Neurovetenskap Studier av nervsystemet

En presentation över ämnet: "Neurovetenskap Studier av nervsystemet"— Presentationens avskrift:

1 Neurovetenskap Studier av nervsystemet
Varför intressant för kognitionsvetare? kul kan befästa/förkasta kognitionspsykologiska och lingvistiska teorier kan bidra till modeller för kognitiv arkitektur visar på människans begränsade förmåga att behandla information visar på människans gränslösa möjligheter att förbättra förmåga

2 Innehåll CNS Neuropsykologi Anatomi Celler Neuronal utveckling
Topografiska kartor Neuronens viloläge Neuronens kommunikation Neurologi vs konnektionism

3 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)

4 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)

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

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

7 Neuroanatomi a. Wernickes afasi c. Alexi men ej agrafi b. Brocas afasi
MS

8 Hjärnans celler Gliaceller Neuroner
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

9 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) – Skydd: ”Blod-hjärnbarriären”

10 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

11 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

12 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)

13 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)

14 Topografiska kartor (1)
Ex: beröringscentra i hjärnbarken

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

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

17 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.

18 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)

19 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. 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.

20 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 spänningsökning till -55 mV längre ned i axonet (vid nästa port) öppnas denna port, o s v.

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

22 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”

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

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

25 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