Kora mózgowa i lokalizacja czynnosci psychicznych

1. Kora mózgowa i lokalizacja czynnosci psychicznych Inteligentne Systemy Autonomiczne Wykorzystano materialy z wykladu Prof. Włodzisława Ducha Uniwersytet Mikołaja Kopernika Janusz A. Starzyk Wyzsza Szkola Informatyki i Zarzadzania w Rzeszowie

2. Kora nowa • Kora nowa (łać. cortex = kora) jest odpowiedzialna za wyższe czynności poznawcze. • Ponad 8 mld neuronów. • Grubość • 1.5 mm (kora wzrokowa) • 4.5 mm (kora ruchowa). • Powierzchnia ok. 0.2 m2 (niektóre oceny nawet 1.5 m2), • widoczna tylko 1/3 na powierzchni bocznej, • pozostała część kory jest na powierzchni przyśrodkowej i podstawnej.

3. Kora nowa • 3 typy kory: • Izokora, • filogenetycznie młoda, 6 warstw. • Allokora – • paleokora (np. kora węchowa) i • archeokora (np. kora hipokampa), stara, 3 warstwy. • Mezokora – • kora pośrednia (np. w zakręcie obręczy, okolicach hipokampa).

4. Kora nowa • Zróżnicowane neurony: • głównie interneurony i • neurony projekcyjne (długie aksony). • Modularna budowa: • 3 lub 6 warstw o specyficznej organizacji. • Mikrokolumny – • zwykle 110 neuronów, • 220 w korze wzrokowej • Kolumny korowe.

5. Kora nowa

6. Kora nowa • Kora podzielona jest na dwie półkule, 5 płatów, liczne zakręty i bruzdy. • Powierzchnia boczna i podstawna kory, 4 płaty. • Powierzchnia przyśrodkowa kory, widoczny płat limbiczny. • Wyspa i wieczko (planum temporale). • Uszkodzenia rozwoju kory prowadzą do ciężkich upośledzeń. • Mity: matematyk bez kory o wysokim IQ (Szkocja). • Prawda: wyraźna korelacja stopnia uszkodzenia kory i upośledzeń poznawczych i ruchowych. • Duża plastyczność, jeśli uszkodzenia nastąpiły we wczesnym okresie rozwoju.

7. Kora nowa • Lokalizacja funkcji: frenologia (kranioskopia), • niezwykle popularna w XIX wieku. • 37 obszarów ze skłonnościami do • stałości, ostrożności, duchowości, kochliwości, opiekuńczości, zdolności językowych... • Gall i Spurzheim – • tysiące obserwacji potwierdzających ich system! • Pierwszy krok w stronę lokalizacji – • humor jest nawet niedaleko ...

8. Budowa czaszki • Frenologia nie ma szans, • mózg jest dobrze chroniony i jego kształt nie uwidacznia się na powierzchni. • Płyn mózgowo-rdzeniowy w przestrzeni między oponami i komorach.

9. Pobudzenia dochodzące do kory (aferentne) • Włókna kojarzeniowe z tej samej półkuli • pęczki, obręcze • Włókna kojarzeniowej przeciwległej półkuli • spoidła • Projekcje z wzgórza. • Projekcje z pnia mózgu.

10. Pobudzenia wychodzące z kory (eferentne) • Włókna kojarzeniowe z tej samej półkuli • pęczki, obręcze. • Włókna kojarzeniowej przeciwległej półkuli • spoidła. • Projekcje sensomotoryczne, skojarzeniowe i limbiczne do • prążkowia. • Projekcje ruchowe do • nerwów czaszkowych, pnia mózgu, i rdzenia.

11. Trzy funkcje kory • Analiza danych przychodzących ze zmysłów • Działania motoryczne • Wyższe czynności psychiczne: • planowanie, • myślenie, • analiza emocji

12. Pierwotne obszary sensoryczne • czuciowy (ból, dotyk, wibracje) – • płat ciemieniowy, za bruzdą centralną • wzrokowy – • płat potyliczny • słuchowy – • płat skroniowy • smakowy – • płat ciemieniowy, część brzuszna, schowana • węchowy – • płat skroniowy, kora okołomigdałowata i okołosklepieniowa • przedsionkowy (równowowagi) – • płat skroniowy

13. Obszary sensoryczne • Obszary pierwotne => • szczegółowa analiza bodźców zmysłowych o określonej modalności. • Do obszarów pierwszorzędowych przylegają wtórne obszary projekcyjno-kojarzeniowe => • analiza sensu, całości znaczeniowych bodźców, interpretacja. • Trzeciorzędowe obszary skojarzeniowe => • integracja informacji o różnych modalnościach. • Wysoce wyspecjalizowane obszary kory; • mózg nie jest uniwersalnym komputerem!

14. Dzialanie kory • Podstawowe mechanizmy przetwarzania informacji przez korę • mapowanie topograficzne • kodowanie populacyjne. • Analiza sygnałów: • odwzorowanie na powierzchni kory przy zachowaniu relacji topograficznej i redukcji wymiarowości.

15. Czucie i propriocepcja • Najlepiej znane są mapy somatosensoryczne i ruchowe. • Gryzonie - duża powierzchnia poświęcona wibrysom. • Człowiek - ręce, język.

16. Czucie i propriocepcja • Najlepiej znane są mapy somatosensoryczne i ruchowe. • Gryzonie - duża powierzchnia poświęcona wibrysom. • Człowiek - ręce, język.

17. Czucie i propriocepcja • Informacja somatosensoryczna (czucie ciała) • obszar SI z tyłu bruzdy centralnej. • Informacja przekazywana jest od receptorów: • dotyku, bólu, temperatury, wibracji, położenia kończyn, • przez nerwy czuciowe do wzgórza i kory SI. • Różne pobudzenia: • szybkie - ból ostry, • wolne - ból piekący. • Blokowanie wzajemne w rdzeniu – • ucisk pomaga zmniejszyć wrażenie bólu.

18. Czucie i propriocepcja • Pobudzenia z przeciwległych obszarów SI oraz pobliskich obszarów MI • za bruzdą centralną. • Twarz i język reprezentowane są po obu stronach, pozostałe części ciała przeciwlegle. • Zniszczenie kory SI powoduje zanik wrażeń czuciowych, • jednak ból i temperatura po pewnym czasie pojawiają się • pewna dyskryminacja możliwa jest we wzgórzu.

19. Czucie i propriocepcja • VPL=Ventral Posterior Lateral Nucleus = • jądro brzuszno-tylne boczne. • VPM = Ventral Posterior Medial Nucleus = • jądro brzuszno-tylne przyśrodkowe.

20. Czucie i propriocepcja

21. Funkcje sensoryczne i motoryczne • Mapy czuciowe: • drażnienie wywołuje wrażenia dotyku, łaskotania, swędzenia. • Pobudzanie kory z przodu bruzdy centralnej wywołuje zachowania ruchowe • całe wyuczone ruchy. • Drobne różnice pomiędzy mapą ruchową i czuciową. • Plastyczność i indywidualne różnice, • położenie w zakrętach podobne. • Budowa kolumnowa (baryłkowa): • na pobudzenia reaguje cała kolumna.

22. Funkcje sensoryczne i motoryczne • Kora SI ma 4 podobszary Brodmanna, • obszar 2 i 3a analizuje sygnały proprioceptywne, • obszar 3b dotykowe, • obszar 1 mieszane. • Proprioceptywne – • reakcje na ruch w określonym kierunku. • Obszar kory poświęcony analizie jest proporcjonalny do wagi bodźców. • Celem analizy jest precyzyjna dyskryminacja.

23. Rejony sensoryczne i motoryczne

24. Plastyczność map kory • Doświadczenia z małpami. • Zmiana wielkości obszaru kory na skutek stymulacji lub braku bodźców • po uszkodzeniu nerwu lub amputacji palca • Symulacje rozwoju map topograficznych po urazach mogą być przydatne w rehabilitacji.

25. Plastyczność map kory • Przykład plastyczności: • Uczenie się rozpoznawania palców u nóg. • Czy naprawdę wiemy, co czujemy? • Działanie neuronów nie zawsze jest precyzyjne: który palec u nogi został dotknięty? • Jeśli go nie widzimy dokładność odpowiedzi osiąga 80-90%. • Korelacja wzrok-dotyk szybko podnosi dokładność do 98%. • Chodzenie w butach po paru dniach obniży dokładność do początkowej. • Bez dyskryminacji nie potrafimy określić swoich wrażeń - jest to podstawa świadomej percepcji.

26. Plastyczność map kory • Dylemat plastyczności-stabilności • Za duża stabilność => brak adaptacji; • Za duża plastyczność => katastroficzne zapominanie. • Neurony: stabilność synaps i uczenie się. • Mózg: uczenie nowych faktów vs. stabilny obraz świata. • Społeczeństwa: stabilność i konieczność zmian. • Po co w mózgu mapy topograficzne? • Szczegółowa analiza sygnałów zmysłowych.

27. Transformacje senso-motoryczne wymagają nieliniowych przekształceń

28. Wtórna kora czuciowa SII • Tylko u ludzi i małp naczelnych. • W głębi bruzdy środkowej i bruzdy bocznej, • przednia część zakrętu obręczy. • Obszar kojarzeniowy dla wrażeń dotyku i bólu. • Komórki pobudzane są przez sygnały z większych obszarów ciała.

29. Wtórna kora czuciowa SII • Uszkodzenia SII i pobliskiej wyspy powodują asymbolię bólu - brak cierpienia (reakcji psychicznych) na ból, lub wywołują stały ból piekący (causalgia). • Dysocjacja pomiędzy wrażeniem bólu a reakcją emocjonalną – • Damasio podaje opisy przypadków osób po operacji (kora obręczy), po których pozostał ból, ale zniknęło cierpienie. • Opóźniona reakcja na ból – reakcja wiele minut po ukłuciu. • Środki przeciwbólowe obniżają aktywność kory przedniego zakrętu obręczy. • Ból wieńcowy - pobudzenie tego samego obszaru. • SII: interpretacja emocjonalna sygnałów czuciowych?

30. Dodatkowa kora czuciowa SSA • W płaciku ciemieniowym górnym. • Obszary czuciowe w płacie ciemieniowym • obszary 5 i 7 Brodmanna. • Złożone funkcje: • Stereognozja – identyfikacja dotykowa obiektów. • Rozpoznawanie kształtów, rozmiarów i tekstur. • Integracja wrażeń różnych modalności, szczególnie wzrokowo-czuciowych.

31. Dodatkowa kora czuciowa SSA • Agnozja (gr. a=negatywne, gnosis=wiedza) - • niezdolność do rozpoznania informacji zmysłowej. • Astereognozja - niezdolność do rozpoznania przedmiotów za pomoca dotyku. • Niezależna od zaburzeń czucia, • upośledzenie rozpoznawania kształtu przy prawidłowym rozpoznawaniu wielkości, faktury. • Większość agnozji należy rozpatrywać na wyższym poziomie. • Optyczna ataksja: niezdolność do działania pomimo prawidłowej analizy wzrokowej. • Np. nie można wlać wody do szklanki. • Uszkodzenia obszarów leżących w głębi przyśrodkowej koty ciemieniowej: • niezdolność do chwytania przedmiotów.

32. Kończyny fantomatyczne • Silne odczucie obecności amputowanych kończyn. • Reorganizacja kory czuciowej wynikająca z przypadkowych pobudzeń. • Nie pojawia się w przypadku porażenia kończyn dolnych (paraplegii).

33. Kończyny fantomatyczne • Chorzy z kończynami fantomatycznymi cierpią w nich silne bóle, wrastanie paznokci. • Leczenie przez pokazywanie im ruchu zdrowych kończyn, odbitych w lustrze. • Informacja wzrokowa pobudza tu korę SI i wywołuje jej reorganizację. • Eksperyment z butem: • ręka za zasłoną jest lekko uderzana jednocześnie z uderzeniami w but; • korelacja powoduje poczucie, że but jest częścią ciała; • silne uderzenie młotka w but wywołuje reakcję bólu.

34. Kończyny niechciane • Silne odczucie obecności amputowanych kończyn. • Zaczyna się w dzieciństwie, • "życie w ciele, które nie jest własne". • Traktowana jako obsesja, • pacjenci walczą o prawo do amputacji. • Kilku osobom w Anglii obcięto kończyny (BBC Horizon 'Complete Obsession' ). • Sprzężenie obszarów kończyn w SII z ciałem migdałowatym? • Leczenie przez pobudzanie nerwów czuciowych?