Inteligentne Systemy Autonomiczne Działanie mózgu Wykorzystano materiały z wykładu Prof. Włodzisława Ducha Uniwersytet Mikołaja Kopernika Janusz A. Starzyk Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania w Rzeszowie

Dzialanie mózgu Schemat ogólny działania mózgu: receptory i efektory; regulacja organizmu; centrala przekazująca przefiltrowane infromacje; szybki szlak reakcji w systuacji zagrożenia, emocje dające chęć do działania, pamięć; wolniejszy szlak świadomego rozpoznania, analizy, określania wartości, planowania.

Dzialanie mózgu

Szlak świadomego rozpoznania Szlak świadomego rozpoznania - od receptorów zmysłowych, przez jądra wzgórza, do pierwotnej kory zmysłowej, pobudzenia kory interpretowane są jako podstawowe wrażenia wzrok, słuch, dotyk, oraz ich umiejscowienie miejsce ciała, relacje przestrzenne. Wtórna kora zmysłowa nadaje sens wrażeniom: co czuję, co z tym mam począć? Rozpoznawanie afektywne i kognitywne jest zwykle zintegrowane: rozpoznaję i czuję, że tak jest.

Metody badania aktywności mózgu Analiza urazów powypadkowych Kontrolowane uszkodzenia mózgu Techniki nie-inwazyjne

Analiza urazów powypadkowych Już Egipski papirus sprzed 3500 lat wymienia 28 uszkodzeń mozgu dokonywano wtedy trepanacji czaszki by wyciąć guzy. Arystoteles uznał serce za siedlisko uczuć i rozumu. W 3-cim wieku Herofilos, lekarz z Aleksandrii twierdził, że mózg odpowiedzialny jest za życie psychiczne. Galen z Pergamonu: uszkodzenia rdzenia, móżdżka i koordynacja ruchów. Andreas Vesalius (1514-1564, Flamandia), twórca nowożytnej anatomii, ostatecznie ustalił znaczenie mózgu. Kościół w tym czasie uznawał, że liczba żeber u mężczyzny powinna być z jednej strony mniejsza o jedno, tępiąc poglądy Vesaliusa ... Systematyczne badania skutków urazów rozpoczęło się w XIX wieku.

Kontrolowane uszkodzenia mózgu możliwe są tylko w badaniach na zwierzętach pozwalają na analizę tylko prostych zachowań. Hitzing i Fritsch, koniec XIX wieku stymulowali elektrycznie mózgi zwierząt. Operacje u pacjentów cierpiących na padaczkę: mapy Wilreda Penfielda z lat 1950.

Techniki nie-inwazyjne Elektoencefalografja, EEG Magnetoencefalografia, MEG Arteriografia lub angiografia Tomografia rentgenowska, CAT Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT Pozytonowa tomografia emisyjna, (PET) Magnetyczny rezonans jądrowy, (NMR) Funkcjonalny MRI, fMRI Magnetic Resonance Spectroscopy, MRS

Techniki nie-inwazyjne Elektoencefalografja, EEG EEG pozwala wczesnie wykryć głuchotę, skłonności do padaczki, zaburzenia neurologiczne. Badania potencjałów wywołanych (ERP) czyli wiele uśrednionych sygnałów EEG Charakterystyczne sygnały pojawiają się po 300 msek Wzrost amplitudy proporcjonalny do stymulacji. Magnetoencefalografia, MEG podobnie jak EEG, ale pozwala dotrzeć do głębszych źródeł. Zalety: szybkozmienne sygnały. Wady: kosztowna aparatura, trudna interpretacja.

Techniki nie-inwazyjne Arteriografia lub angiografia po wstrzyknięciu kontrastu wykonuje się zdjęcia rentgenowskie, obrazuje tetnice.

Techniki nie-inwazyjne Tomografia rentgenowska, CAT można wykryć guzy, dobrze widoczne różnice, kość-tkanka miękka, ale słabo widoczne tkanki. wiązka krąży wokół głowy, z licznikiem po drugiej stronie. dość bezpieczna i tania.

Techniki nie-inwazyjne Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT Spektroskopia pojedynczych fotonów z promienio-twórczych jąder ksenonu 133, jodu lub technetu Tłumienie zależy od tkanki, przez którą przechodzą fotony - powoduje to słabą rozdzielczość. Pozwala używać związków pochłanianych przez specyficzne struktury mózgu. Pozwala wykryć różne substancje. Rozdzielczość czasowa rzędu 1 min, przestrzenna kilka cm.

Techniki nie-inwazyjne Pozytonowa tomografia emisyjna, (PET) wykrywa wprowadzony do krwi promieniotwórczy znacznik (np. glukoza z węglem 11C) podlegający rozpadowi beta i wysyłający pozytony. pozytony anihilują z elektronami dając pary kwantów gamma, wykrywanych przez pary liczników wokół głowy. Konieczny akcelerator do wytwarzania krótkotrwałych substancji promieniotwórczych, 11C, 18F, 15O, 13N. Umożliwia obrazowanie przepływu krwi na bieżąco, wykrywanie ognisk padaczki, guzów mózgu. Eksperymenty psychologiczne – zwiększona praca danego obszaru zwiększa zapotrzebowanie na energię = dopływ krwi. PET po raz pierwszy pokazał lokalizację wielu funkcji psychicznych.

Techniki nie-inwazyjne Pozytonowa tomografia emisyjna, (PET)

Techniki nie-inwazyjne Magnetyczny rezonans jądrowy, (NMR) zwany rezonansowym obrazowaniem magnetycznym (MRI). anatomiczny MRI: rezonans jąder wodoru, pozwala mierzyć gęstość tkanki, duża rozdzielczość rzędu 1 mm. rekonstrukcja 3-D w różnych przekrojach. Funkcjonalny MRI, fMRI Rezonans jąder tlenu, pokazuje sygnał BOLD (Blood Oxygen-Level Dependent), czyli przepływ krwi. Tańszy od PET, nie wymaga izotopów. Magnetic Resonance Spectroscopy, MRS pozwala na pomiar koncentracji różnych pierwiastków.

Techniki nie-inwazyjne Magnetyczny rezonans jądrowy, (NMR) Funkcjonalny MRI, fMRI Magnetic Resonance Spectroscopy, MRS

Przyszłość technik nie-inwazyjnych Połączenie MEG z fMRI, szybkość i precyzja można obserwować aktywność przy ruchu poszczególnych palców niestety ta technika rozwija się powoli. Ciekawe rezultaty wynikające z neuroobrazowania. kobiety mają znacznie więcej białej (9x) a mniej szarej materii (6.5x), której objętość skorelowana jest z wynikami testów IQ. u mężczyzn najsilniejsze korelacje dotyczą płatów ciemieniowych i czołowych, u kobiet jest to prawy płat czołowy i obszar Broca.

Przyszłość technik nie-inwazyjnych Transcranial Magnetic Stimulation (TMS), czyli magnetyczna stymulacja przezczaszkowa Pozwala na selektywną i bezinwazyjną stymulację wybranych obszarów mózgu. Osiągana precyzja jest rzędu milimietrów. TMS ma też zastosowania terapeutyczne w depresji, halucynacjach, padaczce. Literatura Haier RJ, Jung RE, Yeo RA, et al. The neuroanatomy of general intelligence: sex matters. NeuroImage 25:320-327, 2005.