kognitivna nevroznanost
TRANSCRIPT
Michael Gazzaniga: Kognitivna nevroznanost (konec 70’)
Struktura človeškega živčnega sistema
100 bilionov nevronov, največ v novi možganski skorji
Hitrost prenosa informacij po mielinski ovojnici: 120m/sec.
Siva snov – telo + jedro Bela snov – mielinska ovijnica (aksoni) Razmerje: 4:6
Nevrotransmiterji kot kemijski prenašalci informacij med nevroni
Sinaptične povezave = učenje na nevrološki ravni
LeDoux – Synaptic Self (2002)
Prevodnost nevronov je posledica uravnavanja in iskanje statičnega ekvilibriuma (razlika med količino ionov znotraj nevronov in izven njih).
Komunikacija med nevroni je elektro-kemična.
Saltatorno prevajanje preko mielinske ovojnice
Endogena geneza nevrotransmiterja v predsinaptičnem nevronu
Ekscitatorni (glutamat) Inhibitorni (GABA) živčni prenašalci
Heterogene biokemične snovi za prenos informacij
R A Z V R S T I T E V G L E D E N A K E M I Č N O S T R U K T U R O : Monoamidi Sinteza amino kisline in encima Aminokisline Aminokisline brez sinteze Nevropeptidi Peptidne verige aminokislin
TAKSONOMIJA NEVROTRANSMITERJEV
Monoamidi
Acetilholin
Adrenalin Noradrenalin
Dopamin Serotonin
oktopamin
Aminokisline
Glutamat Glicin GABA
Nevropeptidi
Endorfini enkefalini
Acetilholin – prvi identificiran živčni prenašalec in ključno vpleten v nastanek in razvoj Alzheimerjeve bolezni.
Monoamina, sintetizirana
iz holina Acetilholin
Ekscitatorno v možganih in skeletnem mišičevju, inhibitorno drugje (npr.
srčna mišica)
Visoke kocentracije v hipokampusu
(SPOMIN)
PREGLED POMEMBNEJŠIH NEVROTRANSMITERJEV: OPIS, FUNKCIJA & PRIMER
Ustrezno ravnovesje dopamina v možganih je med Parkinsonovo boleznijo in paranoidno shizofrenijo
Monoamina, sintetizirana iz tirozina
Dopamin
Vpliva na gibanje,
pozornost in učenje.
Večinoma inhibitorni
?
PREGLED POMEMBNEJŠIH NEVROTRANSMITERJEV: OPIS, FUNKCIJA & PRIMER
Parkinsonova bolezen
(primanjkljaj dopamina) in paranoidna shizofrenija (presežek dopamina)
Fight or flight or freeze response – Walther Bradford Cannon. Negativni vidik – kronični stres
Živčni prenašalec in hormon, ki ga
izloča nadledvična
žleza
Epinefrin (adrenalin)
in norepinefrin
Regulacija budnosti
Ključen pri procesih
povezanih s strahom in jezo. Vpleten v „fight
or flight“ procese
PREGLED POMEMBNEJŠIH NEVROTRANSMITERJEV: OPIS, FUNKCIJA & PRIMER
Serotonin – hormon sreče Veliko ogljikovih hidratov, malo maščob, veliko čokolade
Monoamima, sintetizirana iz triptofana
in tkivni hormon
Serotonin
Vzburjenje, spanje, sanje
in razpoloženje
Inhibira sanje, neravnovesje serotonina se
povezuje z depresijo
PREGLED POMEMBNEJŠIH NEVROTRANSMITERJEV: OPIS, FUNKCIJA & PRIMER
Vpleten v inhibicijo predsinaptičnega dogajanja v aksonu nevrona.
Aminokislinski nevrotransmiter GABA
Pomemben inhibitorni
živčni prenašalec
Vpliva na procese
učenja in pomnenja
PREGLED POMEMBNEJŠIH NEVROTRANSMITERJEV: OPIS, FUNKCIJA & PRIMER
Endorfini kot endogeni opiati, ki delujejo kot analgetiki. Iz grščine: An – brez Algos - bolečine
Peptidne verige v funkciji
nevrotransmiterjev
Nevropeptidi
Ključni
nevrotransmiterji v posinaptični fazi
prenosa informacij
Endorfini igrajo
pomembno vlogo pri
doživljanju bolečine
PREGLED POMEMBNEJŠIH NEVROTRANSMITERJEV: OPIS, FUNKCIJA & PRIMER
KAJ? Kokain se veže na receptorje, zadolžene za absorbcijo dopamina. Posledica so presežne vrednosti dopamina v sinaptičnem mednevronskem prostoru, kar subjektivno doživljamo kot občutek ugodja.
Animirane prezentacije
Posmr tne š tudi je Iskanje korelacije med poškodbami možganskega tkiva in specifičnega netipičnega vedenja
POSMRTNA ŠTUDIJA 1: PHINEAS GAGE (1823 – 1860)
KDO? Ameriški graditelj železnic iz 19. stoletja, ki je leta 1848 doživel nesrečo z vlakom.
KAJ? Železna palica prebije levo očesno jamico in uniči večino možganskega tkiva v levem delo čelnega dela nove možganske skorje.
ZAKAJ? Prvi primer, ki je nakazoval očitno povezavo med deli nove možganske skorje in vedenjem.
POSMRTNA ŠTUDIJA 2: TAN
KDO? Tan, znani pacient Paula Broca (1824 – 1880), ki je imel težave s produkcijo govora
ZAKAJ TAN? Edini zlog, ki ga je pacient lahko izgovoril. Broca je postavil hipotezo o povezavi med možganskimi lezijami in produkcijo govora.
VPLIV Broca je odprl prostor za raziskovanje predelov nove možganske skorje, ki so odgovorni za produkcijo govora.
DANES Področje, ki ga je raziskoval Broca je danes znano pod imenom „Brodmanovo področje 45“.
RAZISKAVE NA ŽIVALIH IN KOGNITIVNA NEVROZNANOST
ZAKAJ? Omejenost posmrtnih študiji zaradi statične narave; zanimanje za fiziološke procesa v času življenja
KAKO Merjenje aktivnosti posameznega nevrona s pomočjo mikro-elektrode.
POMANJKLJIVOSTI Izjemno invazivna tehnika raziskovanja aktivnosti možganov. Nevarna za človeka.
Raziskovanje se izvaja večinoma na višjih primatih (opice) ali mačkah.
KAJ? Možgani so neprestano električno aktivni. Aktivnost se manifestira v obliki različnih valov, ki so različno intenzivni.
KAKO? Elektroencefalogram je snemalna naprava za spremljanje možganskih valov in njihove intenzitete.
EEG
KAJ? Raziskovanje razmerja med konkretnimi dražljaji ali doživljanji in električno aktivnostjo možganov.
KAKO? Več poskusov (npr. 100) beleženja sprememb električne aktivnosti možganov na točno določen in naprej definiran dražljaj (npr. meditacija).
ERP
PRIMER ŠTUDIJ Z ERP
INTELIGENČNI KVOCIENT Carly (1994) je raziskoval korelacijo med inteligenčnim kvocientom in „z dogodki povezanim potencialom“
PROCESIRANJE GOVORA Zaradi vrhunske časovne resolucije se je precej raziskovalo, kdaj se „zgodi“ jezik.
RAZUMEVANJE JEZIKA Kuperberg (2006) je raziskoval časovno razsežnost razumevanja jezika, ki ga povezujemo s Wernicke centrom v možganih.
BIOLOŠKE ZASNOVE PREDSODKOV Ito in sodelavci (2008) so s pomočjo ERP tehnologije raziskovali tezo, ali je predsodek biološko pogojen.
Rentgen
CT
Angiogram
Magnetna resonanca
Statična Metabolične tehnike
fMRI
Pet
TMS
MEG
MAGNETNA RESONANCA
Primer študije: Opazovanje razširjenega dela področja za koordinacijo okončin v desnem delu možganske poloble pri violinistih (Sternberg, 2009)
OPAZOVANJE METABOLIZMA V MOŽGANIH
KAJ? Opazovanje porabe glukoze (sladkorja) in kisika v aktivnih predelih možganskega tkiva.
OSNOVNA PREDPOSTAVKA: Bolj aktivni predeli možganov porabljajo več kisika in glukoze kot neaktivni ali manj aktivni predeli možganov.
KAKO? Subtrakcijska metoda in statistična analiza podatkov.
Stroopov učinek
PRIMER
OMEJITEV Ne dikriminira med ekscitatornimi in inhibitornimi nevrotransmiterskimi procesi!!!
REZULTAT IZ PET ŠTUDIJ: Med vizualnim dražljajem se krvni obtok poveča v zatilnem ali okcipitalnem delu nove možganske skorje. Primerjava posameznikov z nižjim in višjim inteligenčnim kvocientom – kakšne so razlike v krvnem obtoku v možganih?
Slaba temporalna resolucija
FUNKCIONALNA MAGNETNA RESONANCA
KAJ? Kombinacija MR in PET. Rekonstrukcija 3D slik aktivnih možganov na podlagi porabe kisika znotraj magnetnega polja.
KAKO? Možnost izvedbe konkretne (kognitivne) naloge in opazovanje aktivnosti možganov „v živo“.
PRIMERI RAZISKAV Engel (1994) zaznava Cohen (1994) pozornost Gaillard (2003) jezik Gabrieli (1996) spomin Lateralni del nove možganske skorje je zadolžen za delovni spomin!
fMRI je kraljica sodobnih biotehnologij v kognitivni nevroznanosti
Improvizacija in možgani
INTELIGENČNI KVOCIENT V MEDIJIH
O B J A V A 1 3 . A V G U S T 2 0 1 1 O B J A V A 2 0 . O K T O B E R 2 0 1 1
RAZVOJ MOŽGANOV V PREDNATALNI DOBI
Nevronski razvoj: Razvoj iz matičnih celic. Diferenciacija in migracija nevronov v prednatalni dobi.
Nevronski razvoj: Regionalnizacija nevronov se dogaja že po 4 tednih.
Nepravilnosti v migracijskih procesih nevronov - avtizem
STRUKTURA IN FUNKCIJA MOŽGANOV
Bazalni gangliji Motorične funkcije Vpliv Parkinsonova bolezen Huntingtonova bolezen.
Limbični sistem Amigdala, septum, hipokampus Vpliv Vegetativni procesi, čustvovanje, učenje in spomin.
Poškodba amigdale: odsotnost strahu Osebe z avtizmom: Manjša aktivnost amigdale
Hipokampus Formacija spomina
Vpliv: Korsakkov sindrom Prostorska razmerja med objekti
Talamus (sizofrenija) Združuje senzorne informacije in deli v grozde nevronov s podobno funkcijo.
Hipotalamus Bazični procesi (prehrajevanje, parjenje, spanje). Regulira stres Vpliv Narkolepsija
HEMISFERIČNA DELITEV NOVE MOŽGANSKE SKORJE
Marc Dax (1836) Zdravljenje pacientov z afazijo (motnje v jezikovni dejavnosti)
Načelo kontralateralnosti Dražljaji iz leve polovice telesa se prenašajo v nasprotno (desno) polovico telesa.
Ipsolateralnost pri zaznavanju vonja in 50% ipsolateralnost pri vidu.
Corpus calosum – interhemisferična komunikacija
Broca & Wernicke Leva hemisfera ključna za produkcijo in razumevanje govora.
SPLIT BRAIN PACIENTI
Roger Sperry (1964): Experimentiranje s corpus calosum pri mačkah (nobelov nagrajenec)
Gazzaniga: Kritika Sperry-ja. Hemisferi sta sicer funkcionalno ločeni, vendar vedno delujeta zaporedno.
RAZDELITEV NOVE MOŽGANSKE SKORJE
Čelni reženj Reševanje problemov, abstraktno mišljenje, višje spoznavne funkcije in integracija podatkov.
Zatilni reženj Procesiranje vizualnih zaznav (zelo natančna diferenciacija nove možganske skorje)
Temenski reženj Somatosenzorno zaznavanje, zbiranje informacij iz čutil, pozornost in zavest.
Sečni reženj Razumevanje slušnih dražljajev in govora, ključen za vizualni spomin.
Možganska kap Možganski tumor Poškodbe glave