Μάθηση και Μνήµη Μάθηση Μνήµη Μάθηση: Μνήµη: ηδιεργασία µε την οποία αποκτούµε γνώσεις για τον κόσµο η οποία θα οδηγήσει στην τροποποίηση µιας συµπεριφοράς ηαποθήκευσητωνπληροφοριώναυτών η ικανότητα να θυµόµαστε παλιότερες εµπειρίες
Ποια είναι η σχέση µάθησης και µνήµης; Η µνήµη εξαρτάται από τη µάθηση. Όµως και η µάθηση εξαρτάται από τη µνήµη, επειδή η αποθηκευµένη στη µνήµη γνώση αποτελεί το δίκτυο στο οποίο συνδέονται καινούριες γνώσεις. Όσο εκτενέστερο είναι το δίκτυο των γνώσεων µας, τόσο πιο εύκολα συνδέουµε σε αυτό καινούριες γνώσεις. Σκοπός της µνήµης δεν είναι η ανάκληση του παρελθόντος, αλλάηπρόβλεψητουµέλλοντος. Alain Berthoz Η Επίδραση του Περιβάλλοντος στη Μνήµη Απλό κλουβί Κλουβί µε δραστηριότητες Ηδιαµονή σε περιβάλλον µε αισθητικά και κοινωνικά ερεθίσµατα προκαλεί αλλαγές στη δοµή και στη λειτουργία του εγκεφάλου: -Ο εγκέφαλος αρουραίων που µεγάλωσαν σε οµάδες ζυγίζει περισσότερο από τον εγκέφαλο αρουραίων που µεγάλωσαν µόνοι: πάχυνση του εγκεφαλικού φλοιού, λόγω της αύξησης των διακλαδώσεων των δενδριτών των νευρώνων του φλοιού. -Η τοποθέτηση πειραµατοζώων σε πολύπλοκα περιβάλλοντα για µεγάλο χρονικό διάστηµα βελτίωσε την ικανότητα µάθησης και τη µνήµη τους. -Τα περιβαλλοντικά και κοινωνικά ερεθίσµατα µπορεί να βελτιώσουν την προδιάθεση για ελλείµµατα µνήµης.
Μάθηση Μνήµη Η µνήµη είναιµια διαρκής διαδικασία επαναταξινόµησης, που προκύπτει από τις συνεχείς αλλαγές των νευρωνικών κυκλωµάτων και την παράλληλη επεξεργασία πληροφοριών. Οεγκέφαλος επεξεργάζεται αποθηκεύει ανασύρει πληροφορίες συνδέει πληροφορίες ανακατασκευάζει πληροφορίες Παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσµατικότητα της µάθησης Βαθµός εγρήγορσης, προσοχής και συγκέντρωσης Ενδιαφέρον, ύπαρξη κινήτρου και αναγκαιότητα Γεγονότα που συνδέονται µε το προς µάθηση υλικό και τυχόν συναισθήµατα που προκαλεί Το περιβάλλον πλαίσιο που συνοδεύει τη διαδικασία της µάθησης
Η µνήµη δεν είναι µια απλή και ενιαία διαδικασία ιαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου ειδικεύονται στην αποθήκευση διαφορετικών τύπων µνήµης ιαφορετικοί τύποι Αµνησίας επηρεάζουν διαφορετικούς τύπους µνήµης ιαχωρισµός της µνήµης µε κριτήριο τη δυνατότητα περιγραφής της µε λέξεις Έκδηλη µνήµη (δηλωτική) Άδηλη µνήµη (διαδικαστική) Τι; Πού; Πότε;
Έκδηλη µνήµη (δηλωτική) Πληροφορίες, δεδοµένα (Τεκµηριωµένη γνώση) Γεγονότα (Αυτοβιογραφικά συµβάντα) Απαιτεί συνειδητή συµµετοχή Στην έκδηλη µνήµη παρεµβαίνει το σύστηµα του έσω κροταφικού λοβού & ο διάµεσος εγκέφαλος ΗΜνήµη στο χώρο εντοπίζεται στον ιππόκαµπο Άδηλη µνήµη (διαδικαστική) Αντιληπτικές & κινητικές δεξιότητες Εξαρτηµένη µάθηση Συναισθηµατικές αποκρίσεις Ραβδωτό σώµα Παρεγκεφαλίδα Αµυγδαλή
Η άδηλη µάθηση περιλαµβάνει την κινητική απόκριση σαν αντίδραση σε αισθητικά ερεθίσµατα. ιακρίνεται σε -µη εξαρτηµένη: Tο υποκείµενο µαθαίνει τις ιδιότητες ενός ερεθίσµατος και τροποποιεί τη συµπεριφορά του εθισµό (habituation) ευαισθητοποίηση (sensitization) -εξαρτηµένη: Αντί το υποκείµενο να µαθαίνει τις ιδιότητες ενός ερεθίσµατος, µαθαίνει να συνδυάζει ένα τύπο ερεθίσµατος µε ένα άλλο. κλασική εξαρτηµένη µάθηση (classical conditioning) συντελεστική εξαρτηµένη µάθηση (operant conditioning) Μη εξαρτηµένη µάθηση -τον εθισµό (habituation): το υποκείµενο µαθαίνει τις ιδιότητες ενός µεµονωµένου αβλαβούς ερεθίσµατος και µαθαίνει να αγνοεί το ερέθισµα και να ελαττώνει την απόκρισή του σε αυτό -την ευαισθητοποίηση (sensitization): το υποκείµενο έχει δεχτεί ένα βλαβερό ερέθισµα και µαθαίνει να αντιδρά εντονότερα σε άλλα, ακόµη και αβλαβή ερεθίσµατα Εθισµός Ευαισθητοποίηση
Εξαρτηµένη Μάθηση Αντί το υποκείµενο να µαθαίνει τις ιδιότητες ενός ερεθίσµατος, µαθαίνει να συνδυάζει ένα τύπο ερεθίσµατος µε ένα άλλο. Ερέθισµα Απόκριση Ερέθισµα Απόκριση -κλασική εξαρτηµένη µάθηση (classical conditioning): το υποκείµενο µαθαίνει τη σχέση µεταξύ δύο ερεθισµάτων, ενός εξαρτηµένου ερεθίσµατος (ΕΕ) και ενός µη εξαρτηµένου ερεθίσµατος (ΜΕΕ). πειράµατα Pavlov - συντελεστική εξαρτηµένη µάθηση (operant conditioning): το υποκείµενο µαθαίνει τη σχέση (συνέπεια) µεταξύ ερεθίσµατος και απόκρισης πειράµατα Thorndike
Με κριτήριο τη διάρκεια η µνήµη χωρίζεται σε: αισθητική µνήµη (ως δευτερόλεπτα) αντίληψη, δεν απαιτεί συνειδητή προσοχή βραχύχρονη µνήµη (ως λεπτά) µακρόχρονη µνήµη (ώρες, ήµερες ως χρόνια) Οι τρεις τύποι αποτελούν διαδοχικά στάδια της µνήµης Ενεργός Μνήµη (Μνήµη εργασίας)
Βραχύχρονη Μνήµη (ενεργός µνήµη ή βραχυπρόθεσµη µνήµη ήµνήµη εργασίας) Καταγραφή και κατακράτηση πληροφορίας για µερικά δευτερόλεπτα Ικανότητα συγκράτησης 7±2 αντικειµένων/πληροφοριών Συνειδητή διατήρηση πληροφορίας Συστατικό τµήµα πολλών µορφών ανώτερων πνευµατικών λειτουργιών Αποτελείται από ανεξάρτητα τµήµατα Επικέντρωση Προσοχής Συσχέτιση προσοχής ενεργού µνήµης µετρούµενης ευφυΐας Ο προµετωπιαίος φλοιός των µετωπιαίων λοβών εµπλέκεται στους νευρωνικούς µηχανισµούς της ενεργού µνήµης ιαφορετικές περιοχές ενέχονται σε συγκεκριµένα είδη πληροφοριών Λεκτικό υλικό Χωρικές αναµνήσεις Ανάµνηση γεγονότων Μεσοµεταιχµιακή ντοπαµινεργική οδός στον προµετωπιαίο φλοιό επικεντρωµένη προσοχή Ντοπαµίνη: βασικός νευροδιαβιβαστής - επικέντρωση προσοχής Φάρµακα ανταγωνιστές της ντοπαµίνης εµπλέκονται στην ενεργό µνήµη
Μακρόχρονη Μνήµη # από τη βραχύχρονη µνήµη: η παλίνδροµη αµνησία επηρεάζει τη µακρόχρονη µνήµη Εγγραφή σύνδεση µε άλλες πληροφορίες Αποθήκευση επανάληψη ύπνος (REM) Ανάκληση χρήση της ενεργού µνήµης Ηλήθηµπορεί να προκληθεί από την αποτυχία όλων των παραπάνω σταδίων Οι πληροφορίες µεταφέρονται από τη βραχύχρονη στη µακρόχρονη µνήµη µέσω του ιπποκάµπου Οι πληροφορίες από τις αισθητικές περιοχές του φλοιού συγκλίνουν στον ιππόκαµπο & επιστρέφουν στις περιοχές απ όπου προέρχονται Στον ιππόκαµπο οι νέες εντυπώσεις συγκρίνονται µε τις καταγεγραµµένες δηµιουργούνται συσχετίσεις ανάµεσα στις διαφορετικές ιδιότητες ενός αντικειµένου
Πώς αποθηκεύονται οι πληροφορίες; The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2000 "signal transduction in the nervous system" Arvid Carlsson Paul Greengard Eric R. Kandel Sweden USA USA Göteborg University Göteborg, Sweden Rockefeller University New York, NY, USA 1923-1925 - 1929 - Columbia University New York, NY, USA
Arvid Carlsson Ανακάλυψη της δράσης της ντοπαµίνης ως νευροδιαβιβαστή Paul Greengard Ηντοπαµίνη και άλλοι νευροδιαβιβαστές δρουν µέσω φωσφορυλλίωσης πρωτεϊνών
Eric Kandel Η φωσφορυλλίωση είναι απαραίτητη για το σχηµατισµό της βραχύχρονης και της µακρόχρονης µνήµης µικρό νευρικό σύστηµα µεγάλοι νευρώνες αναγνωρίσιµοι νευρώνες αναγνωρίσιµα κυκλώµατα απλή γενετική Απλά Συστήµατα Ασπονδύλων Aplysia californica Αντανακλαστικό απόσυρσης του βραγχίου στην Aplysia Το αντανακλαστικό απόσυρσης του βραγχίου παράγεται σε νευρώνες στα κοιλιακά γάγγλια
Εθισµός του αντανακλαστικού απόσυρσης Επανειληµµένος ερεθισµός του σίφωνος προκαλεί εθισµό- ελάττωση της σύσπασης των µυών απόσυρσης του βραγχίου Οεθισµός θα µπορούσε να συµβαίνει στο επίπεδο: -τωναισθητικώννευρικώναπολήξεωνστοδέρµα -της σύναψης µεταξύ αισθητικού και κινητικού νευρώνα -του µυός Ελάττωση της ποσότητας του νευροδιαβιβαστή (γλουταµινικού οξέος) που απελευθερώνεται. Απενεργοποίηση των διαύλων Ca 2+ στον αισθητικό νευρώνα Οεθισµός συνοδεύεται µε καταστολή της συναπτικής διαβίβασης Μελέτη του εθισµού σε ζώα σε ορισµένες απλές µορφές συµπεριφοράς το ζώο εθιζόταν µε την επανάληψη του ερεθίσµατος και αντιδρούσε µόνο µετά από µερικά δευτερόλεπτα ανάπαυση (απόσυρση άκρου ως απάντηση σε απτικό ερέθισµα- αντανακλαστικό κάµψης) Οεθισµός οφείλεται σε λειτουργική µείωση της συναπτικής αποτελεσµατικότητας των οδών προς τους κινητικούς νευρώνες προκαλεί µάλλον µείωση της δύναµης της συναπτικής σύνδεσης µεταξύ των διάµεσων και των κινητικών νευρώνων (ενδοκυττάριες καταγραφές σε γάτες)
Ευαισθητοποίηση του αντανακλαστικού απόσυρσης Μετά από ένα αλγογόνο ερέθισµα στο κεφάλι, ενισχύεται το αντανακλαστικό απόσυρσης του βραγχίου που προκαλείται από τον ερεθισµό του σίφωνος. Το ερέθισµα ευαισθητοποίησης δραστηριοποιεί διάµεσους νευρώνες, οι οποίοι σχηµατίζουν συνάψεις µε τους αισθητικούς νευρώνες Ενεργοποίηση διάµεσων και αισθητικών νευρώνων οµικές αλλαγές των προσυναπτικών απολήξεων των αισθητικών νευρώνων στη µακρόχρονη µνήµη Μακρόχρονος Εθισµός: Περιορισµός των συναπτικών συνδέσεων Ελάττωση του αριθµού προσυναπτικών απολήξεων Ελάττωση του αριθµού των ενεργών ζωνών Πλαστικότητα Μακρόχρονη Ευαισθητοποίηση: ιπλάσιος αριθµός προσυναπτικών απολήξεων Αύξηση του αριθµού των ενεργών ζωνών Αύξηση του αριθµού των δενδριτών
Νευρωνικοί Μηχανισµοί Μάθησης & Μνήµης στα Θηλαστικά Η µάθηση βασίζεται στην πλαστικότητα των νευρωνικών κυκλωµάτων στον εγκέφαλο Ικανότητα των νευρώνων να επιτυγχάνουν µακροχρόνιες αλλαγές στην αποτελεσµατικότητα της συναπτικής τους διαβίβασης Αν δύο νευρώνες είναι ενεργοί ταυτόχρονα, οι µεταξύ τους συνάψεις ενισχύονται Αποθήκευση πληροφοριών σε δίκτυα τροποποιηµένων συνάψεων
Μακρόχρονη Ενδυνάµωση (Long Term Potentiation) Κάποιες συγκεκριµένες συνάψεις υπόκεινται σε βελτίωση της αποτελεσµατικότητάς τους όταν χρησιµοποιούνται έντονα. Μακρόχρονη Ενδυνάµωση στον Ιππόκαµπο (Long Term Potentiation - LTP)
Η LTP συµβαίνει σε νευρώνες που ενεργοποιούνται ταυτόχρονα και εµφανίζει ειδικότητα Οι νευρώνες του ιπποκάµπου έχουν δύο τύπους υποδοχέων γλουταµικού
Η LTP προκαλεί αλλαγές στους νευρώνες Ενεργοποίηση CaM ΙΙ κινάσης Φωσφορυλλίωση ΑΜΡΑ υποδοχέων Σύνθεση ΑΜΡΑ υποδοχέων Αύξηση της αγωγιµότητας του νευρώνα Τα στάδια σηµατοδότησης στη µακρόχρονη ενδυνάµωση Συµµετοχή του µετασυναπτικού νευρώνα Αύξηση της απελευθέρωσης γλουταµινικού ΝΟ?
Γιαναέχειδιάρκεια, η LTP πρέπει να προκαλέσει δοµικές αλλαγές στους νευρώνες Η LTP προκαλείται στο µετασυναπτικό νευρώνα Ενεργοποίηση NMDA υποδοχέα γλουταµικού οξέος Ενεργοποίηση της κινάσης Ca 2+ καλµοδουλίνης Φωσφορυλίωση ΑΜΡΑ υποδοχέων αύξηση της αγωγιµότητας Σύνθεση ΑΜΡΑ υποδοχέων του µετασυναπτικού νευρώνα Παλίνδροµος αγγελιοφόρος : αύξηση απελευθέρωσης Glu Σχηµατισµός νέων συνάψεων
LTP & Μνήµη στο χώρο Ηικανότηταµάθησης περιορίζεται σε αρουραίους µε αµφίπλευρη βλάβη του ιππόκαµπου µετά από ένεση στον ιππόκαµπο αναστολέων του NMDA υποδοχέα Μακρόχρονη Καταστολή στον Ιππόκαµπο (Long Term Depression) ιέγερση χαµηλής συχνότητας
Μακρόχρονη Καταστολή στον Ιππόκαµπο (Long Term Depression) Πλαστικότητα LTP LTD Μακρόχρονη Ενδυνάµωση & Μακρόχρονη Καταστολή στον Ιππόκαµπο
Επίδραση άλλων παραγόντων στη µάθηση Ορµόνες (επινεφρίνη, φλοιοτρόπος ορµόνη, αγγειοπιεσίνη) Πεπτίδια (εγκεφαλίνες, ενδορφίνες) Γενικές Αρχές για τη Μνήµη και τη Μάθηση Στον εγκέφαλο υπάρχουν πολλαπλά µνηµονικά συστήµατα Η ενεργός µνήµη απαιτεί αλλαγές στα υπάρχοντα νευρωνικά κυκλώµατα, ενώ η µακρόχρονη µνήµη απαιτεί σύνθεση νέων πρωτεϊνών και ανάπτυξη συνάψεων Οι αλλαγές αυτές µπορεί να αφορούν σε πολλαπλούς κυτταρικούς µηχανισµούς στο εσωτερικό µεµονωµένων νευρώνων Τα συστήµατα δεύτερων µηνυµατοφόρων µορίων φαίνεται ότι παίζουν ρόλο στη δηµιουργία των κυτταρικών αυτών αλλαγών Αλλαγές στις ιδιότητες των µεµβρανικών διαύλων συσχετίζονται συχνά µε τηµάθηση και τη µνήµη
Αναφορά ιατρικού περιστατικού (Case report) Γυναίκα, 43 ετών, προσκοµίζεται στο γιατρό από τους συγγενείς της, οι οποίοι ανησυχούν για την απώλεια της µνήµης της. Η ασθενής έχει ιστορικό συνδρόµου Down, άλλα όχι άλλα ιατρικά προβλήµατα. ιαµένει για πολλά χρόνια σε περιβάλλον υποβοηθούµενης αυτόνοµης διαβίωσης. Τον τελευταίο χρόνο ξεχνάει περισσότερο από το σύνηθες. Αντιµετωπίζει αυξανόµενη δυσκολία στην εκτέλεση απλών καθηµερινών εργασιών (να κάνει ένα τηλεφώνηµα, να ακολουθήσει οδηγίες, να κάνει οικιακές εργασίες). Έχει χάσει το δρόµο τηςκαιαντιµετωπίζει δυσκολία στο να ονοµάσει αντικείµενα και να διαβάσει την ώρα. Πολλές φορές δεν αναγνωρίζει παλιούς φίλους και ξεχνά προηγούµενες συζητήσεις. Η φυσική εξέταση επιβεβαιώνει το γνωστικό έλλειµµα και το έλλειµµα µνήµης. Μετά από πλήρη έλεγχο, δεν προκύπτει συγκεκριµένη αιτιολογία, και η ασθενής διαγιγνώσκεται µε. Νόσο Alzheimer Νόσος Αλτζχάιµερ 60 80% των περιπτώσεων άνοιας σε ηλικιωµένους. 5 10% του πληθυσµού > 65, 45% του πληθυσµού >85 Απώλεια προσοχής διαταραχή ενεργού µνήµης σοβαρές διαταραχές µνήµης: Ανοια Αφασία (απώλεια λεκτικών δεξιοτήτων) Απραξία (απώλεια κινητικών δεξιοτήτων) Σε τελικά στάδια, απώλεια κριτικής, λογικής και γνωστικής ικανότητας. Κύρια παθολογικά ευρήµατα: ιάχυτη ατροφία του εγκεφαλικού φλοιού διεύρυνση των κοιλιών Ατροφία του ιπποκάµπου Μικροσκοποικά ευρήµατα εναπόθεση Αβ αµυλοειδούς, ενδονευρωνική εναπόθεση συσσωµατωµάτων της πρωτεΐνης tau Εµπλοκή του γονιδίου ΑΡΡ (amyloid precursor protein) στο χρωµόσωµα 21 ; Σχέση µε το σύνδροµο Down Άλλα υποψήφια γονίδια: presenilin 1 & presenilin 2
http://nobelprize.org/mediaplayer/index.php?id=1456