Kora mózgowa i Kora mózgowa i lokalizacja czynnosci lokalizacja czynnosci psychicznychpsychicznych

Janusz A. Starzyk Wyzsza Szkola Informatyki i Zarzadzania w Rzeszowie

Wykorzystano materialy z wykladuProf. Włodzisława DuchaUniwersytet Mikołaja Kopernika

Inteligentne Systemy AutonomiczneInteligentne Systemy Autonomiczne

• Kora nowa (łać. cortex = kora) jest odpowiedzialna za wyższe czynności poznawcze.

• Ponad 8 mld neuronów. • Grubość

– 1.5 mm (kora wzrokowa) – 4.5 mm (kora ruchowa).

• Powierzchnia ok. 0.2 m2 (niektóre oceny nawet 1.5 m2), – widoczna tylko 1/3 na powierzchni bocznej, – pozostała część kory jest na powierzchni przyśrodkowej i

podstawnej.

Kora nowa

• 3 typy kory: – Izokora,

• filogenetycznie młoda, 6 warstw.

– Allokora – • paleokora (np. kora węchowa) i • archeokora (np. kora hipokampa), stara, 3 warstwy.

– Mezokora – • kora pośrednia (np. w zakręcie obręczy, okolicach

hipokampa).

Kora nowa

• Zróżnicowane neurony: – głównie interneurony i – neurony projekcyjne (długie aksony).

• Modularna budowa: – 3 lub 6 warstw o specyficznej organizacji. – Mikrokolumny –

• zwykle 110 neuronów, • 220 w korze wzrokowej

– Kolumny korowe.

Kora nowa

Kora nowa

• Kora podzielona jest na dwie półkule, 5 płatów, liczne zakręty i bruzdy.

• Powierzchnia boczna i podstawna kory, 4 płaty. • Powierzchnia przyśrodkowa kory, widoczny płat limbiczny. • Wyspa i wieczko (planum temporale). • Uszkodzenia rozwoju kory prowadzą do ciężkich

upośledzeń.– Mity: matematyk bez kory o wysokim IQ (Szkocja). – Prawda: wyraźna korelacja stopnia uszkodzenia kory i

upośledzeń poznawczych i ruchowych. • Duża plastyczność, jeśli uszkodzenia nastąpiły we

wczesnym okresie rozwoju.

Kora nowa

• Lokalizacja funkcji: frenologia (kranioskopia),– niezwykle popularna w XIX wieku.

• 37 obszarów ze skłonnościami do – stałości, ostrożności, duchowości, kochliwości,

opiekuńczości, zdolności językowych... • Gall i Spurzheim –

– tysiące obserwacji potwierdzających ich system! • Pierwszy krok w stronę lokalizacji –

– humor jest nawet niedaleko ...

Kora nowa

• Frenologia nie ma szans, – mózg jest dobrze chroniony i jego

kształt nie uwidacznia się na powierzchni.

– Płyn mózgowo-rdzeniowy w przestrzeni między oponami i komorach.

Budowa czaszki

• Włókna kojarzeniowe z tej samej półkuli– pęczki, obręcze

• Włókna kojarzeniowej przeciwległej półkuli– spoidła

• Projekcje z wzgórza. • Projekcje z pnia mózgu.

Pobudzenia dochodzące do kory (aferentne)

• Włókna kojarzeniowe z tej samej półkuli– pęczki, obręcze.

• Włókna kojarzeniowej przeciwległej półkuli– spoidła.

• Projekcje sensomotoryczne, skojarzeniowe i limbiczne do

– prążkowia. • Projekcje ruchowe do

– nerwów czaszkowych, pnia mózgu, i rdzenia.

Pobudzenia wychodzące z kory (eferentne)

• Analiza danych przychodzących ze zmysłów • Działania motoryczne • Wyższe czynności psychiczne:

– planowanie, – myślenie, – analiza emocji

Trzy funkcje kory

• czuciowy (ból, dotyk, wibracje) – – płat ciemieniowy, za bruzdą centralną

• wzrokowy – – płat potyliczny

• słuchowy – – płat skroniowy

• smakowy – – płat ciemieniowy, część brzuszna, schowana

• węchowy – – płat skroniowy, kora okołomigdałowata i okołosklepieniowa

• przedsionkowy (równowowagi) – – płat skroniowy

Pierwotne obszary sensoryczne

• Obszary pierwotne => – szczegółowa analiza bodźców zmysłowych o

określonej modalności. • Do obszarów pierwszorzędowych przylegają wtórne

obszary projekcyjno-kojarzeniowe => – analiza sensu, całości znaczeniowych bodźców,

interpretacja. • Trzeciorzędowe obszary skojarzeniowe =>

– integracja informacji o różnych modalnościach. • Wysoce wyspecjalizowane obszary kory;

– mózg nie jest uniwersalnym komputerem!

Obszary sensoryczne

• Podstawowe mechanizmy przetwarzania informacji przez korę – mapowanie topograficzne – kodowanie populacyjne.

• Analiza sygnałów: – odwzorowanie na

powierzchni kory przy

zachowaniu relacji

topograficznej i

redukcji wymiarowości.

Dzialanie kory

• Najlepiej znane są mapy somatosensoryczne i ruchowe. – Gryzonie - duża powierzchnia poświęcona

wibrysom. – Człowiek - ręce, język.

Czucie i propriocepcja

• Najlepiej znane są mapy somatosensoryczne i ruchowe. – Gryzonie - duża powierzchnia poświęcona

wibrysom. – Człowiek - ręce, język.

Czucie i propriocepcja

• Informacja somatosensoryczna (czucie ciała) – obszar SI z tyłu bruzdy centralnej.

• Informacja przekazywana jest od receptorów: – dotyku, bólu, temperatury, wibracji, położenia

kończyn, – przez nerwy czuciowe do wzgórza i kory SI.

• Różne pobudzenia: – szybkie - ból ostry, – wolne - ból piekący.

• Blokowanie wzajemne w rdzeniu – – ucisk pomaga zmniejszyć wrażenie bólu.

Czucie i propriocepcja

• Pobudzenia z przeciwległych obszarów SI oraz pobliskich obszarów MI – za bruzdą centralną.

• Twarz i język reprezentowane są po obu stronach, pozostałe części ciała przeciwlegle.

• Zniszczenie kory SI powoduje zanik wrażeń czuciowych, – jednak ból i temperatura po pewnym czasie

pojawiają się – pewna dyskryminacja możliwa jest we wzgórzu.

Czucie i propriocepcja

• VPL=Ventral Posterior Lateral Nucleus =– jądro brzuszno-tylne

boczne. • VPM = Ventral

Posterior Medial Nucleus = – jądro brzuszno-tylne

przyśrodkowe.

Czucie i propriocepcja

Czucie i propriocepcja

• Mapy czuciowe: – drażnienie wywołuje wrażenia dotyku, łaskotania,

swędzenia. • Pobudzanie kory z przodu bruzdy centralnej wywołuje

zachowania ruchowe – całe wyuczone ruchy.

• Drobne różnice pomiędzy mapą

ruchową i czuciową. • Plastyczność i indywidualne różnice,

– położenie w zakrętach podobne. • Budowa kolumnowa (baryłkowa):

– na pobudzenia reaguje cała kolumna.

Funkcje sensoryczne i motoryczne

• Kora SI ma 4 podobszary Brodmanna, – obszar 2 i 3a analizuje sygnały

proprioceptywne,– obszar 3b dotykowe, – obszar 1 mieszane.

• Proprioceptywne – – reakcje na ruch w określonym kierunku.

• Obszar kory poświęcony analizie jest proporcjonalny do wagi bodźców.

• Celem analizy jest precyzyjna dyskryminacja.

Funkcje sensoryczne i motoryczne

Rejony sensoryczne i motoryczne

• Doświadczenia z małpami. • Zmiana wielkości obszaru kory na skutek

stymulacji lub braku bodźców – po uszkodzeniu nerwu lub amputacji palca

• Symulacje rozwoju map topograficznych po urazach mogą być przydatne w rehabilitacji.

Plastyczność map kory

• Przykład plastyczności: • Uczenie się rozpoznawania palców u nóg. • Czy naprawdę wiemy, co czujemy?

– Działanie neuronów nie zawsze jest precyzyjne: który palec u nogi został dotknięty?

– Jeśli go nie widzimy dokładność odpowiedzi osiąga 80-90%.

– Korelacja wzrok-dotyk szybko podnosi dokładność do 98%.

– Chodzenie w butach po paru dniach obniży dokładność do początkowej.

• Bez dyskryminacji nie potrafimy określić swoich wrażeń - jest to podstawa świadomej percepcji.

Plastyczność map kory

• Dylemat plastyczności-stabilności • Za duża stabilność => brak adaptacji; • Za duża plastyczność => katastroficzne

zapominanie. • Neurony: stabilność synaps i uczenie się. • Mózg: uczenie nowych faktów vs. stabilny obraz

świata. • Społeczeństwa: stabilność i konieczność zmian. • Po co w mózgu mapy topograficzne? • Szczegółowa analiza sygnałów zmysłowych.

Plastyczność map kory

Transformacje senso-motoryczne wymagają nieliniowych przekształceń

• Tylko u ludzi i małp naczelnych.• W głębi bruzdy środkowej i bruzdy bocznej,

– przednia część zakrętu obręczy.• Obszar kojarzeniowy dla wrażeń dotyku i bólu.• Komórki pobudzane są przez sygnały z większych

obszarów ciała.

Wtórna kora czuciowa SII

• Uszkodzenia SII i pobliskiej wyspy powodują asymbolię bólu - brak cierpienia (reakcji psychicznych) na ból, lub wywołują stały ból piekący (causalgia).

• Dysocjacja pomiędzy wrażeniem bólu a reakcją emocjonalną – – Damasio podaje opisy przypadków osób po operacji

(kora obręczy), po których pozostał ból, ale zniknęło cierpienie.

• Opóźniona reakcja na ból – reakcja wiele minut po ukłuciu.

• Środki przeciwbólowe obniżają aktywność kory przedniego zakrętu obręczy.

• Ból wieńcowy - pobudzenie tego samego obszaru. • SII: interpretacja emocjonalna sygnałów czuciowych?

Wtórna kora czuciowa SII

• W płaciku ciemieniowym górnym.• Obszary czuciowe w płacie ciemieniowym

– obszary 5 i 7 Brodmanna.

• Złożone funkcje: – Stereognozja –

identyfikacja dotykowa obiektów. – Rozpoznawanie kształtów, rozmiarów i tekstur. – Integracja wrażeń różnych modalności, szczególnie

wzrokowo-czuciowych.

Dodatkowa kora czuciowa SSA

• Agnozja (gr. a=negatywne, gnosis=wiedza) - – niezdolność do rozpoznania informacji zmysłowej.

• Astereognozja - niezdolność do rozpoznania przedmiotów za pomoca dotyku. – Niezależna od zaburzeń czucia, – upośledzenie rozpoznawania kształtu przy

prawidłowym rozpoznawaniu wielkości, faktury. • Większość agnozji należy rozpatrywać na wyższym

poziomie. • Optyczna ataksja: niezdolność do działania pomimo

prawidłowej analizy wzrokowej. – Np. nie można wlać wody do szklanki.

• Uszkodzenia obszarów leżących w głębi przyśrodkowej koty ciemieniowej: – niezdolność do chwytania przedmiotów.

Dodatkowa kora czuciowa SSA

• Silne odczucie obecności amputowanych kończyn.

• Reorganizacja kory czuciowej wynikająca z przypadkowych pobudzeń.

• Nie pojawia się w przypadku porażenia kończyn dolnych (paraplegii).

Kończyny fantomatyczne

• Chorzy z kończynami fantomatycznymi cierpią w nich silne bóle, wrastanie paznokci. – Leczenie przez pokazywanie im ruchu zdrowych

kończyn, odbitych w lustrze. – Informacja wzrokowa pobudza tu korę SI i wywołuje jej

reorganizację. • Eksperyment z butem:

– ręka za zasłoną jest lekko uderzana jednocześnie z uderzeniami w but;

– korelacja powoduje poczucie, że but jest częścią ciała; – silne uderzenie młotka w but wywołuje reakcję bólu.

Kończyny fantomatyczne

• Silne odczucie obecności amputowanych kończyn. • Zaczyna się w dzieciństwie,

– "życie w ciele, które nie jest własne". • Traktowana jako obsesja,

– pacjenci walczą o prawo do amputacji. – Kilku osobom w Anglii obcięto kończyny (BBC

Horizon 'Complete Obsession' ). • Sprzężenie obszarów kończyn w SII z ciałem

migdałowatym? – Leczenie przez pobudzanie nerwów czuciowych?

Kończyny niechciane