Sidan 1

Neurovetenskap

”Våtvaran”

Översikt

• Neuroanatomi

• Hjärnans vävnader och struktur

• Neurofysiologi

• Processer i hjärnan

• Hjärnscanning

• Vilka metoder finns

• Varför det är svårt att tolka resultaten

Mänskligt tänkande

• Kognitiv psykologi studerar mänskligt tänkande

• Vilka teorier är mer sanna, dvs. ger troligare förklaring till exp. data

• Viktigt att veta vilka kognitiva processer som sker i hjärnan

• Forskning om mänskligt tänkande måste beakta

• Kunskap om hjärnans uppbyggnad, och …

• … hur hjärnan arbetar (”beräknar”)

Struktur och funktion hänger ihop

• Hjärnans olika områden synliga som olikfärgade delar i hjärnbarken

• Scanning-tekniker har visat att olika kognitiva funktioner sammanfaller med aktivering av olika hjärnområden

• Men, alltför hård tolkning av data är inte bra…

Antagandet om lokalisering

• Olika kognitiva funktioner utförs i olika delar av hjärnan, men…

• Stora individuella skillnader

• Ju mer vi vet om hjärnan, desto svårare att strikt lokalisera olika funktioner

• Fler än ett område deltar i en kognitiv funktion

• Samma område utnyttjas till flera funktioner

• Redundant bearbetning

• Finns alltid alternativa sätt att implementera en funktion

• Alternativa sätt pågår parallellt i hjärnan

Två sätt att studera hjärnan

Neuroanatomi (uppbyggnad)

• Studera vävnad

• Färgning av hjärnområden

• Färgning för att spåra kopplingar mellan hjärnceller

Neurofysiologi (funktion)

• Studerar levande hjärna

• PET-scan, EEG (ElektroEncefaloGram), etc.

• Encefalon = hjärna på grekiska/latin

Sidan 2

Neuroanatomi

Metoder för att kartlägga hjärnans vävnadsstruktur

Mål

• Hjärnans struktur säger mycket om processerna

• Avgränsning av funktionella enheter

• Var olika funktioner implementeras/utförs

• Vilka strukturer är kopplade till vilka strukturer

• Längs vilka informationskanaler olika processer kommunicerar med varandra

Untangling the brain – Nature (tidskrift) Grov struktur

Vad är framåt och bakåt? Vad är framåt och bakåt?

PET-scan fMRI

Sidan 3

Lober

parietal

occipital

frontal

temporal

prefrontal

System 1 för lokalisering

dorsal

caudal rostral

ventral

medial

lateral

lateral

System 2 för lokalisering

superior

posterior anterior

inferior

medial

lateral

lateral Hur kan man veta var de olika hjärnområdena är?

Olika färg, olika vävnadsstruktur

Hjärnan veckad för att få stor yta per volymenhet

Tvärsnitt: olika skikt

1

2

3

4

5

6

Skikt

Sidan 4

Tvärsnitt

• Horisontella kopplingar till andra områden

• Vertikal kommunikation mellan skikten, dvs. inom hjärnområdet

Hjärnan

• Består av 106-1012 neuroner (svårt att uppskatta)

• 103 neuroner kan kopplas till 103 neuroner

• Alla neuroner utvecklade hos nyfödda

• Kopplingar och myelinisering utvecklas senare

Tvärsnitt: olika skikt

1: axonknippe

2: mellanlager

3: mellanlager

4: input

5: output

6: output

Hjärnbarken

• Uppdelad i

• Områden

• Skikt

• Man kan även se uppdelning ovanifrån

• Ränder och fläckar

• Olika celltyper

• Selektiv kommunikation mellan dessa

• Ex. olika typer av synceller till olika skikt

Receptorer ganglionceller

näthinnan

nerver bakom näthinnan

Sidan 5

Bearbetning av synintryck

• Integrering av signal från närliggande celler ger enkla särdrag, t.ex. linjer

Ganglion cells

uppfattar enkla

särdrag

Hierarkiskt nätverk

• Hierarki av neuroner med allt större upptagningsområde

(’receptive field’)

Synnerver V1: Högra/vänstra ögat

Hyperkolumner i V1

V1

Sidan 6

Starkt förenklad bild

Visuell input

Motorisk reaktion

Betydelse, språk

Lite närmare verkligheten

Övergripande arkitektur

Planering, logiskt tänkande

Motorik

Position orientering

”var”

Objekt- egenskaper

”vad”

Neurofysiologi

Metoder för att få inblick i pågående processer

Scan-metoder

• EEG: ElektroEncefaloGrafi

• Elektrisk aktivitet via huvudsvålen

CAT/CT: Computerized Axial Tomography

• Roterande strålningskälla

• Scanner på motsatta sidan

• Dålig tidsupplösning!

Sidan 7

PET-scan

• PET: Positron Emission Tomography

• rCBF: regional Cerebral Blood Flow

• Injicering av spårämnen i blodet

• Starkare blodflöde där stor aktivitet

• Spårämnet ansamlas där högre hjärnaktivitet

PET-scan: Exempel

fMRI

• fMRI: Functional Magnetic Resonance

Imaging

• Elektromagnetisk resonans hos atomer

• Spårar vatten, dvs. blodflöde i hjärnan

• Högre upplösning än

PET

Inneboende problem

Metodologiskt problem

• Avspeglar aktivering av ett område extra beräkning p.g.a. uppgiften eller är det normal hjärnaktivitet vi ser?

• Vi måste ha en bas för jämförelse

• Variant 1: Be Fp ”inte tänka på någonting”

• Men, hjärnan aldrig ”avstängd”; dagdrömmar, etc.

• Variant 2: Mät D uppg A - uppg B

• Inte säkert att beräkning av uppgifterna skiljer sig åt på det sätt vi tror

• Ex. Fp kanske använder olika strategier för A och B

Positiv eller negativ aktivering?

• Vad innebär förhöjd aktivering i ett område?

• Excitatoriska (positiva) eller inhibitoriska (negativt kopplade) processer

igång?

• Inhibitoriska celler invävda i annars excitatoriska områden (ca. 15% av cellerna är inhibitoriska)

• Svårt att veta vad som egentligen pågår

Sidan 8

Riktning av kommunikation?

• Vad orsakar vad? Vilket område aktiverades först?

• Vilket beräkningssteg kommer först?

• Hjärnscan ger inget svar på detta, för dålig tidsupplösning

• EEG har bra tidsupplösning, men dålig rumslig upplösning

Blodflöde bra mått?

• Avspeglar neural aktivitet hur mycket beräkning som pågår?

• T.ex. vana schackspelare har mindre hjärnaktivitet än amatörspelare

• Mer effektiv beräkning aktivering av färre cellgrupper mindre

blodflöde

Tolkning av observerade processer

• Vilken funktion fyller aktivering av ett hjärnområde?

• Jfr. tolka en datorarkitektur utan att kunna prata med konstruktören…

• Kognitiv neurovetenskap

• Sammanför

• Psykologiskt beteende, psykologiska experiment

• Neural struktur (arkitektur), neurovetenskap

• Funktion (beräkning), genom t.ex. modellering