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