring

– Stoornissen in bewegingsperceptie, gelaatsperceptie, kleurperceptie..

– Cfr Werk van Prof John Fox (Nathan Kline Institute)

The First Half SecondThe Microgenesis and Temporal Dynamics of Unconscious and

Conscious Visual ProcessesEdited by Haluk Ögmen and Bruno G. Breitmeyer

http://mitpress.mit.edu/catalog/author/default.asp?aid=14009

http://mitpress.mit.edu/catalog/author/default.asp?aid=28073

CEREBRALE CORTEXEEG meet de electrische extracellulaire veld potentialen die gegenereerd worden door synaptische activiteit in grote velden dentritische synapsen van synchroon geactiveerde pyramidale neuronen in de cortex. synaptische activiteit = neurotransmitter synaptische activiteit = neurotransmitter activiteitactiviteit !

TIJDSVENSTER: 10-800 msec

• Speelterrein van de neuiropsychiatrische psychofysiologie• We er de geintegreerde temporale dynamica van oa of

emotie, cognitie, bewustzijn..• Het laat in vivo evaluatie toe van neurotransmitter (dys)

functie via hun synaptische activiteit en postsynaptische extracellullaire potentialen (P50, LDAEP, P300, CNV).

• Leidt tot een objectieve evaluatie van psychopathologische dysfuncties en herstel.

• Opent een deur naar endofenotypering van psychiatrische ziektebeelden.


• Speelterrein van de neuropsychiatrische psychofysiologie• We meten er de geintegreerde temporale dynamica van oa






• Speelterrein van de neuiropsychiatrische psychofysiologie• We meten er de geintegreerde temporale dynamica van

oa emotie, cognitie, bewustzijn..• Het laat in vivo evaluatie toe van neurotransmitter (dys)





• Speelterrein van de neuiropsychiatrische psychofysiologie• We meten er de geintegreerde temporale dynamica van oa





Waarom niet meer gebruikt ?Waarom niet meer gebruikt ?

• Optimale “brain shutter speed”-vat de “mind brain” dynamiek in de eerste seconde

• Meet in vivo neurotransmitter functie

• Maar ook– Niet traumatisch– Niet invasief– Pijnloos– Veilig– Goede tolerantie-geen

neveneffecten – – Reproduceerbaar– Goedkoop..(vergelijk met PET en

fMRI )

Groot succes in de neurologie

Studie van piek golf elementen: epilepsieStudie van piek golf elementen: epilepsie

Gebruik van geëvokeerde potentialen Gebruik van geëvokeerde potentialen (BERA, VEP, SSEP)(BERA, VEP, SSEP)

EP: Key succes factoren ?

Digitale technologieDigitale technologie

AveragingAveraging

Geevokeerde Potentialen zijn

klein

EP/ERP

EEG

We moeten ze ‘extraheren’ uit het EEG

Averagers (software)

Extractie averaging

A/ Stimulus Locked Event

B/ Onafhankelijk van (random) achtergrond

Princiepe van de averager

• De algebraische optellingalgebraische optelling van de gedigitaliseerde epoch’s (epoch: stukje EEG) zal het ‘random’ achtergrondsignaal (EEG) uitmiddelen naar ‘nul’ terwijl het tijdsgebonden EP zal ‘versterkt’ worden.

1segment

2align

Averaging

ENSEMBLE AVERAGING

EEG epochepoch

Background “averaged out” Resulteert in verbeterde S/N ratio

Normaal EEG: achtergrondactiviteit 10 X groter dan Normaal EEG: achtergrondactiviteit 10 X groter dan het EP/ERPhet EP/ERP

Segmenten: 150 msec voor stim/ 800 post stim

epoch epoch epoch epochepochepoch

Na “ensemble” averaging

Evoked Potentials worden “geextraheerd uit de achtergrond

“Princiepes” van averagingaveraging

1.1. Tijd invariantieTijd invariantieStimulus en respons zijn “time locked” (fixed interval)

2.2. Amplitudo InvariantieAmplitudo Invariantieiedere identieke stimulus resulteert in een identiek respons (EP)

3.3. ““Noise” InvariantieNoise” InvariantieEP is onafhankelijk van de achtergrondactiviteit (deze wordt beschouwd als random “ruis”)

NEUROLOGIENEUROLOGIE PSYPSY

??

??

??

Aan de neuroloog (VVN)

Naar de psychiatrie ! (VVP)

We zijn weer genereus vandaag !!!We zijn weer genereus vandaag !!!

The grens(imaginair) neuro/psy = 10-10010-100 msecmsec

• Korte latentie EP’s worden Korte latentie EP’s worden gedetermineerd door de fysieke gedetermineerd door de fysieke karakteristieken van de stimulus en niet karakteristieken van de stimulus en niet door de reactie van de patient (vb BERA, door de reactie van de patient (vb BERA, Pattern VEP, SSEP..)Pattern VEP, SSEP..)

• Lange latentie potentialen worden bepaald Lange latentie potentialen worden bepaald door reactie van de patient: taak door reactie van de patient: taak gebonden: Event Related Potentials (ERP)gebonden: Event Related Potentials (ERP)


• Korte latentie EP’s worden Korte latentie EP’s worden gedetermineerd door de gedetermineerd door de fysieke fysieke karakteristiekenkarakteristieken van de stimulus en niet van de stimulus en niet door de reactie van de patient (vb BERA, door de reactie van de patient (vb BERA, Pattern VEP, SSEP..)Pattern VEP, SSEP..)

• Lange latentie potentialen worden bepaald Lange latentie potentialen worden bepaald door reactie van de patient: taak door reactie van de patient: taak gebonden: Event Related Potentials (ERP)gebonden: Event Related Potentials (ERP)


• Korte latentie EP’s worden Korte latentie EP’s worden gedetermineerd door de gedetermineerd door de fysieke fysieke karakteristiekenkarakteristieken van de stimulus en niet van de stimulus en niet door de reactie van de patient (vb BERA, door de reactie van de patient (vb BERA, Pattern VEP, SSEP..)Pattern VEP, SSEP..)

• Lange latentie potentialen worden bepaald Lange latentie potentialen worden bepaald door reactie van de patient: door reactie van de patient: taak taak gebonden: Event Related Potentials (ERP)gebonden: Event Related Potentials (ERP)

Taak gebonden ERP

ERP ‘s zijn multicomponent geëvokeerde responses waarbij attentie, emotie, motivatie, vigilantie etc.. invloed zal uitoefenen Dit kan resulteren in het afwijkingen op de eerste “wet” van de neurologische averager: toegenomen “jitter”toegenomen “jitter” tussen stimulus en respons

PS: niet te vergeten: jitter kan ook ontstaan langs stimulus zijde want in de psychiatrie werkt men met meer complexe audiovisuele stimuli en multimedia met ingebedde triggers en de trigger respons transmissie tijden kunnen technisch -vb monitor refresh tijd- soms sterk varieren (in slechte paketten tot 20 msec).

Voorbeeld

StimulusStimulus

Average: “vals” lage amplitudo

Identiek EP but toegenomen tijdsvariabiliteit: ‘jitter’

Average

Gevolg ?

• In ERP: niet teveel “vertrouwen” in de averager In ERP: niet teveel “vertrouwen” in de averager outputoutput

• We moeten de focus richten op individuele We moeten de focus richten op individuele antwoorden in plaats van enkel de globale antwoorden in plaats van enkel de globale eindaverage te bekijken. eindaverage te bekijken.

• Nieuwe analyse technieken zijn daarvoor nodig. Nieuwe analyse technieken zijn daarvoor nodig.

Neurologische EP

Taak gerelateerde ERP

Ook de tweede wet van de neurologische averager gaat niet geheel meer op: identieke stimuli genereren geen identieke antwoorden meer met gelijke amplitudo ten gevolge van een intracorticaal inhibitiefenomeen “habituatie”

Gevolg ?

• Gevaar van “neurologische werkwijze” om honderden (zelfs duizenden) stimuli toe te dienen en “netjes te averagen” om een goede S/N ratio te krijgen (lees hoop op “mooie stabiele publicatieklare” EP’s) : men wint wellicht aan S/N maar verliest aan dynamiek dverliest aan dynamiek door scotomisatie van de snel habituerende golfvormen.”

• Ga voor –niets minder- dan een toestel met mogelijkheid van sequentieel averagen !

Conflict: S/N versus dynamiek

FzFz

Snel habituerende fenomenen raken verlorenSnel habituerende fenomenen raken verloren

Habituatie wordt vaak Habituatie wordt vaak gescotomiseerd door gescotomiseerd door globaal averagenglobaal averagen

Habituatie wordt vaak Habituatie wordt vaak gescotomiseerd door gescotomiseerd door globaal averagenglobaal averagen

N1N1

P2P2

Auditief geëvokeerd potentiaal: odd ball paradigma

Hansen’s Axioma

THERE IS NO SUBSTITUE FOR

CLEAN DATA

THERE IS NO SUBSTITUE FOR

CLEAN DATA

Jon Hansen (experimenter and technical manager at Steve Hillyards lab UCSD)

Wat met de derde averager “wet”

• Is de achtergrond activiteit werkelijk onafhankelijk van het ERP ?

ERP kan ontstaan door:

• Geëvokeerd: een door een stimulus geëvokeerde Geëvokeerd: een door een stimulus geëvokeerde tijds gebonden amplitudostijging (cfr neuro EP)tijds gebonden amplitudostijging (cfr neuro EP)

• Geinduceerd: een door stimulus of taak Geinduceerd: een door stimulus of taak geëvokeerde partiële of volledige geëvokeerde partiële of volledige fasesynchronisatie in (een) bepaalde fasesynchronisatie in (een) bepaalde frequentieband(en) van de achtergrondactiviteit. frequentieband(en) van de achtergrondactiviteit.

• Combinatie van beidenCombinatie van beiden

Geinduceerde ERP’s ?

• Zonder fasesynchronisatie zijn ze onzichtbaar voor lineaire averagers.”.

SS

NIHIL ???

Stimulus beinvloedt wel de achtergrondactiviteit

Nieuwe analyse “tools” nodig

• ERS/ ERD (Gert Pfurtscheller) • EEG patronen die de werkelijke status van corticale

activatie/inhibitie reflecteren vb focal ERD/ surround ERS bvb in executieve motorische “imagery” (basis van BCI: “Brain Computer interface”).

• PS fMRI BOLD signalen reflecteren gestegen metabolisme maar enkel TMS en ERS/ERD kunnen bepalen of cortex actief respectievelijk geinhibeerd is.

Nog een reden Nog een reden waarom we waarom we

EEG/ERP nodig EEG/ERP nodig hebbenhebben

Pieken versus componenten

• De ERP pieken zijn lineaire combinaties van de generator activiteit thv diverse neuronale(corticale) assemblage netwerken.

• “Peaks are not important, components are” (Steve Luck)

Pieken zijn “fuzzy” projecties van de generator componenten

Soms is het Soms is het gemakkelijk….gemakkelijk….

R. Ramirez, 2005Soms moeilijker: een vliegtuig ? Een kruis ???Soms moeilijker: een vliegtuig ? Een kruis ???

De grens overschrijden tussen neurologie en

psychiatrie• Is voor velen een ontgoochelende ervaring gebleken• Door toegenomen technische en biologische variantie in

de resultaten groeide het gevoel van “instabiliteit” en verloor men de vaste greep op hoge sensitiviteit en specificiteit zo kenmerkend voor klinico- neuropathologische correlaties.

• Als neurologen met slechts een zeer elementaire toolset konden we zelden de dynamiek van ERP ‘s capteren (en appreciëren) en keerde men zich af van EEG/ ERP in het voordeel van de mooie plaatjes der medische beeldvorming. (PET, MRI, fMRI) en hun mooie spatiële resolutie.

Thans weten we:• Dat de overgang wel degelijk goed mogelijk is mits we

toegang krijgen- en gebruik maken van de nieuwe tools (ICA, Loreta, seq ave) teneinde ten volle de rijkdom van de temporale dynamiek in de allereerste seconde te kunnen vatten.

• We hebben nood aan degelijke training in deze nieuwe technische vaardigheden en kennis van degelijke signaalanalystische princiepes om in de wirwar van algorithmen en tools het kaf van het koren te leren scheiden.

• Gestandaardiseerde technieken verminderen de technische variantie en verhogen de diagnostische robuustheid van ons onderzoek.

• Bovendien hebben we nood aan goed kennis van clinico-fysiologische correllaties in de zin van “trait vs state vs vulnerabiliteits” markers.

Trait vs State

• Lage amplitude van een P300 ?– State marker van depressie– Trait marker bij schizofrenie– Vulnerabiliteits marker bij

eerste graads fam van alcoholiekers

• Nood aan goede klinische Nood aan goede klinische verwijsinfo !!!verwijsinfo !!!

LORETA analyseLORETA analyse: inverse probleem

ERP image

• Elk epoch wordt vervangen door een lijn waarvan elk pixel een kleurwaarde krijgt toegewezen lineair afhankelijk van zijn amplitudo: vb rood pos en blauw negatief.

• Elke lijn wordt “gestapeld” boven op de vorige getekend

• Men noteert “trends” daar men de epoch’s kan sorteren op elk gewenst criterium vb RT)

Scott MakeigEvent-Related Brain Dynamics I2006

ERP-Image Plotting

1. Display single trials as color-coded horizontal lines (e.g., red is +µV, blue is -µV, green is 0).

2. Sort all trials according to some variable of interest (here, subject RT).

3. Smooth vertically.

Jung et al., Human Brain Mapping, 2001.

ERSP (t.f) plot van ICA componenten

Acoustisch odd ball … Acoustisch odd ball …

FzFz

MMNMMNN1N1

P2P2

ERPERPComponentComponent

N2bN2b

P3P3

Activatie van N2b-P3a componenten

N2b of MMN ?N2b of MMN ?

Constant N2a (MMN)

Habituatie: N2b

P3aP3b

Technische VooruitgangTechnische VooruitgangHigh density EEG analyse is thans mogelijk High density EEG analyse is thans mogelijk

met toenemende granulariteit van de spatiële met toenemende granulariteit van de spatiële bronlocalisatie der generatoren.bronlocalisatie der generatoren.

ICA en LORETA: bron localisationICA en LORETA: bron localisation

Technicsche vooruitgangTechnicsche vooruitgang Laat complementariteit toe tussen EEG/ERP en Laat complementariteit toe tussen EEG/ERP en

fMRI door oa nieuwe filter technieken oa fMRI door oa nieuwe filter technieken oa gebaseerd op ICA) waardoor stimulatieartefacten gebaseerd op ICA) waardoor stimulatieartefacten in real time uitgefilterd wordenin real time uitgefilterd worden

Technische vooruitgangTechnische vooruitgangLaat integratie toe tussen ERP en TMS wat nieuwe perspectieven opent Laat integratie toe tussen ERP en TMS wat nieuwe perspectieven opent

naar functioneel hersenonderzoek, specifieke doelgerichte naar functioneel hersenonderzoek, specifieke doelgerichte stuimulatie/inhibitie en diagnostische en therapeutische stuimulatie/inhibitie en diagnostische en therapeutische functionele functionele neuronavigatieneuronavigatie

Visor Courtesy by ANT

Klinische gevallenKlinische gevallen

Enkele illustraties uit de praktijkEnkele illustraties uit de praktijk

De vermoeide verplegerDe vermoeide verpleger

57 jarige man. Sinds viertal jaar maar toenemend:57 jarige man. Sinds viertal jaar maar toenemend: Klaagt van Klaagt van concentratiestoornissenconcentratiestoornissen en overdreven en overdreven

slaperigheid overdagslaperigheid overdag (namiddag) waardoor hij zijn werk (namiddag) waardoor hij zijn werk bijna niet meer aankan (bang om fouten te maken- bijna niet meer aankan (bang om fouten te maken- verpleger)- onregelmatige slaap.verpleger)- onregelmatige slaap.

Slaaponderzoek: geen slaapapnoe. Quid ?Slaaponderzoek: geen slaapapnoe. Quid ? CT, NMR: normaalCT, NMR: normaal Biol: hyperlipemie (lipitor). Geen addison. Schildklier OKBiol: hyperlipemie (lipitor). Geen addison. Schildklier OK Kan zich “staande” houden met Rilatine MR (geen Kan zich “staande” houden met Rilatine MR (geen

toxicomanie)toxicomanie) Organiciteit ? Organiciteit ? Psychiatrische suggestie “Psychiatrische suggestie “psychoreactief –psychogeen-psychoreactief –psychogeen-

regressief - burnoutregressief - burnout””

Eenvoudige reactietijdEenvoudige reactietijd

NORMAALNORMAAL

CNVCNV

NORMAALNORMAAL

P300P300

NORMAALNORMAAL

MMNMMN

NORMAALNORMAAL

P50P50

NORMAALNORMAAL

LDAEP: uitgesproken !!LDAEP: uitgesproken !!

Grafiek LDAEP

-5

0

5

10

15

20

Loudness-Electrode

Am

pli

tud

o (

µV

)

N1

P2

N1-P2

Besluit ?Besluit ?

Geen simulatie !! Duidelijke Geen simulatie !! Duidelijke neurotransmitterdysfunctieneurotransmitterdysfunctie

Tekort aan serotonine (LDAEP) , alfa 7 Tekort aan serotonine (LDAEP) , alfa 7 nicotinereceptor stimulatie, (P50) adrenaline, nicotinereceptor stimulatie, (P50) adrenaline, noradrenaline..(P300, MMN,CNV).noradrenaline..(P300, MMN,CNV).

Vigilantiestoornissen +++ Fluctuerend bewustzijnVigilantiestoornissen +++ Fluctuerend bewustzijn Gemaskeerde depressie ??Gemaskeerde depressie ?? Nog niet onderkende circadiaanse stoornis ? Nog niet onderkende circadiaanse stoornis ?

(belang van degelijk slaaponderzoek in de (belang van degelijk slaaponderzoek in de psychiatrie)psychiatrie)

R/ Start SSRI en Dopamine-ReuptakeblokkerR/ Start SSRI en Dopamine-Reuptakeblokker

De vermoeide nonDe vermoeide non

Na een tropenreis: psychisch moeNa een tropenreis: psychisch moe

Vermoeidheid en Vermoeidheid en concentratiestoornissenconcentratiestoornissen

26 jarige kloosterzuster-lerares26 jarige kloosterzuster-leraresNa verblijf in het buitenland klachten van Na verblijf in het buitenland klachten van

moeheid en geheugenstoornissen: sinds drie moeheid en geheugenstoornissen: sinds drie maand persisterend: blijvend maand persisterend: blijvend werkonbekwaamwerkonbekwaam

Zeer angstig ! Vreest voor encefalitis (KNO Zeer angstig ! Vreest voor encefalitis (KNO perfect normaal)perfect normaal)

EEG : normaalEEG : normaalNMR : normaalNMR : normaalLabo: normaal (Ebstein Barr virustiters +++)Labo: normaal (Ebstein Barr virustiters +++)

MMNMMN

Laag gevolteerde MMN maar bewust monitoren Laag gevolteerde MMN maar bewust monitoren van elke deviante stimulus (cfr P300) waardoor van elke deviante stimulus (cfr P300) waardoor veel resources “verbruikt” worden (angstig)veel resources “verbruikt” worden (angstig)

CNV normaalCNV normaal

Toch niet zeer hoog gevolteerd CNV. Geen aanwezigheid van PINV (wat gezien wordt bij angstige depressie)

P300:P300:

normaal P3a (licht vertraagd P3b)normaal P3a (licht vertraagd P3b)

Afwezige P50 suppressie !!Afwezige P50 suppressie !!

LDAEP: posLDAEP: pos

Grafiek LDAEP

0

5

10

15

20

25

Loudness-Electrode

Am

pli

tud

o (

µV

)

N1

P2

N1-P2

BesluitBesluit

Geen tekenen van vigilantiestoornissen noch Geen tekenen van vigilantiestoornissen noch cognitieve dysfunctiecognitieve dysfunctie

Geen directe tekenen van angstGeen directe tekenen van angst Wel zeer grote waakzaamheid en bewuste Wel zeer grote waakzaamheid en bewuste

monitoring van elke deviante stimulus (vermoeiend)monitoring van elke deviante stimulus (vermoeiend) Gestoorde LDAEP (serotonerg deficiet) maar ook Gestoorde LDAEP (serotonerg deficiet) maar ook

afwezige P50 suppressie (schizoaffectieve afwezige P50 suppressie (schizoaffectieve aanleg ?)aanleg ?)

Advies: start SSRI maar zo onvoldoende effect Advies: start SSRI maar zo onvoldoende effect augmenteer met lage dosis abilify of ander atyp augmenteer met lage dosis abilify of ander atyp neurolepticum.neurolepticum.


Why EEG/ERP ?


NMR..NMR..


NMR..NMR..

Hebben we nog EEG nodig ??

This is still EEG Jim, but not as we knew it

Met dank voor Uw aandachtMet dank voor Uw aandacht

Laat ons de toekomst Laat ons de toekomst van het EEG/ERP in van het EEG/ERP in “gedachte” houden“gedachte” houden

KFC presentatie OTTE Neuropsychofysiologie Intro

Documents

Transcript of KFC presentatie OTTE Neuropsychofysiologie Intro