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

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.

Kora nowa 3 typy kory: Izokora, Allokora – Mezokora – 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).

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.

Kora nowa

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.

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 ...

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.

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.

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.

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

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) –

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!

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.

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

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

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.

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.

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

Czucie i propriocepcja

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.

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.

Rejony sensoryczne i motoryczne

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.

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.

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.

Transformacje senso-motoryczne wymagają nieliniowych przekształceń

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.

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?

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.

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.

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

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.

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?