1 Neurovetenskap Studier av nervsystemet Varför intressant för kognitionsvetare? kul kan befästa/förkasta kognitionspsykologiska och lingvistiska teorier kan bidra till vår modell över kognitiv arkitektur visar på våra begränsningar i informationsbehandling

2 Neuropsykologi Studiet av implementationen av minne, språk, medvetande etc genom att studera hjärnskador och människor med hjärnskador Traditionellt top-down: från kognitiv modell (utifrån den hjärnskadades bibehållna/förlorade funktioner) till neuronimplementation (avbilder av hjärnan) Nu även bottom-up: från neuronimplementation till kognitiv modell (konnektionismen)

3 Minne (exempel på top-down slutsats) Amnesi påverkar bara deklarativt minne. - Bevis för att deklarativt och procedurellt minne är biologiskt skilda åt

4 Abstraktionsnivåer CNS Anatomi Celler Neuronal utveckling Topografiska kartor Neuronens viloläge Neuronens kommunikation Neurologi vs konnektionism

5 Centrala nervsystemet (CNS) Hjärnan + ryggmärgen Uppgift: kontrollcenter för tolkning av sensor-indata styr tanke- och den fysiska verksamheten Hjärnan är det mest aktiva organet i hela kroppen (förbrukar 15-20% av allt syre)

6 Neuroanatomi cerebellum cerebral cortex vision Wernicke’s area: språkförståelse Omdöme, initiativ, planering, målinriktad aktivitet, Broca’s area: Produktion av språk Smärta, sensibilitetmotorik Hjärnstam

7 Hjärnans celler Gliaceller Upprätthåller ”Blod-hjärnbarriären” - Omgärdar de flesta blodkärlen i hjärnan, filtrerar blodtillförseln och avlägsnar överflödiga/ovälkomna substanser Duplicerar sej på platser för skador och tar bort skräp, skapar ärrbildning Formar myelinet kring vissa neuroners axon – En process som är avgörande för utvecklandet av kognitiva och motoriska funktioner (MS) Neuroner

8 Neuronen Liknar andra celler men kan skicka och ta emot stora mängder signaler kan inte duplicera sig själva – vuxnas hjärnskador blir permanenta Mycket känslig för störningar i syretillförseln (dör inom minuter) omgivningens ämnesinnehåll (gifter, men även förhöjda halter av naturliga ämnen) – Skydd: ”Blod- hjärnbarriären”

9 Neuronens uppbyggnad cellkropp axon dendriter hillock

10 Neural utveckling (1) - före födseln Ett mysterium Tillväxttakt under en viss period: flera hundra tusen neuroner / minut Migrationsfasen: neuronerna vandrar längs gliacellspår till sina ”adresser” Migrationsfel: dyslexi Aggregationsfasen: gruppering och positionering Differentiationsfasen: axoner växer, kopplingar formas, kretsar ”prunas” ner till funktionella vägar Pågår hela uppväxten

11 Neural utveckling (2) - efter födseln Myelination Plasticitet bygger på överproduktion av synaps-kopplingar Stimulans AO för utveckling (OCH bibehållande) - Djurförsök har visat: påverkan av storleken på cortex densitet av gliaceller antalet synaptiska kopplingar Utveckling sker i olika peroder i olika delar av hjärnan, ex synbarken (2-5 mån), språkcentra (0-5 år), frontalloben (0-... år)

12 Vänster/höger hjärnhalva Vänster hjärnhalva kontrollerar motorik/sensorik i högra delen av kroppen och tvärtom Synen nästan också Ena halvan ofta dominant för styrning av beteende Vänster: språk, finmotorik för högerhänta Höger: visuo-spatiala funktioner (neglekt)

13 Topografiska kartor (1) Ex: beröringscentra i hjärnbarken

14 Topografiska kartor (2) Kan förändras pga yttre stimuli Kan variera något mellan individer Neuronnätverket bestäms av både genetiskt arv och miljö

15 Neuronens viloläge (1) Potentiell energi i och runt neuronen Cellmembranet separerar inre och yttre förhållandena DNA i cellkärnan är negativt laddat.

16 Neuronens viloläge (2) I och runt neuronen finns bl a kalium-, natrium- och klorjoner (K+, Na+, C-). Kalium dras in i cellen p g a elektrisk kraft. Klorjoner dras utåt p g a att kärnan är negativt laddad. => överskott av kaliumjoner i cellen, och ett underskott av natrium- och klorjoner, jämfört med utsidan. Jämvikt uppnås vid -70 mV i neuronen.

17 Neuronens kommunikation (1) ”local potentials” – slö kommunikation nära vänner emellan ”action potentials” – blixtsnabb kommunikation för distansarbete

18 Neuronens kommunikation (2) - “local potentials” En receptor på neuronen retas av signalsubstans från en annan neuron. Portarna på receptorn öppnas under 1 ms. Natriumjoner strömmar in. Jonpumpen börjar pumpa in natriumjoner för att återställa jämvikt men under tiden höjs spänningen i neuronen... Natriumjoner fördelar sig i neuronen och tunnas ut.

19 Neuronens kommunikation (3) - ”action potentials” Om tillräcklig koncentration av natriumjoner når hillock (så att spänningen där höjs till -55 mV) öppnas portarna i hillock. Då strömmar natriumjoner in p g a elektrisk och kemisk kraft. Natriumjonerna sprids nedåt i axonet eftersom spänningen är lägre där (-70 mV). Om koncentrationen av natriumjoner ger upphov till spänningsökniing till -55 mV längre ned i axonet (vid nästa port) öppnas denna port, o s v.

20 Neuronens kommunikation (4) - hämmande signaler signaler kan både verka exciterande och hämmande på mottagarneuronen

21 Neuronens kommunikation (5) - avfyrningshastighet ”action potentials” varar 1-10 ms och kan färdas med 100 m/s avfyrningshastigheten varierar mellan en och hundratals signaler per sekund förändring i avfyrningsfrekvens betyder ”beräkning pågår”

22 Neuronens kommunikation (6) - synapsen Ställe där neuroner utbyter info på kemisk väg Presynaptisk cell = sändare Postsynaptisk cell = mottagare

23 Neuronens kommunikation (7) - synapsen Bild från ett elektronmikroskop

24 Neurologi vs konnektionism Nervfibrer är inte bidirectional (backprop-alg) Frekvens + fas (ANN saknar fasinfo) Multipla neurotransmittorer, många olika typer av neuroner Mikrokretsar i dendriterna som utför komplexa, ickelinjära beräkningar => synapserna basen för neuronal beräkning, ej neuronerna