Funkcje kognitywne FUNKCJE KOGNITYWNE TO: PAMIĘĆ, JĘZYK, POSTRZEGANIE ŚWIADOMOŚĆ. Problem psychofizyczny czyli jak się ma mózg do umysłu?

Transkrypt

1 Funkcje kognitywne FUNKCJE KOGNITYWNE TO: PAMIĘĆ, JĘZYK, POSTRZEGANIE ŚWIADOMOŚĆ Problem psychofizyczny czyli jak się ma mózg do umysłu?

2 Zagadnienia wykładu Pamięć Kora asocjacyjna Język Świadomość

3 Pamięć

4 NEUROBIOLOGICZNE PODSTAWY PAMIĘCI Plastyczność synaptyczna uważana jest za hardware neuronalnych banków pamięci. Rola LTP i LTD (różne realizacje LTP i LTD w różnych układach neuronalnych np. móżdżek i hipokamp) Istotne dla LTP i LTD (ale nie zawsze te same dla poszczególnych realizacji) są: rola AMPA-R, NMDA-R rola Ca 2+ rola kinaz (zwł CaMKII) i fosfataz rola indukcji czynników transkrypcyjnych (CREB)

5 Synapsy na dendrytach Symulacja sieci autoasocjacyjnej modelu pamięci rozpoznającej z cechami LTP Kolaterale aksonów neuronów z,y,x,w,v,u Pierwsza ekspozycja

6 Symulacja sieci autoasocjacyjnej modelu pamięci rozpoznającej z cechami LTP Po nauce Po nauce (symulacja LTP) OUTPUT jest wzmocniony ale wzorzec czarnobiały identyczny jak w INPUT INPUT OUTPUT

7 Po nauce lecz INPUT nieco zmieniony Gdy INPUT zamiast jest OUTPUT zamiast będzie Inne wartości ale ogólny wzorzec ten sam!

8 Cohen i Squire w 1980 : Pamięć proceduralna Pamięć deklaratywna Daniel Schacter : pamięć typu: implicit (p.proceduralna) explicit (p.deklaratywna)

9 30.1 The major qualitative categories of human memory. Pamięć epizodyczna Wiedza semantyczna (motor skills) pamięć proceduralna (associations classical conditioning) mięśnie-móżdżek, odpowiedzi emocjonalne

10 Kategorie jakościowe pamięci Pamięć deklaratywna explicit ( mieści się -jest krytycznie związana z przyśrodkowym obszarem płata skroniowego oraz centralnymi obszarami międzymózgowia (diencencephalon) Zdarzenia (tzw. pamięć epizodyczna) Słowa i ich znaczenie (tzw. pamięć semantyczna) historia Pamięć nie-deklaratywna implicit (raczej niezależna od pł skroniowych (cz. Przyśrodkowej) Zręczności ruchowe Asocjacje (kojarzenia) Priming cues Puzzle-solving skills

11 Kategorie czasowe pamięci (William James k.xix) Pamięć krótkotrwała (STM, świeża ): ograniczona pojemność, utrzymuje się przez krótki czas, ulega osłabieniu przez nowe zdarzenia, zaburzana przez anestetyki i oziębienie mózgu ale nie jest zaburzona w amnezji, często utożsamiana z tzw. pamięcią roboczą (working m.) Pamięć długotrwała (LTM, odległa): zachowuje engramy doznań przez bardzo długi czas. Jest uszkodzona w wyniku amnezji ale odporna na anestetyki Relacje STM i LTM nie są jasne dwie możliwości: 1: LTM jest wynikiem tzw. Konsolidacji STM, 2: LTM jest wynikiem selekcji STM)

12 Pamięć natychmiastowa immediate memory: (ułamki sekund-sekundy) śledzenie rzeczywistości on-line Bardzo duża pojemność Prawdopodobnie osobne rejestry dla różnych typów doznań (wzrokowe, słuchowe, dotykowe, itd.) Pamięć robocza - working memory: (sekundyminuty) (pojęcie to nie jest równoznaczne z pamięcią krótkotrwałą ) Ujawnia się np. w przebiegu poszukiwania klucza (np.pamiętanie co już zostało przeszukane) ograniczona pojemność Powtórzyć serię liczb (standard 7-9 liczb)

13

14 Jak tłumaczyć pamięć trwającą lata jeśli istnieje stała wymiana białek? Trwała konsolidacja pamięci musi oznaczać trwałą przebudowę układów synaptycznych z tworzeniem nowych synaps, nowych kolców synaptycznych a zatem konieczna jest synteza nowych białek Badania np. u Aplysia z blokowaniem syntezy białek potwierdziły zachowanie tworzenia odruchów warunkowych ale uniemożliwiało wytworzenie pamięci długotrwałej U Aplysia stwierdzono pomnożenie synaps wraz z wytwarzaniem pamięci długotrwałej i zanikanie ich wraz z osłabieniem pamięci

15 Pamięć robocza (working memory, pamięć bezpośrednia ) różne obszary kory - Realizowana przez korę bez udziału innych struktur mózgu. - świadoma reprezentacja poszczególnych składników bieżącego doświadczenia. - krótkotrwała (często utożsamia się pamięć roboczą z STM czyli z pamięcią krótkotrwałą, ale w tej pamięci są również elementy LTM). - pozwala na równoczesne rejestrowanie i przetwarzanie informacji czuciowej, pamięci STM oraz stałego dostępu do LTM. Przykład: prowadzenie pojazdu. input czuciowy aktualnie obowiązujące (w danym odc.drogi) znaki drogowe cel podróży (LTM)

16 Trenowanie working memory Zapamiętywanie informacji bez znaczenia jest ograniczone (7-9 liczb np. tzw digit span, który bywa różny wzrokowo i słuchowo ) ale może być znacznie wzmocnione po treningu (nawet do 80 cyfr) poprzez tworzenie asocjacji (nadawanie znaczeń) Znawca np. szachów znacznie więcej pozycji figur zapamiętuje niż profan gdy dotyczy konkretnego realnego ustawienia z określonej gry a nie przypadkowego bezsensownego Przykłady mnemonistów ( pi do miejsc) Alexander Aitken, Arturo Toscanini Ogromne możliwości zapamiętywania czegokolwiek jeśli jest motywacja i zainteresowanie dyscypliną wiedzy, sportu etc

17 Zespół savanta ( Idiot savant ): osoba z uszkodzeniem mózgu i głębokim ogólnym upośledzenie lecz z niezwykłymi szczególnymi zdolnościami (szczególnie językowymi). ( Rain Man z Dustinem Hoffmanem)

18 Amnezja retrograde (wsteczna) i anterograde (następcza) Przejściowa całkowita amnezja (transient global amnesia) Przyczyny amnezji: Zamknięcie obu tętnic tylnych mózgu (brak ukrwienia przyśrodkowej części pł. Skroniowch, zwł. hipokampa) Guzy obszaru środkowego (zniszczenie obustronne części przyśrodkowej wzgórza) Uraz, chirurgiczne wycięcie obustronne przyśrodkowego pł skroniowego (chory H.M.) Infekcje (HSV-encephalitis) j.w. Niedobór Vit. B 1 (zespół Korsakoff a) (uszkodzenie c.suteczkowatych i przyśrodkowego wzgórza) Leczenie elektrowstrząsami (miejsce uszkodzenia niejasne) Nieznana neurotoksyna Pfiesteria piscicida (pierwotniaki należ. Dinoflagellate z atlantyckiego wybrzeża USA) niekiedy ciężka, ale przejściowa amnezja

19 Po operacji: - (IQ 112, poprzednio IQ 104) prawidłowa percepcja i myślenie abstrakcyjne - Znaczne upośledzenie zapamiętywania zdarzeń, miejsc i osób dłużej niż trwa pamięć krótkotrwała - (amnezja następcza anterograde przy zachowanej zdolności krótkotrwałego zapamiętywania). - częściowa amnezja wsteczna (retrograde) dotyczącą 3 lat przed operacją zachowując prawidłową pamięć dzieciństwa. - Nie miał zaburzeń osobowości ani ogólnej inteligencji. historia pacjenta H.M. lat 27, Chory na lekooporną padaczkę od dziecka (w wieku 9 lat potrącony przez rower i przez 5 min. nieprzytomny) został operowany w 1953 r. Wycięto obustronnie przyśrodkową część płatów skroniowych na długości ok. 5-8cm (włącznie z c.migdałowatym i 2/3 przednimi hipokampa).

20 NMR pacjenta H.M. z r (po lewej): Obustronny brak kory śródwęchowej (entorhinal) i większości przywęchowej (perirhinal), c.migdałowatych i połowy hipokampa Słowa H.M.: every day is alone whatever enjoyment I ve had and whatever sorrow I ve had

21 Hipokamp jest odpowiedzialny za bardzo szybkie lub nawet natychmiastowe kodowanie zdarzeń i tworzenie reprezentacji epizodycznych. Ale to nie hipokamp jest trwałym miejscem deponowania reprezentacji epizodów ale kora, ponieważ uszkodzenie hipokampa nie niszczy pamięci epizodów dawnych.

22 Tzw. place cells ( komórki miejsca )(w hipokampie) Hipokamp (przynajmniej u szczurów) - miejscem tworzenia map przestrzennych (map poznawczych) aktualizowanych ciągle pod wpływem uczenia się ( epizodycznego ) Badania Maguire i wsp 2000: tylna część hipokampa jest większa u londyńskich taksówkarzy i wzrasta proporcjonalnie do czasu pracy w miesiącach W czasie myślowej nawigacji wzdłuż określonej ale wirtualnej trasy w wirtualnym miescie aktywne są prawy hipokamp i lewe jądro ogoniaste. (badania Maguire i wsp 1998)

23 Inne przykłady zaburzenia pamięci następczej Przypadek N.A (uraz głowy w 1960): uszkodzenie wzgórza i c.suteczkowatych przez miniaturową szpadę wsadzoną do nosa przez kolegę na służbie wojskowej (żyje). Zachowana pamięć sprzed urazu. Przypadek R.B. (zatrzymanie krążenia w czasie operacji serca; zniszczenie obustronne CA1 sektorów hipokampa z zachowaniem innych struktur wykazane w autopsji kilka lat po operacji)

24 Skąd wiadomo, że kora mózgu jest odpowiedzialna za deklaratywną pamięć długotrwałą Leczenie elektrowstrząsami powoduje amnezję wsteczną (od kilku dni nawet do lat) i następczą (pomysł na takie leczenie depresji : zauważono, że spontaniczne ataki padaczki poprawiają stan u chorych z depresją). Kora mózgu jest strukturą w tej metodzie głównie uszkadzaną (najprawdopodobniej w mechanizmie ekscytotoksycznym) stąd wniosek, że długotrwała pamięć jest realizowana w korze mózgu. Potwierdzono to u szczurów w testach z labiryntem wodnym. Zniszczenie obszaru górnego płata skroniowego powoduje utratę rozumienia słów (afazja). (Kora asocjacyjna odpowiedzialna za łączenie określonych dźwięków ze znaczeniem leksykalnym) Badania fmri (BOLD) pokazują, że istnieją określone obszary kory aktywowane (obrazem oraz wizualizacją tego samgo obrazu) tymi samymi klasami obiektów (np.. Krzesła, twarze, domy) następny slajd

25 30.9 Reactivation of visual cortex during vivid remembering of visual view images.

26 Pamięć deklaratywna Pamięć deklaratywna ( explicit ) - zachowywanie i świadome przypominanie faktów i wydarzeń - wyciąganie uogólnień oraz implikacji (inferrences) z zapamiętanych faktów - pamięć (wiedza) semantyczna Pamięć deklaratywna związana z hipokampem jest (badania na zwierzętach) szybko nabywana i napędzana raczej ciekawością a nie systemem kara-nagroda i dotyczy głównie przestrzennego poznawania (spatial cognition).

27 Pamięć deklaratywna Struktury odpowiedzialne za p.deklaratywną: pola asocjacyjne neocortex, oraz dla p. epizodycznej - kora przedczołowa, dla p. semantycznej - zwł. przedni lewy płat skroniowy, korowe obszary sąsiadujące z hipokampem i hipokamp.

28 Wiedza semantyczna: Pamięć deklaratywna Zorganizowany zasób informacji niezależny od epizodycznych zdarzeń (episodic representations), które tworzyły ten zasób. Prawdopodobnie engramy pamięci dotyczące podobnych pojęć mają osobne lokalizacje Zhierarchizowane obszary mózgu odrębne dla poszczególnych kategorii pojęć Podobnie zhierarchizowana jest nasza wiedza semantyczna.

29 Pamięć deklaratywna ( explicit ) - test dla małp naczelnych Visual paired comparison task: Zwierzętom prezentuje się dwa jednakowe obrazki. Zapamiętanie ocenia się na podstawie czasu fiksacji wzroku na zmienionym obrazku (zmiana obrazu następuje po różnym okresie czasu)

30 Pamięć deklaratywna ( explicit ) - test dla małp naczelnych Delayed non-matchingto-sample task dobieranie nie według wzoru : Zwierzę ma po różnym czasie (w tym czasie nie widzi żadnych innych obiektów) rozpoznać nowy obiekt (kulę).

31 Pamięć deklaratywna ( explicit ) u gryzoni The Morris water maze test (labirynt wodny Morrisa): basenik śr 1,3 m Szczury z uszkodzonym hipokampem mają słabe wyniki testu, Podanie kolchicyny niszcząc część hipokampa po 12 tygodniach od zakończenia testów (uczenia) nie wywoływało różnic w porównaniu z kontrolą. (wcześniejsze podawanie kolchicyny niszczyło pamięć).

32 Pamięć deklaratywna ( explicit ) u gryzoni (ale czy na pewno?) Test of transitive inference: badanie zdolności wnioskowania cechy przechodniości tzn. Jeśli A>B i B>C to A>C (u dzieci wykształca się do 7 roku życia Piaget) Test polega na wykoncypowaniu, że w sekwencji par A-E w parze B,D preferowany jest zapach B (transitive inference). UWAGA!: w innych układach zarówno zapach B jak i zapach D może być i nie być nagradzany! Szczury z uszkodzeniem hipokampa - uczą się prawidłowego wyboru w poszczególnych parach - nie potrafią kojarzyć (dostrzegać) przechodniości

33 Pamięć niedeklaratywna

34 Pamięć proceduralna ( implicit ) relacja do pamięci niedeklaratywnej Pamięć proceduralna jest realizowana przez dwa anatomicznie i funkcjonalnie różne układy. Jeden z głównym ośrodkiem w NEOSTRIATUM nabywanie stereotypowych zręczności Drugi, którego głównym centrum jest MÓŻDŻEK korekcja i kompensacja zwłaszcza zmiennych warunków obciążenia ruchu oporem lub grawitacją

35 Pamięć proceduralna: podukład neostriatalny Nabywanie zwyczajów i zręczności, różnych stereotypowych nieświadomych zachowań Układ neostriatun prawie nie ma bezpośrednich połączeń z pniem i rdzeniem dlatego nie ma bezpośredniego wpływu na czynności motoryczne (tylko za pośrednictwem kory)

36 Pamięć emocjonalna: ciało migdałowate Asocjacja określonych bodźców ze szczególnymi pozytywnymi lub negatywnymi afektami oraz z reakcją m.in. układu autonomicznego Szczególnie istotne jest jądro podstawno-boczne ciała migdałowatego w modulacji procesów pamięciowych. Ciało migdałowate - moduluje zakres konsolidacji tworzącej się pamięci. - Zdarzenia uznawane za ważne powodują pobudzenie całego układu nerwowego co wspomaga konsolidację pamięci (tworzenie trwałych jej engramów ). - Wzbudzenie mediowane przez c.migdałowate polega na aktywacji osi podwzgórze-przysadka-nadnercza - wzmaga się wydzielanie katecholamin.

37 Rola stresu! Stymulacja c. Migdałowatego stymuluje (lub hamuje ) zapamiętywanie i jest uzależnione od sprawnych nadnerczy! Podawanie noradrenaliny i adrenaliny po wstępnym etapie uczenia się poprawia przypominanie nabytych wiadomości. (tylko pośrednie dawki działają pozytywnie) Katecholaminy prawdopodobnie działają obwodowo poprzez interakcję z receptorami unerwianymi przez n.x i następnie aktywacje j.pasma samotnego.(nie przechodzą do mózgu) Z jądra pasma samotnego drogi projekcyjne pobudzają j.miejsca sinawego (adrenergiczne), które z kolei ma połączenia z c.migdałowatym i hipokampem i w ten sposób może dochodzić do oddziaływania na procesy pamięci. Elektryczna stymulacja n.x ma podobne działanie jak podawania katecholamin.

38 Pamięć emocjonalna Glukokortykoidy mogą bezpośrednio aktywować (przechodzą do mózgu) swoje receptory w hipokampie i c.migdałowatym. Tylko małe dawki glukokortykoidów wspomagają pamięć! ACTH oraz -endorfina (opioid) hamuja procesy uczenia się. Nalokson (antagonista receptora opiatowego) wspomaga procesy pamięci. Antagoniści Ach (rec muskarynowych) zaburzają proces uczenia a inhibitory esterazy Ach poprawiaja go.

39 Pamięć emocjonalna: ciało migdałowate Przecięcie blaszki krańcowej (odprowadzającej włókna z c.migdałowatego) blokuje wpływ różnych substancji (takich jak substancje działające przez receptory GABA, opioidowe, adrenergiczne) na procesy pamięci. M.in. Charakterystyczne jest zniesienie działania różnych substancji na procesy pamięci poprzez podanie propranololu (przypuszczalnie modulacja adrenergiczna gra główna rolę w tych procesach). Uszkodzenie c.migdałowatego lub stria terminalis blokuje zarówno poprawiające jak i hamujące działania wielu leków i hormonów.

40 ciało migdałowaterolę w emocjonalnej modulacji procesów pamięciowych Wspomnienia wydarzeń o silnym ładunku emocjonalnym są żywsze i dłużej trwające oraz dokładniejsze niż wspomnienia emocjonalnie obojętne. Emocjonalnie silne wydarzenie powoduje aktywację układu sympatycznego i osi podwzgórzeprzysadka-nadnercza Celem jest nie tylko aktywacja neuro-metaboliczna ale wzmożenie procesów pamięci (dzięki temu osobnik lepiej uczy się postępowania w sytuacji stresowej (zagrożenia etc)

41 Pamięć perceptualna priming -Rodzaj pamięci realizowany bez udziału świadomości, -Typowy przykład: nabycie zdolności do identyfikacji całej sekwencji obiektów (np.słów) na podstawie jej początkowej części. - Jest zachowana u chorych z amnezją (czyli brakiem pamięci deklaratywnej) - Badania fmri wykazały OBNIŻENIE AKTYWNOŚCI KORY w zadaniach testujących priming (w przeciwieństwie do pamięci deklaratywnej)!

42 Pamięć filogenetyczna (wrodzona): Przykład ptaków których pisklęta reagują na kształt rzeczywistego jak i udawanego drapieżnika Phylogenetic Memory

43 Rola obszarów asocjacyjnych kory mózgowej Input - wejście : Pierwotna i wtórna kora czuciowa; Wzgórze; Pień mózgu Kora asocjacyjna Output- wyjście = behawior cognition

44 Obszary asocjacyjne kory Korbinian Brodmann ( ) w r wyróżnił 52 architektoniczne obszary kory mózgu

45 Główne połączenia kory asocjacyjnej wejściowe Korowo-korowe tożstronne i przeciwstronne Wzgórze C. migdałowate Hipokamp Pień mózgu (ośrodki modulacyjne) wyjściowe Do pozostałych obszarów kory (tak jak te wejściowe ) Wzgórze C. migdałowate Prążkowie (j.ogoniaste i skorupa) Pień mózgu Rdzeń kręgowy

46 Połączenia kory asocjacyjnej

47 Główne specjalizacje kory asocjacyjnej Kora ciemieniowa uwaga Kora skroniowa rozpoznawanie znaczenia i natury bodźców Kora czołowa - planowanie odpowiedzi behawioralnych

48 Główne specjalizacje kory asocjacyjnej Kora ciemieniowa: uwaga Garść uwag o Uwadze Uwaga - selektywne przetwarzanie wybranego źródła informacji (w tym z wnętrza ciała) Uwaga to nie to samo co świadomość ale Większość badań dotyczy wzroku Uwaga (zwrócenie uwagi na coś) powoduje: Wzmocnienie wykrywania bodźców Przyspieszone czasy reakcji Poduszka wzgórza (pulvinar) kandydatem na kierowniczą rolę, ale aktywizacja dotyczy różnych obszarów kory Uszkodzenie pulvinar spowalnia reakcje na bodźce wzrokowe ze strony przeciwnej Zwrotne połączenia z korowymi ośrodkami wzrokowymi

49 Główne specjalizacje kory asocjacyjnej Kora ciemieniowa: uwaga Contralateral neglect syndrome po uszkodzeniu prawej kory ciemieniowej: - deficyt postrzegania (uwagi) dotyczącego lewej strony świata. (pierwszy opis dr W.R.Brain 1941 w: Brain). Uwaga! niedobór postrzegania dotyczy lewej części każdego obiektu. Prawa półkula obsługuje obie strony rzeczywistości wewnętrznej (ciało) i zewnętrznej (otoczenie) lewa półkula tylko prawą stronę. Po uszkodzeniu lewej półkuli jest tylko minimalny deficyt po stronie prawej.

50 Główne specjalizacje kory asocjacyjnej Kora ciemieniowa: uwaga Zespół Balint a: obustronne uszkodzenie kory ciemieniowej grzbietowo i przyśrodkowo od zespołu neglect (pogranicze ciemieniowo-potyliczne) Objawy: Simultanagnosia (niemożność postrzegania jednoczesnego więcej niż jednego obiektu) optic ataxia (niemożność nakierowywania rąk pod kontrolą wzroku) ocular apraxia (niemożność dowolnego nakierowywania wzroku)

51 ADHD (attention-deficit hyperactivity disorder) Mniejsze obszary kory przedczołowej i jąder podstawy Czynniki genetyczne (gen receptora dopaminerrgicznego D4?) Ritalin (metylfenidad) m.in. hamuje transporter dopaminy

52 Kora skroniowa: rozpoznawanie znaczenia i natury bodźców Zaburzenie funkcji oznacza agnozję Prosopagnosia: nierozpoznawanie znajomych twarzy : uszkodzenie spodniej części prawego dolnego płata skroniowego (po stronie lewej uszkodzenie powoduje zaburzenia językowe). Lokalizacja ośrodka rozpoznawania twarzy w prawym płacie skroniowym ( od spodu ) fusiform face area (FFA) potwierdzona w fmri. przypadek L.H., po urazie nie potrafiącego rozpoznawać twarzy (częściowo także zwierząt i ich ekspresji) ale potrafiącego rozpoznawać ludzi np. po głosie lub sposobie chodzenia. W zależności od rozległości uszkodzenia agnozja może dotyczyć również innych obiektów (nie tylko twarzy).

53 Kora skroniowa: rozpoznawanie znaczenia i natury bodźców Uszkodzenie płata skroniowego po stronie lewej powoduje zaburzenia językowe. Cechy osłabionego rozumienia mowy związane są z uszkodzeniem dolnej części płata skroniowego (rejon gyrus fusiformis).

54 Gyrus fusiformis

55 Kora czołowa: planowanie odpowiedzi behawioralnych Kora czołowa - największy obszar asocjacyjny bardzo liczne funkcje zaburzenia często przejawiają się jako zmiana charakteru (osobowości?) Przypadek zmian osobowości Phineas a Cage a w wyniku urazu w 1848 r na budowie linii kolejowej niszczącego płaty czołowe (zm w 1863 r). Gł niezdolność do planowania działań. Wisconsin Cart Sorting Task (planowanie) testuje funkcje płatów czołowych obsługa working memory Social restraint functions

56 Pouczający przypadek wypadku Phineasa Gage z r jego czaszkę zbadano w latach 90-tych XX wieku (grupa Damasio z Uniw. Iowa)

57 Neurony uwagi ( attention neurons ) eksperymenty z implantowanymi elektrodami u małp rhesus Niektóre neurony kory ciemieniowej są aktywne jeśli zwierzę aktywnie obserwuje target Neurony rozpoznania Neurony rozpoznania np. twarzy w płatach skroniowych. są prawdopodobnie zorganizowane w kolumny, w których poszczególne komórki odpowiadają (rozpoznają?) na różne cechy twarzy Neurony planowania (czołowa kora asocjacyjna) Badane neurony w czasie tzw. delayed response task są aktywne w czasie pamiętania (między ekspozycją jedzenia i podniesieniem ekranu pozwalającego na odszukanie jedzenia) i przestają być aktywne gdy zwierzę odgaduje gdzie było włożone jedzenie

58 Język-mowa Korowa reprezentacja języka-mowy jest osobna w stosunku do ośrodków kontrolujących motorycznie mięśnie fonacyjne (krtani, języka, itp.) a także w stosunku do ośrodków recepcyjnych dźwięków i wzroku. Jest to więc reprezentacja komunikacji i/lub znaczenia znaków i symboli niezależnie od sposobu przekazu (mowa, pismo, język migowy)

59 ośrodki mowy Ośrodek Broca (uszkodzenie afazja motoryczna, rozumienie zachowane) Ośrodek Wernicke go (uszkodzenie afazja czuciowa, recepcyjna, mowa płynna)

60 Język-mowa Ośrodki mowy prawej półkuli decydują o prozodii mowy (ładunku emocjonalnym) Stopień zaburzeń mowy oprócz uszkodzenia kory ośrodków mowy zależy od uszkodzenia struktur podkorowych Również u chorych głuchych od urodzenia i posługujących się językiem migowym obserwuje się lewopółkulowy charakter języka znakowego i podobne cechy afazji w przypadku uszkodzenia lewej półkuli. Wniosek: reprezentacje korowe mowy dotyczą nie tyle języka ile ogólnego systemu symbolicznokomunikacyjnego.

61 Język-i ręczność 97% osób wykazuje dominację językową lewej półkuli mózgu (w tym większość leworęcznych!) 9/10 osób jest praworęcznych ale i u leworęcznych większość ma językową dominację lewej półkuli (choć większość osób z dominacją językową prawej półkuli to osoby leworęczne!).

62 Dominacja językowa lewej półkuli u 97% (obszar zielony) Dominacja językowa prawej półkuli (obszar czerwony) praworęczni leworęczni

63 Język-mowa: test Juhn Wada y Wstrzyknięcie amytalu sodu (krótkotrwała anestezja) do lewej tętnicy szyjnej powoduje krótkotrwałe wyłączenie półkuli i (jeśli jest ona dominująca językowo ) przejściową afazję

64 Lateralizacja niektórych funkcji w półkulach mózgu Półkula lewa Informacja słowna i symboliczna Półkula prawa Informacja wzrokowa, przestrzenna i Znaczenia emocjonalne Nie jest prawdą, że mówimy lewą półkulą (jak chciał Broca) ale niewątpliwie lewa półkula odgrywa w mowie większą rolę choć i prawa ją w dużym stopniu uzupełnia.

65 Badania Geschwinda: planum temporale u 67% (2/3) ludzi po stronie lewej jest znacznie większa (o ok.50%), jednak przewaga lewej półkuli w funkcjach mowy jest obecna u 97% ludzi.

66 Bierne słuchanie Język angażuje obie półkule (nie tylko dominującą) Badania fmri funkcji językowych osoby z dominującą w funkcjach językowych półkulą lewą (po teście Wady!) Tworzenie słów Powtarzanie słów

67 Tajemniczy Gyrus angularis (pole Brodmanna 39) V.S.Ramachandran uważa, że g.angularis jest odpowiedzialny za rozumienie metafor Chorzy z uszkodzeniem prawego g. angularis: rozumieli jedynie dosłowne znaczenie przenośni. Brak skojarzenia słowa Booba z kształtem zaokrąglonym oraz kiki z kanciastym - odmiennie niż ponad 90% populacji. (zaburzeniu zdolności przyporządkowywania bodźców wzrokowych językowi.) Ramachandran uważa, że zakręt kątowy (szczególnie duży u człowieka) może pełnic istotną rolę w asocjacji zmysłu słuchu, wzroku i czucia somatycznego (dotyk). Blanke i wsp drażnieniem elektrycznym g.angularis wywołali u chorej na padaczkę doznania typu tzw. out-of-body-experience (Blanke i wsp. Stimulating illusory own-body perceptions. Nature, 419: , 2002 )

68 Noam Chomsky: język nie może być po prostu nauczony lecz musi być osadzony na gramatyce ( predicated on universal grammar ) wykształconej w ewolucji naszego gatunku. Prawdopodobnie analiza języka ludzkiego może dać obraz i pozwolić na zrozumienie jak pracuje mózg czyli niezwykłe urządzenie pozwalające na wytwarzanie asocjacji (najprawdopodobniej jest to fundamentalna cecha kory mózgu)

69 W poszukiwaniu genu mowy Rodzina brytyjska KE wykazuje dziedziczną wadę mowy verbal dyspraxia (mowa niezrozumiała) z mutacją genu czynnika trankrypcyjnego FOXP2 (mniejszy obszar Brocka i j.ogoniaste) Tylko 2 aminokwasy różnią ludzki FOXP2 od tego genu u szympansów czy goryli Drogi ewolucji oddzieliły człowieka od tych naczelnych 6 mln lat temu, tymczasem ludzki FOXP2 pojawił się ok lat temu

70 Mowa decyduje o człowieczeństwie? Znaki-symbole-abstrakcje operacje na abstrakcjach

71 Świadomość Problem psychofizyczny (proces fizyczny, taki jak aktywność neuronalna a subiektywne zjawisko jakim jest świadomość.!) Swiadomość zapewne rodzi się z koherencji doznań zmysłowych i z wbudowanej zdolności inferencji (rozumowania). Crick i Koch w 1995 r - hipoteza, że funkcją świadomości ciągłe wytwarzanie ( on line ) możliwie najlepszej interpretacji sceny obejmowanej wzrokiem (visual scene) w postaci zwartej (compact) i udostępnianie tej informacji dla stanów planowania (planning stages) mózgu. Aspekt świadomości ludzkiej - świadomość krytyczna czyli świadomość wątpliwości, negacja realizmu doznań czuciowych, świadomość złudzeń, świadomość niepełności (prawdy) doznań czuciowych

72 Zagadnienie korelatów świadomości (NCC) Test rywalizacji obuocznej

73 Jak poznać rzeczywiste ja drugiego człowieka? Czy można poznać (zrozumieć? współodczuć?) świadomość drugiej osoby? Zagadnienie qualiów : Quale jest bezpośrednio oglądane, jest dane i nie jest przedmiotem błędu, ponieważ jest czysto subiektywne Być może z pomocą przychodzą tzw. neurony zwierciadlane?

74 Rola neuronów zwierciadlanych? NEURONY ZWIERCIADLANE: pojedyncze neurony w korze przedczołowej (inferior frontal gyrus) i dolnej części płatów ciemieniowych (inferior parietal lobule) wykryte u makaka które: -reagują w czasie wykonywania określonego zadania ruchowego -- a zarazem identycznie reagują gdy małpa obserwuje drugą małpę wykonującą taką samą czynność Gallese et al, Action recognition in the premotor cortex, Brain, Pośrednie badania wskazują, że podobne neurony są także u człowieka. Rizzolatti G., Craighero L: The mirror-neuron system, Annual Review of Neuroscience. 2004;27:169-92

75 Rola neuronów zwierciadlanych? - w wieku niemowlęcym pozwalają zrozumieć dziecku czynności (intencje?) innych osób - prawdopodobnie grają rolę w języku i empatii (u kobiet są aktywniejsze lub liczniejsze) - Spekulacje o roli neuronów zwierciadlanych w ewolucji języka - Niedobór (ilości? Aktywności?) neuronów zwierciadlanych przyczyną autyzmu? (niektórzy n. Hans Asperger uważają autyzm za rodzaj kwintesencji umysłowości męskiej )

76

77 Teorie świadomości Teorie Cricka i Kocha świadomość pojawia się, gdy następują silne wyłądowania w neuronach kory wzrokowej V4 i V6 z synchronizacją tych wyłądowań (40 Hz ). Teoria Dennett a teatr kartezjański model wielokrotnych szkiców tworzonych w oparciu o przeżyte doświadczenie i wirtualnie bez doświadczenia; szkice są ciągle zmieniane; Teorie Gerald M. Edelman i Giulio Tononi tworzenie dynamicznego rdzenia poprzez aktywne pętle neuronalne, zwłaszcza petle językowe z semantycznym obrazem rzeczywistości uwzględniajacym symbole, wartości, system JA

78 Teorie świadomości Teoria Benjamina Libet a rola (relatywnie) wydłużonej (ale niekoniecznie synchronicznej) aktywności ok. 0,5 sek neuronów Teoria Bernarda Baarsa globalnej przestrzeni operacyjnej (global workspace theory) świadomość jako globalna dostepność różnych treści dla systemu Teorie sensoryczno-motoryczne (Brooks, Humphrey, O Regan, Noe) ucieleśnienia (embodyment) świadomość nie jest jednością doznań ale jednością działań (współdziałanie umysłu i świata w percepcji). Teorie Penrose i Hameroff a Orch-OR (Orchestration - objective reduction ), Teoria Susan Blackmore świadomość jest iluzją złudzeniem jest strumień świadomości strumień doznań (troche to pachnie Berkeley em)

79 Poglądy Eugene d Aquili i Andrew Newberg, z Filadelfii* na temat kongnitywnych cech umysłu: kognitywny imperatyw ludzkiego umysłu (bardzo trudno nic nie myśleć ) kognitywne operatory, które (nie przesądzając o ich lokalizacji zapewne korowej) charakteryzują funkcjonowanie ludzkiej kognicji: Operator holistyczny (dostrzegać całość) Operator redukcjonistyczny (dostrzegać elementy) Operator abstrakcji (m.in. taksonomia) Operator ilościowy ( matematyczny ) Operator przyczynowości (pytania: dlaczego, z jakiego powodu ) Operator binarny (podziałów binarnych, dychotomii, przeciwieństw) Operator egzystencjalny (nadający sens i założenie istnienia i rzeczywistości doznań czuciowych) Operator emocjonalnej wartości *Eugene d Aquili i Andrew Newberg Why God Won t Go Away: Brain science and the Biology of Religious Experience

80 Mózg-umysł dostrzega tajemnicze bariery Zasada nieoznaczoności Wernera Heisenberga (1906 (Wurzburg Monachium) Teoria niekompletności Kurta Gödel a (1906 Brno 1978 Princeton) Teoria Johna Bella (1928 Belfast 1990 Belfast) Założenia: lokalności, determinizmu i braku konspiracji zastosowane łącznie dają wynik niezgodny z eksperymentem

81 Kolejna bariera? Być może teoria o nierozstrzygalności (istnienia) związku między korelatem świadomości i (samą) świadomością??

82 Zasada nieoznaczoności Wernera Heisenberga

83 Teoria niekompletności Kurta Gödel a System formalny, którego aksjomaty są mechanicznie rozpoznawalne i który jest na tyle bogaty, że zawiera w sobie elementarną arytmetykę liczb naturalnych, nie może być jednocześnie zupełny i niesprzeczny. System formalny, którego aksjomaty są mechanicznie rozpoznawalne, zawiera w sobie elementarną arytmetykę liczb naturalnych wraz z definicją formalnego dowodu, posiada dowód swojej niesprzeczności wtw gdy jest sprzeczny. Zupełność własność systemu formalnego, że dla każdego zdania albo ono, albo jego zaprzeczenie posiada dowód. Niesprzeczność własność systemu formalnego, że nie da się jednocześnie udowodnić zdanie i jego zaprzeczenie.

84 Pojęcia istotne dla teorii niekompletności Kurta Gödel a System formalny język formuł wraz ze zbiorem reguł wnioskowania i zbiorem aksjomatów. Aksjomaty teorie matematyczne budowane są na bazie twierdzeń zwanych aksjomatami, których prawdziwość uznajemy, gdyż wydają się być zgodne z naszą intuicją. Np. aksjomaty Teorii Mnogości ZFC (Zermelo Fraenkel with axiom of choice) Mechanicznie rozpoznawalne aksjomaty rozumiemy w ten sposób, że dla tej teorii istnieje algorytm, który rozpoznaje, czy dane stwierdzenie jest aksjomatem

85 Teoria Johna Bella Założenia: 1) lokalności, 2) determinizmu 3) braku konspiracji zastosowane łącznie dają wynik niezgodny z eksperymentem Nigdy nie będziemy mogli wyeliminować możliwości, że nasze poczynania nie są oparte na rzeczywistej wolnej woli, że jesteśmy zdeterminowani, że nie istnieje conspiracy, że w multiverse istnieją nasze kopie itd. itp.

86 Nauki podstawowe wskazują na istnienie niepokonywalnych sprzeczności lub barier Dostrzegamy istotne immanentne ograniczenia w poznaniu rzeczywistości i możliwości deterministycznej predykcji Życie jest grą z tajemnicą i ryzykiem, życie bez tajemnicy byłoby nieznośnie (niewyobrażalne)

87 A propos ATONEMENT (Ian McEwan) Cecilia, Robbie, Briony, Lola Możemy założyć, że świat jest realny. Musimy jednak pamiętać, że nasz mózg cały czas jest zaabsorbowany tworzeniem idiosynkratycznej rzeczywistości wirtualnej i ciągle powinniśmy sprawdzać, czy przystaje ona to prawdziwej rzeczywistości świata i tego wokół nas i tego w ogóle. (o ile taka możliwość istnieje)

88 Neuroteologia czyli Gagarin za monitorem tomografu MRJ Neuroteologia : termin wg. Wikipedia po raz pierwszy użyty przez Aldous Huxley a w książce Island 1962 NEUROTEOLOGIA : Neurobiologiczne podstawy przeżyć religijnych - próby dociekań co w mózgu, koreluje ( wywołuje?) z przeżyciami religijnymi. Jest to zatem (neuro)biologia duchowości. Poszukiwania modułu Boga w mózgu

89 d Aquili i Newberg: -tzw. stany unitarne ( jedności z wszechbytem ): -1) deafferentacja (odcięcia doznań czuciowych) -ORIENTATION ASSOCIATION AREA --2) Jednoczesna silna aktywność -ATTENTION ASSOCIATION AREA. - stan awareness without self. Stany te są spokrewnione z reakcjami seksualnej przyjemności. One też są zdrowotną metodą relaksacji i zarazem bardzo starym nabytkiem ewolucyjnym.

90 Medytacje (psychologiczne panaceum?) Techniki uważności (mindfulness) czyli jak radzic sobie z nadmiarem bodźców Czy mózg może się sam naprawić?

91 Moduł Boga (?) Wg Ramachandrana "God module" jest zgrupowaniem komórek w płacie skroniowym, które jeśli sa stymulowane wydają się wywoływać religijne przeżycia. W 1997 Ramachandran z zespołem zasugerowali na podstawie obserwacji chorych z temporal lobe epilepsy (TLE), którzy wykazują bardzo silne emocjonalne przeżycia religijne, odkrycie "God module" w mózgu człowieka, który to moduł jest odpowiedzialny za ewolucyjny instynkt wiary w religię. Vilayanur Ramachandran, (Center for Brain and Cognition Univ. California) - Brain and Perception Laboratory A może "duchowość" to tylko szczególny rodzaj stanu emocjonalnego?

92 PODSUMOWANIE (?) WYKŁADÓW (?) Neurobiologia - jesteśmy blisko poznania patogenezy neurodegeneracji i być może schorzeń psychicznych (błędna nazwa?) oraz chorób i zaburzeń rozwojowych, ale niekoniecznie przełoży się to na zapobieganie czy leczenie znacznie lepiej potrafimy wspomagać układ nerwowy (choc daleko do regeneracji) gwałtowny wzrost wiedzy a podstawowe pytania wciąż nie znajdują odpowiedzi np. jaka cecha układu nerwowego człowieka zdecydowała o jego sukcesie ewolucyjnym? Być może też która właściwość mózgu człowieka zdecyduje o jego zagładzie? Cokolwiek daje szanse, tworzy także ryzyko

93 PODSUMOWANIE (?) WYKŁADÓW (?) Lekarz w relacjach z chorym musi znaleźć drogę między empatią a zdyscyplinowanym myśleniem opartym na twardej (nie emocjonalnej i nie życzeniowej ) wiedzy Którekolwiek zejście z tej drogi oznacza zawodowe wykolejenie.

94 Dziękuję za wspólną obecność

95 Dodatek: Nieco o neurobiologii schorzeń umysłowych

96 Choroby umysłowe czyli również mózgowe Kontinuum zdrowia i choroby: Zdrowie fizyczne choroba fizyczna Zdrowie umysłowe choroba umysłowa Klasyczne paradygmaty w psychiatrii S. Freud psychoanaliza B.F. Skinner behawioryzm Niebiologiczne koncepcje schorzenia psychicznego (opętanie czyli zawładnięcie przez demona) Zagadnienia genetyczne chorób psychicznych eugenika Podejście biologiczne General paresis of the insane Nie zawsze wystarczy siła woli i psychoterapia i np. oduczanie nieprawidłowych zachowań

97 Schorzenia lękowe Napady paniki (2%) Agorafobia (5%) Schorzenie obsesyjno-kompulsywne (2%) Specyficzne fobie ( w tym społeczne )

98 Odpowiedź na stres Unikanie, wzrost czujności i uwagi, aktywacja układu sympatycznego, uwolnienie kortyzolu Rola osi podwzgórze-przysadka-nadnercze Myszy z nadekspresją CRH ( reakcji lękowych) Neurony CRH podwzgórza są pod wpływem c.migdałowatych (stymulują poprzez stria terminalis) hipokampa (liczne receptory kortyzolu! raczej hamuje CRH) Degeneracja hipokampa pod wpływem przewlekłego stresu (posttraumatic stress disorder)

99 Leczenie schorzeń lękowych Psychoterapia Leki (anksjolityki) Benzodiazepiny (wpływ na receptor GABA, lecz endogenna benzodiazepina jest nieznana) W PET zmniejszona ilość miejsc wiążących benzodiazepiny w korze czołowej jest zmniejszona u chorych z atakami paniki (endogenna regulacja receptora GABA?) Selektywne inhibitory wychwytu zwrotnego serotoniny (głównie używane w sch. afektywnych) Wzrost ilości receptorów kortyzolu w hipokampie W schorzeniu obsesyjno-kompulsywnym Antagoniści receptora CRH (Pexacerfont, Antalarmin)

100 Schorzenia afektywne Depresja Schorzenie dwubiegunowe

101 Depresja Nawet 20% populacji; Główna bezpośrednia przyczyna samobójstw Objawy Utrata (lub wzrost) apetytu Bezsenność (lub zwiększona senność) Zmęczenie Poczucie bezwartościowości i winy Osłabienie koncentracji Powtarzające się myśli o śmierci

102 Schorzenie dwubiegunowe (Typ I): powtarzające się epizody manii lub mieszane mania/depresja ( duża ) Typ II: hypomania / depresja (zawsze duża ) Cyklotymia: hypomania/łagodniejsza depresja Faza maniakalna Trwale podwyższony nastrój z drażliwością Wygórowana samoocena, poczucie wielkości Redukcja potrzeby snu Zwiększona rozmowność, gadatliwość gonitwa myśli Rozproszenie uwagi Nasilona nacelowana aktywność Obniżenie zahamowań w zachowaniu, rozwiązłość Nierozważne zachowania, Szaleństwa zakupów (wydawania pieniędzy)

103 Neurobiologia schorzeń afektywnych Złożoność i wieloskładnikowość objawów sugeruje rolę rozlanych systemów neuromodulacyjnych Hipoteza roli monoamin Hipoteza predyspozycji do stresu (diathesis-stresshypothesis) Charles a Nemeroffa

104 Neurobiologia schorzeń afektywnych Hipoteza roli monoamin Deficyt jednego z systemów neuromodulacyjnych (serotoninowego i/lub noradrenergicznego) Wątpliwości związane z koniecznością długotrwałego podawania leków (zatem nie działają bezpośrednio ale powodują proces adaptacji który skutkuje poprawą stanu chorego) Ponadto np. kokaina mimo podwyższania NE w synapsie nie działa antydepresyjne

105 Neurobiologia schorzeń afektywnych Hipoteza predyspozycji do stresu (diathesis-stresshypothesis) Charles a Nemeroffa Rodzinna predyspozycja (skłonność=diathesis) Zdarzenia osobnicze z dzieciństwa i genetyczna predyspozycja konwergują na stanie osi HPA prowadząc do schorzenia Uwaga! HPA gra rolę w patogenezie lęków a te towarzyszą depresji Zwiększony poziom kortyzolu w krwi i CRH w pmr Podawanie CRH szczurom wywołuje objawy depresji (m.in. spadek zainteresowania seksem!) Ilość receptorów kortyzolu w hipokampie i poziomu CRH w podwzgórzu zależy od stopnia matczynej opieki! Czynniki te decydują o reaktywności osi HPA.

106 Leczenie schorzeń afektywnych Elektrowstrząsy Psychoterapia Farmakoterapia Antydepresanty (być może działaja przez stymulację receptorów kortyzolu w hipokampie) Trójcykliczne (imipramina) blokuja wychwyt zwrotny NE i 5HT Selektywne blokery wychwytu serotoniny (fluoxetyna) (neurogeneza w hipokampie?) Selektywne blokery wychwytu NE (reboxetine) Inhibitory MAO (fenelezyna) Antagoniści receptora CRH (jak w sch. lękowych)? Sole litu (przypadkowe odkrycie efektu moczanu i innych soli litu w manii oraz schorzeniu dwubiegunowym) Lit przechodzi przez kanały sodowe Zapobiega przekształceniu PIP 2 (prekursora dla IP 3 ) Wymaga długotrwałego podawania, a zatem powoduje zmiany adaptacyjne, ale jakie!?

107 Leczenie schorzeń afektywnych

108 Schizofrenia Eugene Bleuler 1911 nazwa rozszczepionego umysłu (jaźni) Jedna czy wiele różnych chorób? Relatywny zanik mózgu potwierdzony przez porównanie bliźniąt Typy: Paranoidalny (najlepiej podatny na terapię) Hebefreniczny (Zaburzeń organizacji zachowania/emocji) Katatoniczny Objawy pozytywne Urojenia, omamy/halucynacje, (wzrokowe, słuchowe itp.), zaburzenia mowy Zaburzenia zachowania, katatonia Objawy negatywne Redukcja ekspresji emocji Zubożenie mowy Trudność inicjacji celowego zachowania/działania Zaburzenia pamięci

109 Schizofrenia geny vs. środowisko

110 Teorie patogenezy schizofrenii Hipoteza dopaminergiczna Nadaktywność receptorów dopaminergicznych Relacja stopnia powinowactwa do receptora D 2 odwrotna do dawki terapeutycznej Jednak skuteczność klozapiny (bez efektu na receptory dopa) wskazuje na inne mechanizmy Hipoteza glutamatergiczna Zmniejszona aktywność receptora NMDA Fencyklidyna ( angel dust hog ) hamuje NMDA wywołując objawy przypominające schizofrenię schizoidalne (??) zachowanie u myszy z hypoekspresją NMDA

111 Leczenie : antypsychotyczne (neuroleptyki)