Neurovetenskap Studier av (centrala) 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 Studier av (centrala) nervsystemet Varför intressant för kognitionsvetare? kul kan befästa/förkasta kognitionspsykologiska och lingvistiska teorier som vi utformat baserat på fenomenologiska undersökningar kan bidra till vår modell över kognitiv arkitektur som vi utformat baserat på fenomenologiska undersökningar visar på våra begränsningar i informationsbehandling – kan användas för att exempelvis skapa bättre inlärningsmiljöer

Abstraktionsnivåer Från neurotransmitters (kemiska substanser) upp till neurala system som implementerar kognitiva funktioner som exvis tal-artikulering

Centrala nervsystemet (CNS) Hjärnan + ryggraden 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) Hjärnan + ryggraden 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)

Neuroanatomi celebral cortex cerebellum vision ljudbehandling Celebral cortex: 1.5 – 3mm tjock matta i 4-6 lager. Skrynklig pga evolution utan att skallen utvidgats(?) cerebellum = lillhjärnan celebral cortex = hjärnbarken ljudbehandling långtidsminne för sinnesdata bl.a... cerebellum

Människans hjärna vs. djurens Mycket mycket lika, men... störst, relativt kroppsvikten (delfinen tvåa) växer mer än andra djurs efter födseln ... men det är inte säkert att storleken har betydelse Mycket mycket lika, men... störst, relativt kroppsvikten (delfinen tvåa) växer mer än andra djurs efter födseln ... men det är inte säkert att storleken har betydelse

Neuronen Liknar andra celler men Mycket känslig för störningar i 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) 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)

Neuronens uppbyggnad dendriter cellkropp hillock axon cellkropp (soma): innehåller bl.a. cellkärnan och organeller som ser till att cellen mår bra dendriter = samlar upp input från andra neuroner, utformningen av dem ger en viss typ av neuron sitt karakteristiska utseende axon = ”bredbandskabel” (snabb) mellan neuronen och dendriter hillock = platsen där cellkropp och axon möts dendriter cellkropp hillock axon

Neuronens viloläge (1) Potentiell energi i och runt neuronen Cellmembranet separerar inre och yttre förhållandena DNA i cellkärnan är negativt laddat. Neuronens omgivning är elektriskt neutral. Elektriska och kemiska krafter ger upphov till en potentiell energi i och runt neuronen. Detta är möjligt eftersom cellmembranet fungerar som en dammvägg mellan de inre och yttre förhållandena. DNA i cellkärnan är ett stort protein och alltså negativt laddat. Neuronens omgivning är elektriskt neutral.

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. I och runt neuronen finns bl a kalium-, natrium- och klorjoner (K+, Na+, C-). Natriumjoner (inklusive vidhäftande vattenmolekyler) är för stora för att penetrera cellmembranet. Kaliumjoner kan göra detta. Kalium dras in i cellen p g a elektrisk kraft. Klorjoner dras utåt p g a att kärnan är negativt laddad. Resultatet blir att det finns ett (kemiskt) överskott av kaliumjoner i cellen, och ett underskott av natrium- och klorjoner, jämfört med utsidan. Jämvikt uppnås vid -70 mV i neuronen.

Neuronens kommunikation (1) ”local potentials” – slö kommunikation nära vänner emellan ”action potentials” – blixtsnabb kommunikation för distansarbete ”local potentials” – slö kommunikation nära vänner emellan (cellkropp till cellkropp) ”action potentials” – blixtsnabb kommunikation för distansarbete (via axonen)

Neuronens kommunikation (2) - “action 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. I viloläget finns elektriska och kemiska krafter som drar natrium- och klorjoner mot neuronen och kaliumjoner ut ur denna. En receptor på neuronen retas av signalsubstans från en annan neuron. Portarna på receptorn öppnas under 1 ms. Natriumjoner strömmar in. Jonpumpen börjar arbeta för att återställa jämvikt genom att pumpa ut natriumjoner, men under tiden höjs spänningen i neuronen. Natriumjoner fördelar sig i neuronen och tunnas ut.

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. 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.

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

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” ”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”

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

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

Neural utveckling (1) - före födseln Ett mysterium Hur hjärnan utvecklas till en fullvuxen hjärna är i stora drag ett mysterium

Neural utveckling (2) - efter födseln Plasticitet – bygger på överproduktion av synapser fram till puberteten Utan stimulans utvecklas inte vissa centra Plasticitet – bygger på överproduktion av synapser fram till puberteten typ ”trial n error” Utan stimulans utvecklas inte vissa centra

Topografiska kartor (1) Ex: beröringscentra i hjärnbarken Ex: beröringscentra i hjärnbarken

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

Neuropsykologi Studiet av neuronimplementationen av minne, språk, medvetande etc. top-down: från kognitiv modell till neuronimplementation bottom-up: från neuronimplementation till kognitiv modell Studiet av neuronimplementationen av minne, språk, medvetande etc. top-down: från kognitiv modell till neuronimplementation bottom-up: från neuronimplementation till kognitiv modell

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

Vänster/höger hjärnhalva Vänster hjärnhalva kontrollerar högra delen av kroppen och tvärtom Synen nästan också Ena halvan ofta dominant för styrning av beteende Ex: språk finns i höger, motorik i vänster (för högerhänta) Vänster hjärnhalva kontrollerar högra delen av kroppen och tvärtom Synen nästan också Ena halvan ofta dominant för styrning av beteende Ex: språk finns i höger, motorik i vänster (för högerhänta)