ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΓΝΩΣΙΑΚΗ ΝΕΥΡΟΕΠΙΣΤΗΜΗ
1. Εισαγωγή-Μέθοδοι 2. Οπτική αντίληψη - εγκεφαλικά κυκλώµατα 3. Νοητικές αναπαραστάσεις στο οπτικό σύστηµα- Ψευδαισθήσεις 4. Προσοχή-Εγρήγορση - Σύνδροµο Ελλειµµατικής Προσοχής 5. Μάθηση-Μνήµη: Τύποι µνήµης & εγκεφαλικά κυκλώµατα 6. Προµετωπιαίος φλοιός: σχεδιασµός, λήψη αποφάσεων & µνήµη εργασίας 7. Νευροβιολογία Κατάθλιψης 8. Νευροβιολογία Σχιζοφρένειας 9. Νευροβιολογία του Εθισµού Συστήµατα Ανταµοιβής 10. Ανάπτυξη εσµού (Pair-bonding) 11. Φυλετικός ιµορφισµός Γνωσιακών Λειτουργιών 12. Επίδραση πρώιµων εµπειριών στη συµπεριφορά του ενήλικα και ο ρόλος τους στην αιτιοπαθογένεια διαταραχών της συµπεριφοράς. ιδάσκων: Σταµατάκης Αντώνης, Λέκτορας Βιολογίας-Βιολογίας Συµπεριφοράς, Τµήµα Νοσηλευτικής, ΕΚΠΑ
Γνωσιακή Νευροεπιστήµη Ορισµός.η έρευνα για το νου και τον εγκέφαλο αποσκοπεί στη διερεύνηση των ψυχολογικών, υπολογιστικών και νευροβιολογικών βάσεων της νόησης. Η γνωσιακή νευροεπιστήµηείναι µια διεπιστηµονική προσέγγιση για την κατανόηση της φύσης της σκέψης. Στόχος: Ταυτοποίηση λειτουργικών εγκεφαλικών κυκλωµάτων και του τρόπου εκτέλεσης των λειτουργιών τους. Αισθητικές διεργασίες, προσοχή και αντίληψη, σκέψη, µάθηση και µνήµη, συναισθήµατα, εκτελεστικές λειτουργίες (executive functions), γλώσσα και κοινωνικές αλληλεπιδράσεις (social cognition), εγρήγορση και συνείδηση
Γνωσιακή Νευροεπιστήµη Παρατήρηση διαταραχών κι αποκλίσεων από το φυσιολογικό, µετά από εγκεφαλική βλάβη. Ταυτοποίηση προτύπων νευρωνικής δραστηριότητας (αιµατική ροή, εκπόλωση νευρώνων ) και συσχέτιση µε συγκεκριµένα πρότυπα συµπεριφοράς ή γνωσιακές λειτουργίες. Μορφοποίηση θεωρητικών και υπολογιστικών µοντέλων.
Βασικές Έννοιες Modularity Αρθρωτή δόµηση Εντόπιση λειτουργιών (όχι φρενολογία) Αντιπροσώπευση Αντιστοίχιση νευρωνικής λειτουργίας µε συµπεριφορά Νευρώνες και Νευρωνικά ίκτυα Grandmother cells Αναφυόµενες λειτουργίες δικτύων (π.χ. κατανεµηµένες συνειρµικές µνήµες) Πλαστικότητα Ποικίλος βαθµός διασύνδεσης και µεταβλητότητας
Εντόπιση λειτουργιών
Εγκεφαλικές περιοχές που συµµετέχουν στη Μάθηση και τη Μνήµη
Κυριότερες Μέθοδοι Case-study Νευρολογικών ασθενών ιακρανιακή Μαγνητική ιέγερση - Transcranial magnetic stimulation (TMS) Νευροχειρουργικές Μέθοδοι Άµεση φλοιική διέγερση Λοβοτοµή - Split-brain WADA Λειτουργική Απεικόνιση Ηλεκτροµαγνητικά: EEG, MEG Αιµοδυναµικά: PET, fmri Μελέτες Καταστροφών Καταγραφές λειτουργίας νευρώνων Μοντελοποίηση
Case-Studies Νευρολογικών Ασθενών Μελέτη λειτουργίας µέσω της δυσλειτουργίας Περιπτωσιολογία vs. Μελέτες Οµάδων Κλασσικές Μελέτες Broca. ιατοµή Μεσολοβίου(Commissurotomy, splitbrain ) H.M. ασθενείς µε αµνησία Ειδικότητα βλάβης Νευρολογικά Σύνδροµα
Στατιστική Ανάλυση Case-Studies Νευρολογίας 4 Φάσεις Επιλογή ασθενών Τυπικές Ψυχοµετρικές οκιµασίες π.χ. δοκιµασίες I.Q., δοκιµασίες προσωπικότητας, ψυχοπαθολογίας κλπ. Λεπτοµερής ποσοτική µελέτη των συγκεκριµένων ελλειµµάτων που ενδιαφέρουν. Περιγραφή, υποθέσεις-προβλέψεις, δοκιµασία εγκυρότητας. Ανάπτυξη νέων δοκιµασιών.
ιακρανιακή Μαγνητική ιέγερση Παροδικές, εστιακές εγκεφαλικές «καταστροφές» (απενεργοποίηση) µε τη χρήση ισχυρών µαγνητικών πεδίων. Με χρήση ηπιότερων µαγνητικών πεδίων προκαλείται εστιακή διέγερση εγκεφαλικών περιοχών.
Νευροχειρουργικές Μέθοδοι Άµεση φλοιική διέγερση Εφαρµόζεται ένα µικρό ηλεκτρικό ρεύµα, άµεσα στην επιφάνεια του φλοιού. Προκαλείται παροδική διαταραχή ή ενεργοποίηση λειτουργίας ή λειτουργιών στις οποίες εµπλέκεται η συγκεκριµένη φλοιική περιοχή Χρησιµοποιείται κλινικά για τη χαρτογράφηση λειτουργικών ώστε να αποφεύγεται η καταστροφή σηµαντικών εγκεφαλικών περιοχών κατά τις χειρουργικές επεµβάσεις. Μπορεί να γίνει κατά τη διάρκεια χειρουργικών επεµβάσεων ή µέσω µόνιµα εµφυτευµένων ηλεκτροδίων.
Νευροχειρουργικές Μέθοδοι Split-brain ιατοµή τουµεσολοβίου για την αντιµετώπιση επιµένουσας επιληψίας Μελέτη της συνεισφοράς των δύο ηµισφαιρίων σε διάφορες λειτουργίες / ικανότητες
Νευροχειρουργικές Μέθοδοι οκιµασία WADA Χορήγηση αµυτάλης (sodium amytal, βαρβιτουρικό) σε µία από τις καροτιδικές αρτηρίες, απενεργοποιεί παροδικά (5-10min) το µισό εγκέφαλο οι λειτουργίες εκτελούνται από το «ξύπνιο» ηµισφαίριο
Νευροχειρουργικές Μέθοδοι Πλεονεκτήµατα: καλύτερος έλεγχος πειραµατικών συνθηκών π.χ. έλεγχος λειτουργικών µετά από πολύ συγκεκριµένες χωρικά, παροδικές «καταστροφές» Μειονεκτήµατα: σχεδόν όλα τα άτοµα σε αυτές τις µελέτες έχουν κάποια νευρολογική διαταραχή πόσο γενικεύσιµαείναιτα αποτελέσµατα τους;
Απεικόνιση Ανθρώπινου Εγκεφάλου οµική απεικόνιση ασθενών µε καταστροφές (CT, MRI) Λειτουργική απεικόνιση αιµατικής ροής (PET) ή οξυγόνωσης αίµατος (fmri) Καταγραφή στην επιφάνεια του κρανίου ηλεκτρικών ρευµάτων που προκαλούνται από τη νευρωνική δραστηριότητα (EEG / ERP)
CT (Computerised Tomography) & PET
Positron Emmission Tomography X-Ray sources turned off for PET
MRI Scanner
Λειτουργική Απεικόνιση Ανθρώπινου Εγκεφάλου
Το σήµα τουmri µεταβάλλεται σε σχέση µε το επίπεδο οξυγόνωσης του αίµατος (BOLD effect)
Τοπογραφική Μνήµη Οδηγών ΤΑΞΙ
A C Linking new to existing activated knowledge; Anterior medial parietal/posterior cingulate. B D Repetition of stories; precuneous. Repetition of stories; left frontal gyrus. Comprehension only; orbitofrontal gy
EEG (Electroencephalogram) / ERP (Event Related Potentials)
Πειραµατικές εγκεφαλικές καταστροφές σε πειραµατόζωα Κυρίως σε Πρωτεύοντα θηλαστικά (π.χ. rhesus macaques) και τρωκτικά (αρουραίοι και ποντίκια). Ειδικές, καλά περιγεγραµένες καταστροφές. υνατότητα µελέτης του ίδιου ζώου πριν και µετά την καταστροφή
he perirhinal cortex and hippocampus may have dissociable functions in memory Perirhinal cortex mediates the sense of familiarity Hippocampus mediates true recollection
Mishkin & Delacour 1975, Journal of Exp. Psychol:Animal Behav.Proc.. 1: 326-3 Delayed non-matching to sample task (DNMS)
Κυτταρικές-Ηλεκτροφυσιολογικές Καταγραφές Πρωτεύοντα θηλαστικά και τρωκτικά Μονοκυτταρικές ή πολυκυτταρικές καταγραφές Ζώο σε εγρήγορση και εκτελεί κάποια συµπεριφορά. Συσχέτιση νευρωνικής δραστηριότητας µε την εκτελούµενη συµπεριφορά. Επεµβατική µέθοδος άµεση καταγραφή νευρωνικής δραστηριότητας (όχι έµµεση όπως το fmri).
ingle-unit (neuron) recording in the freely moving animal Curtain Video Camera Video image of animal head-light Neural activity Oscilloscope Amplifier/filter Video tracker X,Y co ordinat Cylindrical apparatus Computer
Hippocampal After J O Keefe, O courtesy L de Hoz Place Cells
Γενετική τροποποίηση ζώων (gene-targeting)
LacZ expression restricted to hippocampal CA1 cells J. Tsien et al, Cell, 1986
Computational Modeling Πώς µια εγκεφαλική περιοχή εκτελεί µια λειτουργία; Γνωσιακή Μοντελοποίηση «πρότυποι» νευρώνες και διασυνδέσεις τους- όχι ρεαλιστικοί νευρώνες Προσοµοιώσεις
Fixed excitatory (On = 1) synapses on interneuron dendrites Association input pathway Hebbian modifiable synapses (Off = 0, On = 1) on principal cell dendrites Inhibitory interneuron(s) Inhibitory synapses (division) onto principal cells Principal cells Primary input pathway: fixed excitatory (On = 1) synapses
Hippocampal formation - intrinsic network
Βασική Οργάνωση Νευρικού συστήµατος
S8 Βασικές ιακρίσεις ΚΝΣ vs. ΠΝΣ Κινητικό vs. Αισθητικό Προσαγωγό vs. Απαγωγό Σπλαχνικό vs. Σωµατικό
S9 Προσανατολισµός πρόσθια-οπίσθια ραχιαία-κοιλιακά (ως προς το νευράξονα) Επίπεδο τοµής εγκάρσιο επίµηκες οριζόντιο
Οπίσθιος Εγκέφαλος Μετεγκέφαλος γέφυρα, παρεγκεφαλίδα Μυελεγκέφαλος προµήκης µυελός Πρόσθιος Εγκέφαλος Τελεγκέφαλος - εγκεφαλικά ηµισφαίρια ιεγκέφαλος θάλαµος, υποθάλαµος, επιθάλαµος Μεσεγκέφαλος
Κύριες Περιοχές ΚΝΣ 1. Νωτιαίος Μυελός. Αισθητικές προσαγωγές ίνες, Κινητικές απαγωγές ίνες 2. Προµήκης Μυελός. Ρύθµιση αρτηριακής πίεσης, αναπνοής κλπ. 3. Γέφυρα. Μετάδοση πληροφοριών π.χ. απότοφλοιόστην παρεγκεφαλίδα 4. Παρεγκεφαλίδα. Συντονισµός της οργάνωσης και της εκτέλεσης των εκκούσιων κινήσεων 5. Μεσεγκέφαλος. Κινήσεις µατιών και µυών προσώπου. Μετάδοση ακουστικών και οπτικών πληροφοριών 6. ιεγκέφαλος. Θάλαµος: ελέγχει το επίπεδο εγρήγορσης και τις συναισθηµατικές συνιστώσες της αισθητικότητας. Υποθάλαµος: ρύθµιση αυτόνοµων λειτουργικών 7. Εγκεφαλικά Ηµισφαίρια. Φλοιός, Βασικά Γάγγλια, Ιππόκαµπος, Αµυγδαλή, Μεταιχµιακό Σύστηµα κλπ.
Οφλοιόςτων εγκεφαλικών ηµισφαιρίων είναι οργανωµένος σε στοιβάδες.
Πυραµιδικοί Νευρώνες στον Φλοιό
Σύναψη