onze hersenen: een paar apart. waarom hersenlateralisatie? lateralisatie en handvoorkeur...
TRANSCRIPT
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