Inteligentne Systemy Autonomiczne Kontrola ruchu W oparciu o Neural Basis of Thought and Language J. Feldman, i Neurobiology, A. Nighorn and J. Hildebrand, The University of Arizona, oraz wykład Prof. Włodzisława Ducha Uniwersytet Mikołaja Kopernika Janusz A. Starzyk Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania w Rzeszowie

Kontrola ruchow Oprócz analizy sensorycznej najważniejszym zadaniem mózgu jest kontrola ruchów. 640 mięśni szkieletowych nawet najprostsze ruchy wymagają złożonej kontroli Szlaki ruchowe kora ruchowa => śródmózgowie, most, rdzeń przedłużony => rdzeń kręgowy => mięśnie. kora ruchowa => móżdżek, most, rdzeń przedłużony => rdzeń kręgowy => mięśnie.

Kontrola ruchow Trzy główne obszary ruchowe 640 mięśni szkieletowych Pierwotna kora ruchowa (MI, obszar 4 Brodmana) Kora przedruchowa (MII, obszar 6 Brodmana) Dodatkowa kora ruchowa (SMA, obszar 6 Brodmana)

Kontrola ruchow Pobudzenia z kory czuciowej (rekacje na bodźce), brzusznobocznego jądra wzgórza (połączonego silnie z móżdżkiem) kory przedruchowej MII (ruchy planowane).

Kontrola ruchow Dodatkowa kora ruchowa (SMA) organizacja również topograficzna. Stymulacja: złożone ruchy, przygotowanie postawy ciała. Organizacja sekwencji ruchów, np. obu rąk. Działania ruchowe wymagające pamięci.

System kory ruchowej Kora przedruchowa Planowanie ruchu/sekwencje ruchow Duzo projekcji do M1 Ale tez duzo projekcji do sciezki piramidalnej Uszkodzenia => brak bardziej zlozonej koordynacji ruchu Stimulacja => bardziej zlozone ruchy Dwa oddzielne rejony kory SMA (srodkowo-grzbietowa) Zaangazowana przy wewnetrznej generacji ruchow Kora przedruchowa (PMC) Zaangazowana przy ruchach kierowanych z zewnatrz

System kory ruchowej W korze ruchowej decyzje podejmowane są przez uśrednioną aktywację całej populacji, nie przez pojedyczne neurony.

Neurony lustrzane U naczelnych i niektórych ptaków kora czołowa przedruchowa jak i kora dolnej części płata ciemieniowego zawiera neurony aktywne zarówno w czasie własnego działania jak i obserwacji podobnego działania innych. Prawdopodobne funkcje: rozumienie intencji: inne neurony reagują na „uchwyć i połóż” a inne na „uchwyć i zjedz”. Empatia: u ludzi przednia część wyspy i kora dolnoczołowa (IFC) reaguje zarówno na emocje własne jak i obserwowane u ludzi, im silniejsze jest poczucie empatii (kobiety!) tym silniej (Jabbi i inn, NeuroImage, 2006) Język: IFC jest blisko obszaru Broca, rozumienie gestów i mowy może być ze sobą powiązane. Teoria innych umysłów, autyzm to uszkodzenie neuronów lustrzanych?

Czy Ja jestem przyczyną działania? Farrer & Frith, Experiencing Oneself vs Another Person as Being the Cause of an Action: The Neural Correlates of the Experience of Agency Neuroimage 15, 596, 2002. Świadomość własnego działania (rysowania dźojstikiem) związana jest z aktywnością przedniej części wyspy (AIC), a świadomość, że uczestniczy się biernie i inna osoba wykonuje ruchy z aktywacją dolnej kory ciemieniowej (IPC). AIC: integracja wielomodalnych informacji zmysłowych związanych z własnym wolicjonalnym działaniem. IPC: reprezentacja ruchu w układzie niezależnym od własnego położenia?

Refleks Bardzo mały albo żaden wpływ kory ale bardzo szybkie Mięsnie mogą tylko ciągnąc

Ruchy Rytmiczne

Ruchy Rytmiczne

Ruchy Rytmiczne

Oddychanie

Oddychanie

Empatia Jackson i inn, Neuroimage (2005) ACC gra rolę w analizie i zachowaniach związanych z unikaniem bolesnych zdarzeń, łącząc funkcje uwagi i oceny by określić jak istotna jest emocjonalna wartość zdarzenia i jaki mu nadać priorytet. Kora wyspy AIC otrzymuje informacje o sygnałach bólu monitorując fizjologiczny stan ciała; ACC i AIC reagują na cudzy jak i własny ból.

Samorozpoznawanie G.G. Gallup, Self-recognition in primates: A comparative approach to the bidirectional properties of consciousness. American Psychologist 32: 329-38 (2002); Dotychczas rozpoznawały się szympansy, orangutany, goryle, słonie, delfiny. Koncepcja „ja” => zdolność do empatii, rozumienia stanów mentalnych innych istot. Test kierunku spojrzenia: jeśli jedzenie wskazuje dwóch ludzi, jeden z przepaską na oczach, to szympans zwykle wybiera wskazówki tego bez przepaski. Odczytywanie stanu umysłu innych istot pozwala na przewidywania. Czy ze zdolności do odczytywania stanu innych zrodziła się samoświadomość?

Różne ‘Ja’ w mózgu Northoff i inn, Self-referential processing in our brain - a meta-analysis of imaging studies on the self. Neuroimage 31, 440, 2006 CMS, Cortical Midline Structures, korowe struktury przyśrodkowe, są siedliskiem procesów odnoszących się do „ja” w testach werbalnych, przestrzennych, emocjonalnych, rozpoznawania twarzy. Dobrze ukryte, rzadko ulegają uszkodzeniom, pośredniczą w komunikacji pomiędzy układem limbicznym, pniem mózgu i korą. Proto-ja: ciało, autobiograficzne ja: pamięć; społeczne ja: relacje.

Intencje w mózgu Hayens i inn, Current Biology 2007: dostaniesz za chwilę dwie liczby, możesz je dodać lub od siebie odjąć ... a aktywność przyśrodkowej kory czołowej mi pokaże, jakie są Twoje intencje ...

Czy „Ja” podejmuje decyzje? B. Libet i inn. The Volitional Brain: Towards a Neuroscience of Free Will. Imprint Academic 2000 Klasyczne doświadczenia Libeta: stymulacja palca odczuwana jest 500 ms przed stymulacją kory. Obserwacja potencjałów gotowości RP 300 ms przed wrażeniem podjęcia decyzji o naciśnięciu przycisku, najpierw są plany ruchu, potem decyzja a nie odwrotnie. Czy wola ma prawo weta? Wątpliwe. Trevarna & Miller 2002, inni. Doświadczenia z TMS: chociaż 80% wybiera stymulowaną rękę, wybór odczuwany jest jako „wolny”.

System kory ruchowej Skąd się biorą instrukcje ruchu w MII? Kora przedruchowa - znaczenie dla pamięci

System kory ruchowej Dokładniejszy schemat uwzględniający projekcje wzgórzowe.

Móżdżek Pozaświadoma, precyzyjna kontrola i synchronizacja ruchów w trakcie pracy. Najważniejsza struktura u ryb i płazów, większa część mózgowia. Ok. 30 mld neuronów, 4 x tyle co w korze, ale 10 razy mniej połączeń. Część rdzeniowa, centralna - napięcie mięśni, sygnały czuciowe z rdzenia, oraz słuchu i wzroku => bieżąca kontrola ruchów. Część przedsionkowa - płacik kłaczkowo-grudkowy, kontrola równowagi, połóżenie oczu i głowy. Część mózgowa - półkule móżdżku, pamięć ruchów: pomiędzy korą a mostem, gdzie włącza się w kontrolę ruchów.

Móżdżek Przede wszystkim koordynacja ruchów celowych, utrzymanie równowagi, wygładzanie poleceń wysyłanych do mięśni, regulacja napięcia mięśni. Uszkodzenia powodują wady postawy, brak koordynacji ruchów, niezgrabność, brak precyzji ruchów, drżenie ciała, niewyraźną mowę, nystagmus (gwałtowne ruchy gałek ocznych). Pamięć niektórych odruchów, np. spadania na 4 łapy u kota. Bierze udział również w korygowaniu ruchów sakkadycznych.

Podsumowanie funkcji kory Cztery płaty kory Płat potyliczny Płat skroniowy Płat ciemieniowy Płat czołowy Inne główne obszary mózgu Płat limbiczny i jego okolice Móżdżek Pień mózgu śródmózgowie, most, rdzeń przedłużony

Płat potyliczny Widzenie Skojarzenia wzrokowe analiza koloru, ruchu, kształtu, głębi Skojarzenia wzrokowe ocena, decyduje czy wrażenie jest analizowane i jaki jest jego priorytet Wyniki uszkodzeń płata potylicznego dziury w polach wzrokowych (skotoma); trudności w umiejscowieniu widzianych obiektów; halucynacje wzrokowe; niedokładne widzenie obiektów; trudności w rozpoznawaniu kolorów, znaków, symboli, słów pisanych, rysunków, ruchu obiektu; trudności z czytaniem i/lub pisaniem

Płat skroniowy Zakręt górny i wieczko słuch muzyczny, fonematyczny i wrażenia dźwiękowe Obszar Wernickego rozumienie mowy, gramatyka Zakręt dolny rozpoznawanie obiektów Kategoryzacja obiektów pamięć werbalna, zapamiętywanie Część podstawna analiza zapachów

Płat skroniowy Uszkodzenia płatów skroniowych zaburzenia słuchu, rozumienia mowy i percepcji dźwięków; zaburzenia wybiórczej uwagi ; problemy w rozpoznawaniu widzianych obiektów; upośledzenie w kategoryzacji informacji werbalnych; uszkodzenia lewej półkuli - trudności w rozumieniu mowy; uszkodzenia prawej półkuli moga spowodować słowotok; zaburzenia pamięci - amnezja następcza, problemy z przypominaniem; zaburzenia zachowań seksualnych; zaburzenia kontroli zachowań agresywnych.

Płat ciemieniowy Część górna: Prawa część dolna: Lewa część dolna: czucie dotyku, temperatury, bólu, umiejscowienie wrażeń czuciowych; Prawa część dolna: orientacja przestrzenna, układ odniesienia względem swojego ciała; Lewa część dolna: modelowanie relacji przestrzennych ruchów palców. Część przyśrodkowa: celowe ruchy; integracja ruchu, czucia i wzroku; manipulacja obiektami wymagająca koordynacji i wyobraźni przestrzenno/ruchowej. rozumienie języka symbolicznego, pojęć abstrakcyjnych, geometrycznych.

Płat ciemieniowy Uszkodzenia płata ciemieniowego całkowita niepodzielność uwagi; niezdolność do skupiania wzroku; trudności w orientacji przestrzennej; trudności w koordynacji ruchu oczu i rąk; niezdolność do celowego działania wymagającego ruchu; lewy - niezdolność do odróżnienia kierunków, lewa-prawa trudności w liczeniu i matematyce; niezdolność do nazwania obiektu; okolice lewego zakrętu kątowego - niezdolność do umiejscowanienia słów pisanych i problemy z czytaniem; prawy - brak świadomości niektórych obszarów przestrzenii i części ciała (jednostronne zaniedbanie); trudności w rysowaniu i konstruowaniu obiektów; zaburzenia osobowości

Płat czołowy Część górna: Lewy plat: funkcje ruchowe, np. taniec, nawyki, schematy zachowań, wyrazy twarzy, planowanie i inicjacja działania w odpowiedzi na zdarzenia zewnętrzne, oceny sytuacji; przewidywanie konsekwencji działań - symulacje w modelu świata; konfromizm społeczny, takt, wyczucie sytuacji; analiza i kontrola stanów emocjonalnych, ekspresji językowej; uczucia błogostanu (układ nagrody), frustracji, lęku i napięcia pamięć robocza; wola działania, podejmowanie decyzji; relacje czasowe, kontrola sekwencji zdarzeń Lewy plat: obszar Brocka (mowa), kojarzenie znaczenia i symbolu (słowa), kojarzenie sytuacyjne .

Płat czołowy Uszkodzenia płata czołowego Prawy tylny płat Lewy płat utrata możliwości poruszania częściami ciała; niezdolność do planowania wykonania sekwencji ruchów przy wykonywaniu czynności; niezdolność do działań spontanicznych; schematyczność myślenia; uporczywe nawracanie do jednej myśli; trudności w koncentracji i rozwiązywania problemów; niestabilność emocjonalna; zmiany nastroju; zmiany osobowości. nieakceptowalne zachowania społeczne; zachowania agresywne; Prawy tylny płat trudności w zrozumieniu kawałów i śmiesznych rysunków; Lewy płat depresja, prawy - zadowolenie.

Uszkodzenia kory podsumowanie

Płat limbiczny i jego okolice Analiza wrażeń węchowych i bólu; Kontrola negatywnych emocji; współpraca z ciałem migdałowatym; Skupienie uwagi; Reprezentacja pojęć dotyczących "ja". Uszkodzenia zanik wrażeń węchowych; nadpobudliwość; niepokój; utrata kontroli nad emocjami; wrażenia ciągłego bólu lub brak wrażeń bólowych

Móżdżek Koordynacja ruchów celowych; Utrzymanie równowagi; Regulacja napięcia mięśni; Pamięć niektórych odruchów; Wpływ na ruchy oczu Uszkodzenia brak koordynacji ruchów; niezgrabność; brak precyzji ruchów; zaburzenia równowagi; trudności w łapaniu obiektów; niezdolność do wykonywania szybkich ruchów naprzemiennych; drżenie ciała; potykanie się, tendencja do przewracania; słabe napięcie mięśni; niewyraźna mowa; gwałtowne ruchy gałek ocznych

Pień mózgu Kontrola systemu autonomicznego: Śródmózgowie Most pocenia się, cisnienia krwi, temperatury i trawienia. ogólny poziom przytomności; sen utrzymywanie równowagi. Śródmózgowie odruchy zaskoczenia, podskoku Most oddychanie, Rdzeń przedłużony kontrola rytmu serca, połykanie, kaszel i odruchy wymiotne

Uszkodzenia mózgu podsumowanie