A kognitív fejlődés meghatározói: Genetika és plaszticitás

Pléh Csaba pleh@cogsci.bme.hu

Előadás a KAB keretében

Kolozsvár, 2008. január 11

Áttekintés

A kognitív genetikai zavarok jelentősége: gének-agyak-gondolatok

Disszociációs fejlődési 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

Fejlődési modellek a tudásra (Cziko, 1995)

A fejlődés magyarázó modelljei a genetikára applikálva (Cziko)

Fejlődés

GondviselésGÉNEK

InstrukcióTANULÁSI

KÖRNYEZET

SzelekcióEPIGENETIKUS PROGRAMOK

Felfogás Tézisek Ellenfél Sztár

Preformizmus minden egyetemes kognitív mozzanat genetikailag meghatározott

radikális környezetelvűség

Chomsky, Fodor, Baron-Cohen

Környezetelvű biológiai konstrukcionizmus

tanulási elvek biológiai adományok, ezekből rögzül az egyéni rendszer az elsajátítás során

preformáltság és lapos empirizmus

Karmiloff-Smith, Tomasello, Gergely és Csibra

Társadalmi konstrukcionizmus

még az építkezés elvei is társadalmi eredetűek.

individualista emberkép

G. H. Mead, Vigotszkij, M. Cole

A plaszticitás lehetséges logikájaFunkcionális

szinaptogenezis

Genetika epigenezis

Reprezentációkhajlékonysága

Tapasztalat/ morfológia

Idegrendszeri szerkezet működés

Morfológiai stabilitás és változékonyság

• Klasszikus kép: konzervatív idegrendszer• - stabil pályák és reprezentációk • - nincsen regeneráció, limitált sejtszám• Kérdőjelek: a bonyolult rendszer

‘beállításához’ tapasztalat kell

Beálllítás

Maga a hálózatAz emlős idegrendszer:

tanulógép

Változatok a tapasztalatfüggésre

Kapcsolati változások Tanzi, 1893

Ramon Y Cajal 1894: az agy kerthez hasonló, ágaik és gyökereik gondozással burjánoznak. Arborizációval okosság.

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

Agyi morfológia és a tapasztalat:Még a hálózatelméletek előtt

Véredény és oxigén változások

? Neurális változások Glia változások

Ranschburg (1923)

Az agy véredényei a szellemi

munkának megfelelően szabályozódnak

A neuroglia Schaffer szerint kulcs szerepet játszik a neuronok anyagcseréjében

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

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 0 5 10 15

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.

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 0 20000 40000 60000

Bal

Jobb

Nő

Férfi

< köz

Köz

Egyet

össz dendrit hossz mikrm

Újabb eredmények, 90-es évek, Kolb

DendritekTüskék

TüskézettségSzinapszis szám

TapasztalatDrogok

Nemi hormonokCOX-2 enzimgátló

gyulladáscsökkentőkÉtkezés

NGFGenetikaStressz

BetegségAgysérülés

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

Mai elképzelés a változásokról, Knudsen nyomán

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

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

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

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

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

A viszonylagosság példája: kétnyelvű

Kétnyelvűnél sűrűbb a szürke állomány a parietális kéregben

Minél jobban tudja Minél korábban tanulta

Korainál nagy átfedés, késeinél szeparált Kim et al, 1997

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

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

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

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

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

A WS genetikája 7. kromoszóma hosszú karján

Tipikus és atipikus deléciók(Meyer-Lindenberg ls Mervis)

Javasolt disszociációk

Jó nyelv – Rossz tér

Jó nyelvtan – Rossz szókincs

Jó szocialitás – Rossz végrehajtó működés

Vizsgálati személyek

Barátaink

Lehetséges mintázatok

Minőségi disszociáció

Lassabb, egyéni eltérések Normális

Eredményeink típusai

Disszociáció:

Téri megismerés

Lassulás, egyéni eltérés

Tipikussal azonos

Vizuális emlékezet Szótanulás Társas támpont a szókincsben

Téri tanulás Téri nyelv Nyelvtani szabályok

Kontúr integráció Kontúr integráció

Gyenge téri kognició (Bellugi)

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

0

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Életkor Szókincs Téri WS

0

3

6

9

Élekor Szókics Téri WS

1

2

3

4

5

Nyelvi profil a Wiliams szindrómában (Lukács és Pléh)

WS teljesítmény

WS mintázat

1. Szókincs teszt < +

2. Szemantikus fluencia

+ +

3. TROG < +

4. Szabályos és kivételes morfológia

< +

5. Nyelvtani helyesség megítélése

< -

6. Anaforaértelmezés + +

7. Pragmatikai jelzések a szótanulásban

+ +

8. Téri kifejezések produkciója és megértése

< +

9. Mondatkiegészítés téri esetragokkal

+ +

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

0102030405060708090

100

SzabályGyak

SzabályRitka

Kivétel gyak Kivétel ritka

Szókincs kontroll WS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

WS Kont

Túlált.

Egyéb

A téri nyelv: lassabb, de azonos mintázatú

0102030405060708090

100

Statikus Forrás Cél

Szókincs Kont

Téri Kont

WS

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

0

20

40

60

80

100

Téri Nem téri

WS VC

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

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

következetes eltérő

WS

kontroll

autista

ért .fogy.

2 éves kont

Hogy van mindez az agyban?

Sulcus parieto-occipitalis

Reiss et al, J Cog Neurosci volume 12 Suppl 1

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.

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

Kanalizáció

Conrad Waddington

Többdimenziós epigenetikus térkép A fejlődés maga a golyó útja

A mély csatornák evolúciós eredetűek

Sajátos viták a nyelvi specificitásról és plaszticitásról

Disszociációs logika, pl. Lennebergtől (1967)

Nem mindig jól dokumentált a klinikai leírásokban a sérülés helye. Az újraelsajátított nyelv nem tökéletes.. A gyermeki agy korai általánosan nagyobb plaszticitása Johnson: A bal halántéklebeny fontos, de e nélkül is kialakul a nyelv. Perinatális sérülések a lokalizációtól függetlenül lassíthatják az

elsajátítást. A kompenzáció különböző fázisokban jelenhet meg, nem minden-vagy-

semmi jellegű. Nem világos az idői ablak lezárulása

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 képpé

- -

Genet szabályozás

Szabályozó génekBeállítás egy széles sávra

Fejlődési régiók vannak, sávok, s nem lineáris hatások : *Fejlődések és kompenzációk

Mit is mond mindez? Plaszticitás időben kibontakozó, sajátos dinamikájú

mozzanat Dinamikus, soktényezős a genetikai meghatározottság is,

időzítések Maga a génszabályozott idegrendszer tanulásra való. Sok új tudás:

- a morfológia és genomika fejlődése

- a kapcsolatbeállítás mechanizmusai- finom szabályozás, melyben a gének a szabályozás

kulcspontjai