A kognitív fejlődés meghatározói: Genetika és plaszticitás Pl éh Csaba pleh@ cogsci.bme.hu

1. A kognitív fejlődés meghatározói: Genetika és plaszticitásPléhCsaba pleh@cogsci.bme.hu Előadás a KAB keretében Kolozsvár, 2008. január 11

2. A kognitív genetikai zavarok jelentősége: gének-agyak-gondolatok Disszociációsfejlődési modellek és a kognitív modularitás: külön rendszerek mindenre? Williams szindróma mint többféle disszociáció példája A disszociáció empirikus megkérdőjelezése Következmények az emberi neoformációk értelmezésére: Epigenetikus beállítások A plaszticitás lehetséges logikája Morfológiai stabilitás és változékonyság Funkcionális plaszticitás: A tanulás és a Hebb modell Reprezentációk relativitása: Lashleytől a kétnyelvűig s a zenészig Plaszticitás és kor : a fejlődési ablakok Plaszticitás és restitució: a sérülés kiegyenlítése Genetikai meghatározottság és plaszticitás: epigenetikus szabályok Áttekintés

3. Fejlődési modellek a tudásra (Cziko, 1995)

4. A fejlődés magyarázó modelljei a genetikára applikálva (Cziko)

6. A plaszticitás lehetséges logikája

7. Morfológiai stabilitás és változékonyság • Klasszikus kép: konzervatív idegrendszer • - stabil pályák és reprezentációk • - nincsen regeneráció, limitált sejtszám • Kérdőjelek: a bonyolult rendszer ‘beállításához’ tapasztalat kell

8. Változatok a tapasztalatfüggésre • Kapcsolati változások Tanzi, 1893 • Ramon Y Cajal 1894: az agy kerthez hasonló, ágaik és gyökereik gondozással burjánoznak. Arborizációval  okosság.

9. Lashley kritikája • Túl lassú lenne az arborizációs növekedés a tanulás pedig gyors • Equipotencialitás: a kérgi részek kiváltják egymást. • Tömeghatás (Mass Action): minél nehezebb a feladat annál több agyszövet kell, s a tanulás zavara a szövetirtással arányos. • Mai hálózati holizmus kiindulása lesz

10. Agyi morfológia és a tapasztalat:Még a hálózatelméletek előtt

11. Ranschburg (1923) • Az agy véredényei a szellemi munkának megfelelően szabályozódnak • A neuroglia Schaffer szerint kulcs szerepet játszik a neuronok anyagcseréjében

12. Hogyan vizsgálják ezt? UC Berkeley D. Krech és Mark Rosenzweig

13. Tapasztalati morfológiai hatás a kéregben • D. Krech és Mark Rosenzweig munkái 1960-1990. Sok száz állat, gazdag és szegény környezetben (Hebb még a lakásban) • A 25-105 nap közti gazdag környezet kérgi morfológiai változásokhoz vezet • Tanulás is javul • Krech: konvergencia, a tenyésztés ugyanide hat

14. További fejlemények neurális mozzanatokról is a tapasztalat hatásra Greenough: > kapiláris volumen > több glia occipitális > szinapszis/neuron > dendritikus tér > serkentő szinapszis Majmoknál kisebb az occpitális hatás. Talán Feladatfüggő, magasabb vizuális területeken a hatás És specificitás: célzási feladat, cerebelláris Purkinje változás, mókuskerék: csak ér változás a kisagyban. Vagyis neurális feldolgozás függő a neurális változás.

15. Sajátosan emberi hatások(nem kísérleti, hanem élethatások) • BOB JACOBS, MATTHEW SCHALL, AND ARNOLD B. SCHEIBEL (1993) Wernicke hatások • Iskolázottsággal nő • Bal oldalon hosszabb • Nőknél hosszabb a dendrit • Életkorral romlik : korreláció – 0.69

16. Újabb eredmények, 90-es évek, Kolb Tapasztalat Drogok Nemi hormonok COX-2 enzimgátló gyulladáscsökkentők Étkezés NGF Genetika Stressz Betegség Agysérülés Dendritek Tüskék Tüskézettség Szinapszis szám

17. Néhány finomítás • Fiatal állat: dendrit hossz >tüskesűrűség < • Felnőtt : dendrit hossz >tüskesűrűség > • Kis állat: napi 3 x15 perc kefélgetés < tüskesűrüség, dendrit hossz marad • Prenatális hatások is vannak • Drog: tüske szaporulat érzékeny jutalom helyeken, prefrontális , nucleus accumbens

18. Mai elképzelés a változásokról, Knudsen nyomán

19. Funkcionális plaszticitás: A tanulás és a Hebb modell, 1949 • Konnektivitás nő a hálózatokban • Szinaptikus hatékonyság változás=tanulás • Ha A sejt axonja elég közel van elég közel van, hogy B sejtet ingerelje, s ez ismétlődik, akkor valamilyen növekedési folyamat vagy anyagcsere változás révén valamelyik vagy mindkét sejtben megnő A hatékonysága B ingerületbe hozására. • Reverberáló körök, sejteggyüttesek

20. Hebb öröksége • Lurija : ‘funkcionális szervek’ • Ez fejezné ki azt, hogy a kéreg mint morfológiai képlet hajlékonyságra van ‘tervezve’ • Donald: a ‘kultúrák’ mint neuropszichológiai szerveződések • Az egész konnekcionista mozgalom ebből épít hálózatokat: Mi minden lesz magyarázható a Hebb típusú tanuláson alapuló hálózatokkal? • Kandell pedig az elemi tanulási modell metabolikus oldalát keresi ennek

21. Eljutunk Pavlovtól Kandelig • A Harvardon 19 és 20. századi Európai történelem és irodalom szakdolgozat: The Attitude Toward National Socialism of Three German Writers: Carl Zuckmayer, Hans Carossa, and Ernst Junger címmel a fasizmus intellektuális pusztításairól. • Mindez pszichoanalitikus érdeklődéssel járt együtt a bécsi emigránsnál

22. Freudtól a tanulásig csigáknál • Személyes kapcsolatai – Kris – révén is pszichoanalitikus akar lenni. Ehhez keresi a tanulást. • „először a Harvardon kezdett érdekelni a tanulás, ahol B.F. Skinner, a vezető behaviorista uralkodó tényező volt az 1950-es években. Már akkor világos volt számomra, hogy a tanulás és az emlékezés kulcskérdések a viselkedésben, s így a pszichopatológiában és a pszichoterápiában. Semmit sem tudtunk a tanulás és emlékezés sejt működéseiről, s most kezdtek hozzáférhetővé válni a sejtes kutatási módszerek. ” • Pszichiátria rezidens képzésem során elkezdtem Hilgardot és Skinnert olvasni… Rájöttem, hogy az alkalmazott paradigmák– habituáció, szenzitizáció, klasszikus és operáns kondicionálás –jól alkalmazhatóak egy elszigetelt Aplysia ganglionnál, elektromos ingerlés mellett

24. Reprezentációk relativitása: Lashleytől a kétnyelvűig s a zenészig • Eddig: általános morfológiai módosulás illetve funkcionális modell a tanulásra • Hubel-Wiesel, Spinneli óta – ‘60as évek – speciális reprezentációk is tapasztalatérzékenyek • Mennyire szigorúak maguk az ‘agytérképek’? • Lashley szerint nem, bizonyos helyek nincs is térkép, ezt veszik fel boldogan a konnekcionisták: masszív elementarizmus egy holisztikus modellt nyújt

25. A viszonylagosság példája: kétnyelvű • Kétnyelvűnél sűrűbb a szürke állomány a parietális kéregben • Minél jobban tudja • Minél korábban tanulta

26. Korainál nagy átfedés, késeinél szeparált Kim et al, 1997

27. ZenészekSluming et el, 2002: zenekari zenésznél sűrűbb szürke állomány Broca területen • Sluming et el, 2002: zenekari zenésznél sűrűbb szürke állomány Broca területen • Strukturálisan nagyobb a motors kérek, a planum temporale és a corpus callosum elülső része • Speciális reprezentációs változások. Újjak leképezése összekapcsolódik

28. Plaszticitás és restitució: a sérülés kiegyenlítése • Klasszikus felfogás: szerzett, korai szerzett és genetikai zavar azonos logika szerint értelmezhető. • Két átalakulás az utóbb 20 évben: • architektúra előtti zavar az egész képet nem csak egyes mechanizmusokat alakít Thomas és Karmilofff-Smith. • Masszív tanulási beavatkozások . Merzenich és Tallal. Korai, napi több órás, hónapokig tartó gyakorlás pl. diszlexia megelőzésre. • Optimista kép, mely a zavart nem tagadja, de a megmaradó komputációs mező széles használatával optimista

29. A genetikai eredetű kognitív zavarok relevanciája • Klasszikus disszociációs logika • Modulok a kognitív építményben : megfelelnek a géneknek • Gén Agy Megismerési modul remények • Vagy: Átfogó architekturális zavar • Vagy a fejlődés még zavartan is kibontakozás

30. Hogyan bontakozik ki viselkedésesen egy világosan genetikai eredetű zavar? • Kiindulás: disszociatív logika. Valami hiányzik a génekben, ami egy dolgot szabályoz, s ez hiányzik a megismerésben is. • E helyett: összetettebb meghatározottság, számos szabályozó gén van. Időzítések s fejlődési dinamika

31. WILLIAMS SZINDRÓMA:KOGNITÍV PROFIL • WS neurogenetikus zavar 7. kromoszóma részének deléciója • IQ 50-80 • Jó arcészlelés • hiperszociábilitás • számolási zavarok • Téri orientáció zavarai • Viszonylag jó nyelvi készségek

32. A WS genetikája 7. kromoszóma hosszú karján

33. Tipikus és atipikus deléciók(Meyer-Lindenberg ls Mervis)

34. Javasolt disszociációk • Jó nyelv – Rossz tér • Jó nyelvtan – Rossz szókincs • Jó szocialitás – Rossz végrehajtó működés

35. Vizsgálati személyek

36. Barátaink

37. Lehetséges mintázatok Lassabb, egyéni eltérések Normális

38. Eredményeink típusai

39. Gyenge téri kognició (Bellugi)

40. DISSZOCIÁCIÓ Téri megismerés nehézségei, viszonylag jó nyelvvel együttLukács Ágnes, Kovács Ilona, Pogány Gábor és Racsmány Mihály

42. Szabályos-kivételes ragozás, Lukács (Pinker-Clahsen kritika)

43. A téri nyelv: lassabb, de azonos mintázatú

44. Mi történik, ha téri és nem téri jelentést vetünk össze?Lukács Ágnes, 2004 • Az oroszlán megszökött a ketrecből. • Pisti tanult a balesetből • Mondatbefejezés • Három lehetőség • Téri mindig könnyebb • WS könnyebb a nem téri • Csökken az eltérés, mert nem kell kilépni a térbe

45. Teljesen tipikus: Másik tekintete szótanulásnál (Lukács-Pléh, Baron-Cohen et al.)

46. Hogy van mindez az agyban?

47. Sulcus parieto-occipitalis Reiss et al, J Cog Neurosci volume 12 Suppl 1

48. Genetikai meghatározottság és plaszticitás: epigenetikus szabályok • A ‘genetikai determinizmus’ egészen 1980-ig a plaszticitás ellentéte • Ma plasztikusabb genetika. Ez együtt jár a genom rácsodálkozással. • Nincs oly sok gén, s javarészt állatiak. Csalódtunk a mendeli mechanikus képben: minden kognitív vonás egy sajátos gén által szabályozódna.

49. Új megfontolások • egy többkomponensű rendszer elemei nem függetlenek, adaptív funkciójuk közös lehet. Vö. szürkületi és nappali látás • az idegrendszer adaptív, éppen genetikailag hajlékony • a genetikai kognitív zavarok is fejlődési úton válnak az ismert sérült képpé

50. Kanalizáció • Többdimenziós epigenetikus térkép A fejlődés maga a golyó útja • A mély csatornák evolúciós eredetűek Conrad Waddington