Introduktion till hjärnavbildning inom neurovetenskap: med fokus på metoderna MRI, PET, EEG och MEG

Kursbeskrivning

Observera att kursen ges på engelska.

Om kursen

Kursen riktar sig till dig som vill förstå hur olika hjärnavbildningstekniker fungerar och hur de kan användas för att fastställa den mänskliga hjärnans struktur och funktion. Kursen är extra lämplig om du vill använda dig av hjärnavbildningstekniker inom neurovetenskaplig forskning, medicinteknisk utveckling eller kliniskt arbete.

Kursen ger dig en god förståelse för de metoder som används vid mätning av människohjärnans funktion och struktur inom neurovetenskap. Fokus ligger på metoderna magnetresonansavbildning (strukturell och funktionell MRI), positronemmisionstomografi (PET), electroencefalografi (EEG) och magnetencefalografi (MEG).

Kursen behandlar den teoretiska bakgrunden till metoderna och ger dig en god överblick över hur de används inom forskning och hälso- och sjukvård. Kursens belyser även hur metoderna kan kombineras i multimodala analyser, och diskuterar samspelet mellan utveckling av teori, teknik, metod, och applikationer inom hjärnavbildning.

Introduktion till hjärnavbildning inom neurovetenskap: med fokus på metoderna MRI, PET, EEG och MEG

Introduction to Brain Imaging in Neuroscience: With a Focus on MRI, PET, EEG and MEG Methods

Basdata

Kurskod: 2QA313
Kursens namn: Introduktion till hjärnavbildning inom neurovetenskap: med fokus på metoderna MRI, PET, EEG och MEG
Högskolepoäng: 7.5
Utbildningsform: Högskoleutbildning, 2007 års studieordning
Huvudområde: Medicin
Nivå: Avancerad nivå, har endast kurs/er på grundnivå som förkunskapskrav
Betygsskala: Underkänd (U) eller godkänd (G)
Kursansvarig institution: Institutionen för klinisk neurovetenskap
Beslutande organ: Utbildningsnämnden CNS
Datum för fastställande: 2020-12-16
Reviderad av: Utbildningsnämnden CNS
Senast reviderad: 2023-11-15
Kursplanen gäller från: Hösttermin 2024

Särskild behörighet

Minst 120 hp inom psykologi, psykiatri, neurovetenskap, medicin eller medicinsk teknik. Alternativt 60 hp på avancerad nivå inom psykologi, psykiatri, neurovetenskap, medicin eller medicinsk teknik. Dessutom krävs Engelska B/Engelska 6 med lägst betyget godkänd/E.

Mål

Efter kursen ska studenten kunna:

  • beskriva funktionen hos de mätinstrument som används vid strukturell magnetresonansavbildning (sMRI), funktionell magnetresonansavbildning (fMRI), positronemissionstomografi (PET), elektroencefalografi (EEG) och magnetencefalografi (MEG), och vilken aspekt av hjärnans struktur och funktion de registrerar
  • beskriva grundläggande principer för analys av data från mätningar med sMRI, fMRI, PET, EEG och MEG
  • översiktligt redogöra för respektive hjärnavbildningsmetods användningsområde inom forskning och inom hälso- och sjukvård
  • översiktligt redogöra för mätinstrument och analysmetoder för multimodal hjärnavbildning.

Innehåll

Kursen behandlar den teoretiska bakgrunden till hjärnavbildningsmetoderna sMRI, fMRI, PET, EEG och MEG såsom vilka av den mänskliga hjärnans egenskaper och funktioner de mäter och hur själva mätinstrumentet fungerar. Kursen ger studenten en god inblick i hur metoderna används inom forskning och inom hälso- och sjukvård. Kursens belyser även hur metoderna kan kombineras i multimodala analyser, och diskuterar samspelet mellan utveckling av teori, ny teknik, metod och applikationer.
Kursen inleds med en introduktion till hjärnavbildningstekniker inom neurovetenskap. Genom separata kursmoment ger kursen studenten en fördjupad inblick i de olika metoderna sMRI, fMRI, PET, EEG och MEG, samt att kombinera dem i multimodal hjärnavbildning. Slutligen kommer studenten att fördjupa sina kunskaper i ett självvalt ämne i ett individuellt studieprojekt.

Strukturell magnetresonansavbildning (sMRI), 1.5 hp


Betygsskala: GU
I sMRI modulen introduceras studenten till hur hjärnans struktur kan avbildas med hjälp av strukturell magnetresonansavbildning (SMRI). Den fysiologiska basen till sMRI signalen introduceras, tillsammans med en introduktion till bildbehandling och grundläggande MRI fysik. Studenten introduceras sedan till metoder för avbildning av morfologi (segmentering av volym, kortikal tjocklek osv), konnektivitet och diffusionstensoravbildning. sMRI modulen innehåller också metoder för dataanalys (multivariat dataanalys, deep learning och grafteori) och andra populära sMRI tekniker som kvantitativ susceptibilitetsmappning, och arteriell spinmärkningssekvens, med fokus på den senaste utvecklingen. Studenten introduceras avslutningsvis till olika sMRI applikationer inom forskning, hälso- och sjukvården.

Funktionell magnetresonansavbildning (fMRI), 1.5 hp


Betygsskala: GU
I fMRI modulen introduceras studenten till hur hjärnans aktivitet kan avbildas med hjälp av funktionell magnetresonansavbildning (fMRI). Den neuronala och fysiologiska basen till fMRI signalen introduceras, tillsammans med hur denna signal registreras med mätinstrumentet. Mätningar med fMRI vid vilotillstånd, vid stimulering och från experimentella uppgifter presenteras som metoder för att utforska lokalisering av hjärnans funktion, hjärnans konnektivitet, avkodning/klassificering, och representationen av varseblivelse, handlingar och tankar. Experimentell design och analysmetoder introduceras. Studenten introduceras avslutningsvis till olika fMRI applikationer inom forskning, sjuk- och hälsovård.

Elektroencefalografi (EEG) och magnetencefalografi (MEG), 1.5 hp


Betygsskala: GU
I EEG/MEG modulen introduceras studenten inledningsvis till den neurala aktivitet som mäts inom MEG respektive EEG. Modulen fokuserar sedan på hur denna neurala signal registreras med hjälp av olika sensortyper inom MEG respektive EEG, inklusive pågående utveckling inom nästa generations sensorer. De olika stegen för databearbetning introduceras sedan, inklusive en överblick över olika strategier för analys av MEG och EEG data, såsom framkallade responser, källanalys, funktionell konnektivitet och multivariat mönsteranalys. Under modulen läggs stark fokus på hur metoderna MEG och EEG används inom forskning och inom kliniska och kommersiella applikationer.

Positronemissionstomografi, 1.5 hp


Betygsskala: GU
I PET modulen introduceras studenten till hjärnavbildning med hjälp av nukleär avbildningsteknik Positron Emission Tomography (PET). De grundläggande principerna för radioligander och deras utveckling beskrivs , liksom deras tillämpning i neurovetenskaplig forskning och kliniska tillämpningar. Experimentell design och dataanalystekniker som är lämpliga för olika forskningsfrågor och kliniska tillämpningar behandlas. Områdena sträcker sig från grundforskning för att förstå det centrala nervsystemets fysiologi och patofysiologi av olika sjukdomar till utveckling och utvärdering av nuvarande och nya behandlingsstrategier, och även användningen av PET i en klinisk miljö vid differentialdiagnostik av olika sjukdomar.

Multimodal hjärnavbildning, 1.0 hp


Betygsskala: GU
Multimodal hjärnavbildning är ett kraftfullt sätt att utforska hjärnan, koppla samman hjärnans struktur och funktion, och att förstå mänskligt beteende.

I modulen introduceras studenten till metoder för att kombinera sMRI, fMRI, PET, EEG och MEG data med varandra. De grundläggande mätinstrument som används för multimodal hjärnavbildning diskuteras och gemensamma analysmetoder och olika tillämpningsområden beskrivs, med exempel från kliniska applikationer såsom neurologiska och psykiatriska sjukdomar. I modulen avhandlas avslutningsvis pågående utveckling av multimodala hjärnavbildningsmetoder och analysmetoder, inklusive kombinationer av hjärnavbildningsmetoder och metoder för hjärnstimulering.

Individuellt fördjupningsarbete, 0.5 hp


Betygsskala: GU
I slutet av kursen fördjupar studenten sina kunskaper i ett särskilt ämne av hjärnavbildning inom neurovetenskap med ett individuellt studieprojekt. Studenten väljer ett område att skriva ett kort forskningsförslag (1-2 sidor) om som sedan presentateras i mindre grupper.

Arbetsformer

De arbetsformer som används är självstudier, lärarledda föreläsningar och gruppdiskussioner och ett fördjupningsarbete. Tillfällena är obligatoriska och kräver aktivt deltagande. Kursen genomförs online med stöd av Karolinska Institutets digitala lärplattform. Via lärplattformen har studenten tillgång till olika typer av kursinnehåll, såsom instuderingsmaterial och rekommenderad litteratur, och kan där också interagera med andra studenter inom kursen och med kursens lärare bland annat i gruppdiskussioner.

Examination

Lärandemål examineras dels genom ett skriftligt quiz i samband med respektive kursmoment, aktivt deltagande i de obligatoriska kursträffarna, samt genom ett individuellt fördjupningsarbete. Under kursens senare del presenterar och diskuterar studenten sitt fördjupningsarbete i mindre grupper tillsammans med lärare och andra studenter.

Vart och ett av de sex kursmomenten betygsätts med Godkänt/Underkänt. För godkänt på kursen krävs godkänt på samtliga kursmoment inklusive det individuella fördjupningsarbetet.

Om antal examinationstillfällen
Student som ej är godkänd efter ordinarie examinationstillfälle har rätt att delta vid ytterligare fem examinationstillfällen. Om studenten genomfört sex underkända tentamina/prov ges inte något ytterligare examinationstillfälle. Som examinationstillfälle räknas de gånger studenten deltagit i ett och samma prov. För sent inlämnade examinationsuppgifter beaktas ej. Studenter som inte lämnat in i tid hänvisas till omtentamenstillfället.

Frånvaro från eller ej fullgörande av obligatoriska utbildningsinslag
Examinator bedömer om och i så fall hur frånvaro från obligatoriska utbildningsinslag kan tas igen. Innan studenten deltagit i de obligatoriska utbildningsinslagen eller tagit igen frånvaro i enlighet med examinators anvisningar kan inte studieresultaten slutrapporteras. Frånvaro från ett obligatoriskt utbildningsinslag kan innebära att den studerande inte kan ta igen tillfället förrän nästa gång kursen ges.

Möjlighet till undantag från kursplanens föreskrifter om examination
Om det föreligger särskilda skäl, eller behov av anpassning för student med funktionsnedsättning, får examinator fatta beslut om att frångå kursplanens föreskrifter om examinationsform, antal examinationstillfällen, möjlighet till komplettering eller undantag från obligatoriska utbildningsmoment, m.m. Innehåll och lärandemål samt nivån på förväntade färdigheter, kunskaper och förhållningssätt får inte ändras, tas bort eller sänkas.

Övergångsbestämmelser

Examination kommer att tillhandahållas under ett år efter en eventuell nedläggning av kursen alternativt vid ny kursplan.

Övriga föreskrifter

Undervisningsspråk: engelska
Kursutvärdering kommer att genomföras enligt de riktlinjer som är fastställda för utbildning vid Karolinska Institutet.

Litteraturlista och övriga läromedel

Obligatorisk litteratur

Obligatoriskt litteratur för momenten sMRI, fMRI, EEG/MEG, multimodalt

  • Op de Beeck, Introduction to Human Neuroimaging, Cambridge University Press, 2019 LIBRIS-ID: v544gm5tsk6w0drb, *

Obligatoriskt litteratur för momentet PET

  • Hooker, JM, Human Positron Emission Tomography Neuroimaging, Carson, RE, 2019 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31167104/, Ingår i: Annual review of biomedical engineering, Palo Alto, CA : Annual Reviews Inc., 1999- ISSN: 1545-4274, LIBRIS-ID: 11243398, 4 (2019) : 21, s. 551-581, *

Rekommenderad litteratur

Rekommenderad litteratur för sMRI

  • Neuroimaging in Dementia, Barkhof, Frederik.; Fox, Nick C.; Bastos-Leite, António J.; Scheltens, Philip., 1. : Berlin, Heidelberg : Springer Berlin Heidelberg, 2011 ISBN: 9783642008184, LIBRIS-ID: 12214863, Table of Contents / Abstracts,
  • Brain Mapping: The Systems, Arthur W. Toga, Academic Press, 2000 LIBRIS-ID: 12311334,
  • Hornak, Joseph P., The Basics of MRI, J.P. Hornak., 1996-2020 https://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/,

Rekommenderad litteratur för fMRI

Rekommenderad litteratur för PET

Rekommenderad litteratur för EEG/MEG

  • Baillet, Sylvain, Magnetoencephalography for brain electrophysiology and imaging., 2017 https://www.nature.com/articles/nn.4504, Ingår i: Nature: Neuroscience, London : Nature Publishing Group, 1998- LIBRIS-ID: 9999938, 20 (2017) s. 327339,
  • Supek, Selma., Magnetoencephalography: From Signals to Dynamic Cortical Networks, Aine, Cheryl J., Berlin, Heidelberg : Springer Berlin Heidelberg, 2014 - XXI, 1013 p. 266 illus., 215 illus. in color. ISBN: 9783642330452, LIBRIS-ID: 16951042, Table of Contents / Abstracts,

Rekommenderad litteratur för multimodal hjärnavbildning