Onze Hersenen: een Paar Apart

Onze Hersenen: een Paar Apart

• waarom hersenlateralisatie?• lateralisatie en handvoorkeur• lateralisatie en dyslexie• lateralisatie en emoties

– emotionele woorden– muziek– gezichten– plaatjes (IAPS)

• lateralisatie: overige topics– veroudering– connectiviteit

• vervolg

hersenlateralisatie

Laterality: structural asymmetries

• Sylvian fissures

• Planum temporale

• Microanatomical

• Neurochemical

Evolutie van de hersenlateralisatie

• Austrolopithecus (450 cc, 4-1.5 mj)– morfologische hersen-asymmetrieën

• Homo habilis (660 cc, 2-1.6 mj)– gelateraliseerde hersenstructuren– rechter handvoorkeur

• Homo erectus (900 cc, 1.8-0.3 mj)– asymmetrie fissuur van Sylvius

• Neanderthaler (1500 cc, 100.00- - 35.000 j)– idem

Functionele lateralisatie van de hersenhelften

• NB.– Geen moderne frenologie– Geen simpele dichotomie

• Modulaire hersencircuits – Betrokken bij deelprocessen– Patronen van activatie

Functionele lateralisatie van de hersenhelften

Linker hersenhelft Rechter hersenhelft• Spreken en

schrijven

• Reacties op com-plexe commando’s

• Woordherkenning• Geheugen woorden

en getallen• Complexe

handelingen• Positieve emotie

• Gezichtsherkenning

• Geheugen voor vormen en muziek

• Ruimtelijke waarneming

• Emotionele waarneming

• Negatieve emotie

Functionele lateralisatie van de hersenhelften

• Linker hersenhelft– local processing– hoge spatiële frequentie

• Rechter hersenhelft– global processing– lage spatiële frequentie

Waarom hersenlateralisatie?

• Het is efficienter (sneller) om processen binnen één hemisfeer te laten plaatsvinden

• Waarom taal dan in de linker hersenhelft?– intrauterine invloeden– linker hersenhelft (micro-)anatomisch het meest

geschikt (taal als exaptief gevolg van hersenontwikkeling)

Position in utero (Previc, 1991)

Waarom hersenlateralisatie?

• Het is efficienter (sneller) om processen binnen één hemisfeer te laten plaatsvinden

• Waarom taal dan in de linker hersenhelft?– intrauterine invloeden– linker hersenhelft (micro-)anatomisch het meest

geschikt (taal als exaptief gevolg van hersenontwikkeling)

hersenlateralisatie en handvoorkeur

Handedness - definitions

• Self report– subject considers him/herself as right- or left-handed

• Writing hand– problem of social pressure: forced right handedness

• Preference– unimanual activities, e.g. throwing

• Skill or Performance– tempo of fine, precise movements

• Strength– muscle strength, e.g. grip

Left-handedness - prevalence

• Women: 9.6 %• Men: 11.8%

Dutch survey based on self-report (CBS, 1985):

Handedness - measurement

Preference

• Actual behavior (young children)• Questionnaire

– Edinburgh Inventory (Oldfield)

– Vragenlijst Handvoorkeur (Van Strien & Bouma)

Oldfield, R.C. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9(1):97-113. 1971.

• Writing: No preference/ Left/ Right

• Drawing: No preference/ Left/ Right

• Throwing: No preference/ Left/ Right

• Using Scissors: No preference/ Left/ Right

• Using a Toothbrush: No preference/ Left/ Right

• Using a Knife (without fork): No preference/ Left/ Right

• Using a Spoon: No preference/ Left/ Right

• Using a Broom (upper hand): No preference/ Left/ Right

• Striking a Match: No preference/ Left/ Right

• Opening a Box (lid): No preference/ Left/ Right

Handedness questionnaire (Van Strien & Bouma)CoTAN 2000: 29.6

writing hand (social pressure)

1. drawing left/right/both

2. tooth-brush left/right/both

3. bottle opener left/right/both

4. throwing ball left/right/both

5. hammer left/right/both

6. (tennis)racket left/right/both

7. cutting rope with knife left/right/both

8. stirring with spoon left/right/both

9. rubbing out left/right/both

10. striking a match left/right/both

scoring -1 / +1 / 0 (range -10, 10)

Left-handedness: classification

• Strongly right-handed (8 or more out of 10 unimanual activities with the right hand)

• Strongly left-handed (8 or more out of 10 unimanual activities with the left hand)

• Ambidexter, mixed, inconsistent

Handedness - measurement

Performance

• Finger tapping

• Peg moving – Purdue Pegboard

Handedness - distribution

Performance

- - - Preference

left right

Left-handedness: causality

Model Sample references

Pathological influences Birth stress Pathological left handedness

Bakan, Dibb, & Reed, 1975 Satz et al., 1985

Intrauterine influences Testosterone hypothesis Position in utero

Geschwind & Galaburda, 1987 Previc, 1991

Genetic influences Single-gene model Two-gene model Polygenic model

Annett, 1985 Levy & Nagylaki, 1972 Gangestad & Yeo, 1994

Cultural influences Collins, 1975

Hybrid models Gene-cultural Gene-intrauterine

Laland et al., 1995 Orlebeke et al., 1996

Van Strien, J.W. (2000). In: Mandal, M.K., et al. (Eds). Side-bias: A neuropsychological perspective.

Handedness and language dominance

Doctrine of contralateral dominance (Broca’s law):

• In right-handers the left hemisphere is dominant for language and the use of the preferred hand

• In left-handers the right hemisphere is dominant

Broca’s law is not supported by the data!

Handedness and language dominance(Rasmussen & Milner, 1977)

language dominance

left bilateral right

right-handers 95% 0% 5%

left-handers 70% 15% 15%

Handedness and language dominanceKnecht et al. (2000), Brain.

Formula:

likelihood of right-hemisphere language dominance (%) =

15% - handedness score

extreme left-hander: 15-(-10)= 25%

ambidexter: 15- (0)=15%

extreme right-hander: 15- (10)= 5%

Sterven linkshandigen eerder?Stanley Coren en Diane Halpern (1991)

55

60

65

70

75

80

rechtshandig linkshandig

Ove

rlijd

ensl

eeft

ijd

VrouwenMannen

Sterven linkshandigen eerder?Stanley Coren en Diane Halpern (1991)

• Gotere vatbaarheid voor ziekten– o.a. auto-immuunziekten; epilepsie

• Meer gedragsproblemen– o.a. alcoholisme, schizofrenie

• Meer ongelukken– gereedschap; autorijden

Kritiek op Coren en Halpern: - retrospectief onderzoek, 30% responsie (n= 987), extreem

rechts-handigen vs rest

Sterven Nederlandse linkshandigen eerder?

• CBS-onderzoek in 1985: geen aanwijzing voor eerdere sterfte; wel aanwijzing voor afname van gedwongen rechtshandigheid onder jongeren.

• In Nederland is (was in 1985) 22% van de oudere academici (>65 jaar) linkshandig.

hersenlateralisatie en visueel halfveld onderzoek

Visuele systeem

Copyright 2002 Allyn & Bacon

Visual half-field

+

Visual half-field (slomo 1)

+ KJH

Visual half-field (slomo 2)

+BFS

Visual half-field - trial 1

+ KJH

Visual half-field - trial 2

+BFS

Visual half-field

+

Visueel veldvoordeel

• Structurele verklaring– sub-optimale verwerking door niet-

gespecialiseerde hersenhelft– degradatie bij transfer door corpus callosum

• Dynamische verklaring– contralaterale aandachtsbias

Lateralisatie van emoties

• Perceptuele herkenning van emoties– rechter hemisfeer ongeacht valentie

• Valentie-hypothese– linker hemisfeer betrokken bij beleving van positieve

emoties– rechter hemisfeer betrokken bij beleving van negatieve

emoties

• Approach/avoidance (Davidson)– approach: links frontaal– avoidance: rechts frontaal

hersenlateralisatie en emoties

1. woorden

Van Strien & Morpurgo (1992)

• ppn: 20 rechtshandige mannen (18 - 27 jr)

• VH-taak: letters benoemen

• Activatie-condities– baseline– bedreigende woorden– niet-bedreigende woorden

+

+

+ LTV

WALGING

tijd

2500 ms

100 ms

1500 ms

2500 ms

15

16

17

18

19

20

21

LVF RVF

N c

orr

ect

Control

Nonthreat

Threat

Opposite hemispheric activationVan Strien & Morpurgo (1992), Neuropsychologia

Van Strien et al., 1995, Journal of Learning Disabilities, 28, 30-34

Stroop kleur-woordtaak

blauw

groen

rood

geel

Emotionele Strooptaak

wiel

dood

afschuw

kanker

vrede

blijheid

liefde

Gelateraliseerde Strooptaak

• 54 rechthandige vrouwen• 20 rechtshandige mannen

– 10 ‘angstige’ mannen– 10 repressors

• VH-taak: kleur benoemen• Condities

– neutrale woorden– positieve woorden– negatieve woorden

• Vocale reactietijden (VRTs)

+

+

+ pijn

tijd

WS 500 ms

180 ms

1000 ms

2000 ms

540

560

580

600

620

640

Neutral Positive Negative

VR

T in

ms

LVF

RVF

Lateralized emotional Stroop - Women (n = 54)Van Strien & Valstar (2004), Emotion

Lateralized emotional Stroop - Anxious men (n = 10)

540

560

580

600

620

640

660

680

700

Neutral Positive Negative

VR

T in

ms

LVF

RVF

Lateralized emotional Stroop - Repressive men (n = 10)

540

560

580

600

620

640

660

680

700

Neutral Positive Negative

VR

T in

ms

LVF

RVF

hersenlateralisatie en emoties

2. muziek

Van Strien & Boon (1997)

• 16 rechtshandige mannen• VH-taak: lexicale decisie• Condities

– baseline

– pink noise

– Penderecki (Threnody for the Victims of Hiroshima)

– Holst (Jupiter the Bringer of Jollity)

• RT: woord/pseudowoord

+

+

+ GRUF

! ! ! ! !

tijd

1000 ms

180 ms

1000 ms

2000 ms

Altered visual field asymmetryVan Strien & Boon (1997), JINS

800

820

840

860

880

900

920

940

960

LVF RVF

RT

in

ms Baseline

Jupiter

Threnody

Pink Noise

hersenlateralisatie

3. gezichten

Van Strien & Van Beek (2000)

• 16 mannen, 16 vrouwen• VH-taak: emotionele gezichten beoordelen

– tekeningen (cartoon faces)– forced choice

• 5 typen gezichten– extreem positief– mild positief– neutraal– mild negatief– extreem negatief

+

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

extremely pos. mildly pos. neutral mildly neg. extremely neg.

pro

po

rtio

n p

os

itiv

e

LVF

RVF

Ratings of emotion in faces - Women (n=16)Van Strien & Van Beek (2000), Brain and Cognition

Van Strien, Licht, de Sonneville & Valstar (2000) [Abstract]

• ppn: 18 vrouwen• EEG/ERP-onderzoek• foto’s van emotionele gezichten• 3 EEG-condities

– sekse beoordeling (man/vrouw)– idem blurred faces– emotionele beoordeling (positief/negatief)

Fig. 1. Examples of neutral, emotional, and blurred faces (De Sonneville, 1999)

Fig. 2. Grand average ERP waveforms at Cz for gender identification (green, blue) and emotional processing (red).

0.00 ms 34.00 ms 66.00 ms 100.00 ms 134.00 ms

166.00 ms 200.00 ms 234.00 ms 266.00 ms 300.00 ms

334.00 ms 366.00 ms 400.00 ms 434.00 ms 466.00 ms

500.00 ms 534.00 ms 566.00 ms 600.00 ms 634.00 ms

666.00 ms 700.00 ms 734.00 ms 766.00 ms 800.00 ms

+7.0

+6.1

+5.3

+4.4

+3.5

+2.6

+1.8

+0.9

0

-0.9

-1.8

-2.6

-3.5

-4.4

-5.3

-6.1

-7.0

Subject: EEG file: PNminusSI.avgRate - 500 Hz, HPF - 1 Hz, LPF - 30 Hz, Notch - 50 Hz

Neurosoft, Inc.SCAN 4.2Printed : 16:07:29 14-Jan-2002

0123456789

1011

mic

roVo

lts

Left Right

Emotional Non-em.

Fig. 4. Mean amplitudes 350-550 ms (collapsed across F-, FC-, C-, CP-, and P-electrodes).

Fig. 3. Topographical distribution of the emotional- processing minus gender-identification ERPs.

International Affective Picture System (IAPS)

Lang, Bradley, & Cuthbert (1996)

Twee emotionele dimensies (Heller)

• Valentie– positief vs. negatief– links frontaal vs. rechts frontaal

• Arousal– laag vs. hoog– rechts parietaal

Onderzoek met IAPS

• 2 x 2 design (valentie / arousal) + baseline

• Old/new effect

• Meetmethoden:– fMRI i.s.m. FPP-VU en VUMC– EEG/ERP

fMRI-onderzoek met IAPSNielen, Veltman, Heslenfeld, Van Strien e.a.

• Hoog vs laag arousal– fusiforme gyrus (BA 37)– inferieure parietaal kwab (BA 40)– rechter precentrale gyrus

• Positief vs negatief– superior temporal gyrus (BA 22)– rechter parietaalkwab– linker insula (BA 13)

fMRI-onderzoek met IAPSNielen, Veltman, Heslenfeld, Van Strien e.a.

• Hoog arousal negatief vs baseline

fMRI-onderzoek met IAPSNielen, Veltman, Heslenfeld, Van Strien e.a.

• Amygdala-aktivatie voor – HN

– HP

– LN

– LP

Micro-anatomical model of hemispheric asymmetry

Synchronisatie en hemisferische lateralisatie

• Correlatie tussen electroden zegt iets over de lineaire samenhang tussen twee gebieden.

• Er is ook niet-lineaire samenhang: synchronization

likelihood.

Correlatie

Systeem X

Systeem Y

Synchronization likelihoodRulkov et al. (1995)

Time t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10

State of system X D A G H Z A B T A Z

State of system Y E B C R P B H S B P

)ε|XX|)if(|YY|(εN

1S xjijiy

j

i

MEG-onderzoek Gootjes, Bouma, Van Strien, Scheltens, Stam (2004)

0,07

0,08

0,09

0,1

0,11

CL

R

FL

R

OL

R

PL

R

TL

R

Hemispheric areas

Sy

nch

ron

izat

ion

lik

elih

oo

d

EC (higher theta)

CL

R

FL

R

OL

R

PL

R

TL

R

Hemispheric areas

EC (lower theta)

SL during the eyes closed condition in the lower (4-6 Hz) and higher (6-8 Hz) theta band.

Wordt vervolgd …

• Emotionele Stroop (VH-onderzoek)

• Emotionele ‘old/new’ effects (EEG/ERP)

• Lateralisatie en synchronisatiematen (EEG)

• Veroudering en lateralisatie – HAROLD-model– OLDER-project i.s.m. Urologie ErasmusMC