Kurzus - KOKIkoki.hu/data/cikkek/106/1063/cikk-106370/6 Tanulas...Tudás 1. Teoretikus tudás: Tudatos felismerésével szerzett információ. Emberi sajátság a teoretikus tudás,

Viselkedésfarmakológia

Kurzus

Tanulás és memória

Sipos Eszter PhD.

2016.

1. Tudás/tanulás fajtái

Öröklött (feltételes reflex, taxis, kinezis,magatartásmintázat)

Szerzett tudás (nem asszociatív, fázisérzékeny, asszociatív és komplex tudás)

2. Memória elemi jelenségei és az engram szerveződési szintjei

(szinapszis, sejtmag, dentrittüskék, neuronpopulációk,

neuronhálózatok)

3. Memória fajtái

Időtartam alapján (szenzoros tár, munkamemória, rövid,

hosszútávú és kérgi reorganizáció)

Tudatosság alapján (deklaratív és nem deklaratív)

Tanulás patológiája (DSM: neurokognitív és idegrendszeri fejlődési zavarok)

4. Tanulást vizsgáló állatkísérletes modellek

Áttekintés






neuronhálózatok)

3. Memória fajtái






Áttekintés

Tudás

1. Teoretikus tudás: Tudatos felismerésével szerzett információ. Emberi sajátság a teoretikus tudás,

elsajátítása akár egyszeri példa alapján, következtetéssel, vagy tanulás során nyelvi kommunikációban.

1.

2. Képesség/ Adaptáció: Gyakorlás során tudattalanul alakul ki.

Az emberi és állati magatartás "behaviour" a szervezetet érő ingerekre adott válaszok összessége.

Veleszületett tudás: (genetikailag meghatározott DNS-ben átörökített

● táplálkozás

● párosodás

● félelmet/szorongást kiváltó szituációk

● agresszió stb.

Szerzett tudás:

● tanulás és memória

Feltétlen reflex: Adekvát ingerre automatikusan bekövetkező válaszreakció

● Térdreflex

● Pupilla-reflex

Taxis: a stimulus irányába vagy attól távolodó mozgásválasz

● Kemotaxis: (szúnyog-CO2)

● Fototaxis: Planaria: (negatív fototaxis : Djsnap-25 gén +fotoreceptorok,

de IR attraction)

Kinezis: az állat válasza arányos az adott inger erősségével, de független annak

térbeli tulajdonságaitól

Ortho-Klino kinézis a mozgás sebessége függ a stimulus erősségétől

● Orsóhal és Csótány fény- intenzívebb mozgás

Öröklött mozgásmintázat és vándorlás:

● udvarlási rituáé

● pók hálószövése (formaállandóság, megszakíthatatlan, nincs

visszacsatolás a mozgás szabályozása és a környezet között

● költöző magatartás (bálnák, lazacok, fecskék)

Veleszületett tudás

Fázis érzékeny tanulás: imprinting - bevésődés: kritikus periódus,

egyszeri találkozás, életbevágó információ (fajtárs, ragadozó, utódok)

● korai (Konrad Lorentz) -fészekrakó madarak. Erős motiváció (gyors, mert

koncentrált) Eleje megszabott, inger hiányában vége kitolható,

fehérjeszintézis gátlókkal gátolható, felejtés csak mesterségesen (Altbacker

Vilmos)

● szexuális (Bereczkei Tamás) élőlények olyan párt választanak

szaporodásukhoz, amelyek hasonlítanak az őket nevelő felnőttekhez (ember

nevelte Panda emberhez vonzódott)

● Westermarck effektus /fordított szexuális imprinting (Israeli kibbutzim-

kollektív farm) 5-6 éves korukig együtt neveltek nem vonzódnak szexuálisan

egymáshoz

Szerzett Tudás

Nem asszociatív tanulás:”begyakorlás”, procedurális emlékezet

habituáció: A válasz csökken u.arra a stimulusra.

Ha viszont az inger jellege, erőssége megváltozik, fellép az orientációs reakció, az inger

hatása visszanyeri eredeti, habituació előtti jelentőségét (órakegyegés parfüm illata)

NT mennyiség csökken, receptor deszenzitizálódik, internalizálódik

szenzitizáció: ha az inger kellemetlen a válaszreakció nő, többszörösen megerősített

inger nyomán más természetű ingerek is ugyanazon választ idezik elő (mosógép kattogása

tönkremenetel előtt)

több NT, csökken receptor ingerküszöbe (PTSD)

Asszociatív tanulás: két vagy több inger társítása

Pavlov(Nobel díj 1904): Klasszikus kondícionálás (feltételes reflex): A

feltétlen és feltételes inger időben összekapcsolódik (kontiguitás), illetve a feltételes

inger alapján a feltétlen inger megjósolható.

feltétlen inger + közömbös inger (kondícionáló inger) társítása a közömbös inger

kiváltott feltételes válaszhoz vezet

kondícionálás= ismételt társítás

„szimpla” asszociáció

Szerzett Tudás-Klasszikus kondícionálás

kioltás: ha a feltételes ingert nem követi

feltétlen inger, akkor a kialakult időleges

kapcsolat megszűnik

generalizáció: egy meghatározott

ingerre kialakult feltételes választ az

eredeti ingerhez hasonló, más ingerek is

kiváltanak; az ingerek „általánosulnak” a

válaszoló viselkedése szempontjából

diszkrimináció: az eredetitől eltérő

ingerekre különböző választ ad

Thorndike (1905):„Law of effect”: Ha a véletlen magatartás jutalommal jár az

megismétlődik, ha büntetést vált ki, akkor abbamarad. A magatartásunk

következményeiből tanulunk.

Skinner (1948): „Reinforcement” Az a viselkedés amit nem követ megerősítés

idővel ritkul és végül teljesen eltűnik.

Szerzett Tudás-Operáns kondícionálás

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

10

20

30

45

60

80

100

120

La

rge

re

wa

rd p

refe

ren

ce

(%

) *

Tanulás

Delay discounting paradigma- impulzivitás

ASX modell

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

La

rge

rew

ard

pre

fere

nc

e (

%)

*

1 2 3 4 5

Days

megerősítés: pozitív (étel, drog)

negatív (áramütés pl a doboz egyik felében)

büntetés (áramütés/nincs menekülés)

Skinner box vagy Operáns kondícionáló doboz

Puzzle box

kioltás, generalizáció és diszkrimináció Aliczki et al., Hormones and Behavior 66 (2014)

1. nap 3 mA elektromos sokk

10-szer ismételve 5 percen át

PTSD/trauma modell: aktív tanulás (NMDA, Ca-dependens AMPA függő akvizíció/extinció)

Szerzett Tudás-Kondícionált félelem F

ree

zin

g %

of

tota

l ti

me

28

+

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6 7

Days after trauma

*

#

* *

%

● 1/28 nap vissza

● Különböző visszahelyezési paradigma

különböző félelmi reakciót eredményez,

rebound

● Spontán kioltódás- visszaesés (rebound)

28 nap

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

fre

ezin

g %

Day1 Day2 Day3

Felejtés – trauma

28 napon kezdett kioltódás után nincs szignifikáns fear recovery/visszaesés az 56. napon)!!!

Agyi területek aktiválódásával lehet összefüggés

Félelem embernél inkább PFC- hez kötött, a rágcsálóknál inkább Amygdala és több alsóbbrendű terület!

Tulogdi et al. 2012 Brain Res Bull. 88(4):359-70

Szerzett Tudás-Komplex tanulás

1. Latens/perceptuális tanulás- a tanulási folyamatot nem kíséri a

viselkedés látható megváltozása, eredményessége későbbi időpontban

nyilvánul meg.

Nem elég az inger-válasz tanulás – mentális reprezentációt kell feltételezni!

Tolman-féle labirintus teszt (kognitív térkép, motiváció étel vagy kiváncsiság)

Az útvesztőkben a patkány nem az elfordulások sorrendjét tanulja meg, hanem térképet alakít ki a

helyről. Minden folyosó végén ételt találhat. Az éhes patkány feladata megtalálni az élelmet anélkül,

hogy visszatér a már korábban látogatott karokba.

2. Belátásos tanulás: (Köhler)

cél-eszköz egységben való látása, a köztük lévő viszonylat felismerése

● belátás (célorientált cselekvés)

● elérhetőség (amit egyszer megtanultunk, mindig tudunk)

● transzfer (amit az egyik szituációban megtanultunk, azt egy másik

hasonló helyzetben képesek vagyunk újra alkalmazni)

3. Verbális tanulás (szóbeliséget jelent): kizálólag emberi, elvont, fogalmi gondolkodást igényelnek. A

beszéd általi tanulás az egyik, csak emberre jellemző tanulási mód.

4. Szociális tanulás: szocializáció folyamata, társadalmi formáknak, társadalmi érték és normarendszer,

megfelelő viselkedési formák elsajátítása (pl patkány playfight).

Egész életen át tartó tanulási folyamat életkorilag jellemző feladatok összekapcsolunk dolgokat.

Szociális tanulás alapfolyamatai (Kelman írta le 1973-ban):

Állatoknál is megfigyelhető:

Utánzás: A szociális tanulás legelemibb formája. Egyszerű mozdulat, megfigyelés

(ragadozók) Fontos szerepet játszik a jutalom és a büntetés

● “swaythling-i tejlopás” :Kanadai Cinege (Parus atracupillus fajtárstól

utánzással tanult) (Lefebvre L. Behav Processes 1995)

● anyanyelv tanulása

● a gyermekek számára az utánzás révén kialakuló beleélés szinte egyedüli

eszköze mások megértésének

Szerzett Tudás-Komplex tanulás

“the milk mystery”

Csak emberre jellemző:

Modellkövetés: Az utánzott cselekvés mellett az utánzott személy is fontos.

Azonosulás/identifikáció::Szándékosan vagy spontán választott modelltől átvett viselkedés, a

személyiség részévé válnak. A választott modellel való kapcsolat fenntartásán. (pl. kislány édesanyja

cipőjét próbálja)

Belsővé tétel/interiorizáció: A szociális tanulás legmagasabb szintje. Belsővé válik az adott

dolog, külső kényszer nélkül is működik, függetlenedik a forrástól és beépül a személyiségbe. pl:

rendszeretet, fasizmus stb..

A szociális tanulás formái nem különíthetőek el élesen egymástól. Egymásra épülve, együttesen alakítják

és formálják személyiségünket.

Biokémiai reakciók/Baktérium is “tud tanulni” (Tagkopoulos, I., Liu, Y.-C. & Tavazoie, S. Science advanced online

publication, doi:10.1126/science.1154456 (2008)) Magas hőmérsékletben anaerob a környezet (bélrendszer), szájban

anticipációs viselkedést fejleszt ki (felkészül az anyagcsereváltozásra). A prediktív viselkedés igénylő

vezérlést az egysejtű szervezetekben az idegrendszert biokémiai reakciók hálózata helyettesíti.

Szerzett Tudás mechanizmusa

Idegrendszeri plaszticitás: Az idegsejtek kapcsolódásainak

rugalmas alakulásra való képessége.

• Remapping: Az ujjak szétválasztása után az agyi reprezentáció is

szétvált)

• Kereszt-modális plaszticitás: Bach-y-Rita P et al. Nature 1969 Mar

8;221(5184):963-4.) A tapintás útján bekerülő jelek némi gyakorlást

követően ténylegesen aktivitást váltanak ki a látókéregből!

Összetett formát is képesek érzékelni: váza takarta telefon vagy

feléjük dobott labda

Epigenetika: Aktív vagy inaktív gének expresszióváltozása, mely

nem jár együtt DNS szekvencia változással. A DNS metiláció, Hiszton

modifikáció vagy nem kódolt RNS (ncRNS) asszociált géncsendesítés

indíthat el, vagy tarthat fenn epigenetikai változást (Egger et al 2004).

Szerzett viselkedés: Az ingerekre adott válaszok az élőlény előéletétől függően

változhatnak, egyes reakciók eltűnnek, mások felerősödnek, illetve új tanult reakciómódok

alakulnak ki.

„Tasting the Light”





(szinapszis, sejtmag, dentrittüskék, neuronpopulációk, neuronhálózatok)

3. Memória fajtái




Tanulás patológiája (DSM: neurokognitív és idegrendszeri

fejlődési zavarok)


Áttekintés

Memória elemi jelenségei

Az emlékezés pedig a múltbeli tapasztalatok - tudatos vagy tudattalan - felidézésének

képessége

Richard Semon (1909-engram def.):

Engram=memórianyom

● az engram az i.rendszerben bekövetkező maradandó változás

● Az engram a kódolás és az előhívás között nyugvó állapotban van

● ekfória törvénye: alvó engram előhívható “ a sikeres felidézéshez az eredeti epizód

részleges újramegjelenése szükséges”

● Az engram tartalmát a kódolás során megértett és a többszörös előhívás során

felidézhető információ határozza meg

Karl Lashley (1929-patkánykísérlet):

● Agykérgi lézió- nem volt hatással a patkány labirintusban mutatott teljesítményére

csak a tanulására- szerinte az engram az egész kéregben jelen van (mai tudásunk

szerint: az engram elszórva helyezkedik el a kortex-ben.

Hebb posztulátum(1949):

● Ha az A sejt axonja elég közel van a B sejthez, és ismétlõdõen vagy folyamatosan

hozzájárul annak tüzeléséhez, akkor valamely, egyik vagy mindkét sejtre jellemzõ

növekedési folyamat vagy metabolikus változás következményeként A sejt

hatékonysága a B sejt tüzeléséhez való hozzájárulás szempontjából megnõ =

szinaptikus megerősödés

Tanulás+emlékezés=magatartás

Engram „életciklusa”:

(Josselyn et al (2015):16 Nature Reviews)

Tanulás/memorizálás folyamata

Gyakorlás/elsajátítás (aktív magatartási

szakasz) Engram keletkezése

Rögzülés- Bevésés (idegrendszeri

szakasz)

Végleges tárolás helyére szállítás

Tárolás

Előhívás- Felidézés

(idegrendszeri/magatartási szakasz)

consolidation, m. encoding/TÁROLÁS

örökre v.

hosszabb-rövidebb

időre

RTM Orbitofrontális kéreg: reverberációs körök

sérülékeny

Temporális lebeny: tárolás

elszórt neuronokban/ n.hálózatokban

Hippocampuson keresztül szállítás plasztikus szinapszisok

HTM

acquisition /KÓDOLÁS

retrieval /ELŐHÍVÁS

Memória: A tanulás, a memória működése több részfolyamatból áll. Ezek sematikusan a következők:

A memórianyom/ENGRAM szerveződési szintjei

1

1. Szinaptikus transzmisszió szintjén:a

fehérjék P-ja

2. Sejtmag szinten: a transzkripciós és

epigenetika szintű változások

3. Dentrittüskék szintjén: a szinaptikus

kapcsolatok megerősödése

4. A neuronpopuláció és hálózatok szintjén:

a neuronok/agyterületek viszonya

Szinapszis Sejtmag

Dentrittüske Neuronpopulációk Memóriarendszerek

Mi alakítja az engramot:

Josselyn et al (2015):16 Nature Reviews

Szinaptikus hatékonyságváltozás (lsd Hebb post)

szinapszis erősödése (homoszinaptikus)

facilitáció – rövid ideig tartó változás- Az egymást rövid időn belül

követő preszinaptikus ingerületek egyre nagyobb posztszinaptikus

potenciált (PSP) váltanak ki.

potenciáció –hosszabb ideig tartó változás (poszttetanikus

potenciáció – nagy frekvenciájú, tartós sorozatingerlést követően

(LTP). Preszinaptikus ingerlés először a PSP csökkenését, majd

növekedését idézi elő.

szinapszis gyengülése (heteroszinaptikus)

depresszió –alacsony frekvenciájú elektromos ingerlés. (Hosszú

idejű sz. gyengülés –LTD)

Szinapszis Elektrofiziológia változások

Specificitás (input specifikus): Csak aktív szinapszisnál van

változás, más szinapszisra nem terjed át.

Asszociativitás: Egy gyenge stimulus nem vált ki önmagában

LTP-t, ha egyidejűleg ugyanazon a sejten egy másik szinapszis

erős stimulust kap, mindkét szinapszis megerősödik.

Cooperativitás: LTP kiváltható egy erős, tetanikus vagy több

gyengébb stimulációval is.

Perzisztencia: LTP-t tartós (percek- hónap) fennmaradás

jellemzi és különbözteti meg a többi szinaptikus plaszticitástól.

LTP jellemői

http://www.jneurosci.org/content/29/36/11153.full

Biokémiai reakciósor hozza létre az elemi memóriát (Erik Kandel és mtsai, 2000)

Nobel díj)- A szinaptikus transzmisszió során fehérjék foszforilációja történik.

Szinapszis Biokémiai változások

Elemi memória:

Habituáció/ Szenzitizáció

Kopoltyúív összehúzási reflex (monoszinaptikus ÉN-MN):RTM lehet belőle HTM

FN-ból NT (Ser)→ G feh. köt ami az adenilát-ciklázt aktiválja → cAMP keletkezik → PKA-

t aktivál → K+-csatornát P, mely részlegesen bezáródik. A Ca2+ csatornája tovább nyitva

→ több Ca2+ → több NT áramlik az MN felé → tartósabb a kopoltyúizom összehúzódás

emléknyom: K+ csatorna foszforiláltsága

RTM: meglévő fehérjekészlet módosítása (foszforiláció/defoszforiláció) felszaporodása

HTM: sokszor ismételve, közbeiktatott pihenőkkel új fehérje is kell, magi PKA

foszforililája a CREB feh.-t-új feh. létrejötte, fehérjeszintézis gátlókkal megakadályozható

– pl. tartósan aktív CREB (cAMP response element-binding protein )

Tanító kamra: A szaghoz enyhe áramütést társít ; 1000 mutáns→1 nem tanul

Dunce (buta) génmutáns törzs: II típusú cAMP-foszfodiészteráz (PDEII) hiány

→magas cAMP →lassan tanul

Rutabaga génmutáns törzs: adenilát cikláz probléma

→alacsony cAMP → még rosszabbul tanul

» » cAMP anyagcsere dinamikája

CREB-szerű fehérje homológját túltermeltetve- zsenik! 10 ciklus helyett 1 alatt tanul

»» törzsfejlődés során nem feltétlen a legjobb maradt fenn, lehet jobbat csinálni!!!!

Drosophila melanogaster

Tanulási teszt Ecetmuslicákon (S. Benzer):

A: kellemetlen inger+szag

B: szag

Szinapszis Biokémiai változások

cAMP gyors dinamikája kell a tanuláshoz/ fehérjék foszforilálódásához

Neurotranszmitterek

Glutamát LTP

GABA gátolják a memórianyomok kialakulását (GABAA-R; GABAB-R)

Monoaminok serkentik a memória kialakulását

dopamin: jutalom (N. Accumbens)

noradrenalin: szelektív figyelem (PFC)

szerotonin: motiváció (M. Raphe)

Opiátok gátolják a memória kialakulását; csökkentik a motivációt

Acetilkolin a memória egyik fő kialakítója (Hippocampus)(scopolaminnal gátolható) (n/mAChR) (Striatum)

Acetilkolin hatása a kérgi dinamikára:szenzoros stimulusra kortikális köröket hoz létre

A magas acetilkolin: felerősíti a kortexbe érkező szenzoros jel nagyságát (nikotin receptoron keresztül),

ugyanakkor gátolja a kérgi visszacsatolás mértékét (muszkarinerg receptoron át)

Az alacsony acetilkolin (AD) gyengébb hatással bír a bejövő jelre, ugyanakkor hatása erős excitatórikus

visszacsatolást eredményez

(Hasselmo, 2006 Curr Opin Neurobiol)

fehérje szintézis

új receptorok (Ca-permeábilis AMPA),

új szinapszisok

HTM

retrográd hírvivők megnövelik Glu

felszabadulást

hatékonyabb szinapszis (Glu nagyobb

valószínűséggel vált ki AP-t)

RTM

Szinapszis/Dentrittüske sűrűség Elektrofiziológia változások

Nagy frekv. stimulus

Mg2+blokk megszűnik

Érzékeny lesz Glu-ra

Retr. hírvívő felszab.

Preszin. Glu felszab.

A memóriatartalmak a tárolás időpontja szempontjából:

Lamprecht et al (2004):5 Nature Reviews)

Dentrittüske sűrűség Elektrofiziológia változások

Szinapszisok stabilizálódása/ dentritüske morfogenezis:

-néhány óra alatt bekövetkezik

-többszörös kapcsolat alakul ki a preszinatikus boutonnal

- Eredménye a szinaptikus plaszticitás, memória kialakulás, LTP indukció

-NMDAR: morfogenezist indukál (NMDAR gátló -nincs strukt. változás)

-AMPAR: struktúrális stabilitást biztosít

-actin: ex.cell. stim. aktin polimerizációt indukál (AMPAR gátlóval gátolható-AMPAR kontroll)

-adhéziós mol.: stabilizálja a pre- és posztszinaptikus elemeket (GluR és Citoszk. kontroll)

A molekulák irányított aktivitása (GluR és citoszkeleton kontroll alatt) a szinaptikus

hatékonyság stabilitását eredményezi a memória konszolidáció alatt.

Hebb és Konorski: IR plaszticitást ismételt stimulusok asszociációi indukálnak, melyet a már

meglévő szinaptikus kapcsolatot funkcionális kapcsolatokká alakulása/morfológiai megváltozása

eredményez.

Sejtmag Epigenetikai változások

Neuroepigenetika (NEG)

• Az evolúció távlatából „rövid” távú” alkalmazkodás (HTM) epigenetikai mechanizmusokkal valósul

meg.

• Nem a genom szekvencián alapuló (részben) öröklődő DNS feletti változások.

• Dinamikus és aktivitás indukált változás a felnőtt IR-ben

• Epigenetiai folyamatok főbb típusai: DNS metiláció, kromatin újrarendeződés, hiszton módosulás és

nem-kódoló RNS szekvenciák (in)aktivációja.

• Epigenetikai változások gyakran alkalmazott biomarkerei az EG-i folyamatokért felelős enzimek:

DNS metilációért felelős DNMT3a/b, vagy a heterokomatin kialakulásában alapvető szerepet játszó

H3K9)

• Molekuláris szinten a tanulás és memória kialakulásáért intracell. szignálkaszkád folyamatok

felelősek, melyek a fehérjék szintézisét és a gének aktivitását szabályozzák.

• Hiszton kód teória: A kromatin módosulások, különösen a hiszton acetiláció és DNS metiláció

mértéke korrelál a hosszú távú memória konszolidációjával. Modulálja a tanulásért felelős gének

stimulusfüggő aktivációját a memória kialakításáért felelős sejthálózatokban.

• Kromatin módosító enzimek tehát dinamikusan és kétirányúan szabályozzák az eseményre adott

választ (pl. neuronális aktivitás) így befolyásolva a tanulás folyamatát.

Euchromatin - Active Transcription

(Zovkic Learn Mem. (2013 )20(2): 61–74.)

Az EG-i módosulások:

• aktívan és szelektíven indukálhatók speciális

szignálkaszkádok által meghatározott géneken

egyes sejtekben és agyrégiókban amelyek

bizonyos típusú memória kialakulásáért felelősek.

• ezen alapszik számos HC-függő tanulás (MWM,

NOR, Cond.fear). Általánosan igaz, hogy ezek a

feladatok növelik az eukromatinhoz kapcsolódó

posztranszlációs hisztonmódosulások számát és

pozitívan szabályozzák a génexpressziót.

• Körny. ingerek hatására kaszkádfolyamat indul be,

mely epigenetikai módosuláshoz vezet. Ez a

szabályozó folyamat befolyásolja az LTP

kialalakulást, dentrittüskék sűrűségét, sejt. excitab.

stb.

• Heterokromatin erősen zárt állapot, ami gátolja a

transzkripciót/ a memória kialakulását.

• Eukromatin asszociált módosulások növelik a

transzkripciót/indukáltják a memória kialakulását

Sejtmag Epigenetikai változások

Neuronok/populációk Elektrofiziológia

O’Keefe és Dostrovsky (1971):

Térbeli memória: „place sejtek”

(HC/EC)

Ezek a piramissejtek akkor kerülnek

aktív állapotba, amikor a patkány a tér

egy adott pontjára ér. Amikor az állatot

másik környezetbe helyezték a korábban

aktív sejtek szinte teljesen elhallgattak.

Nem egy sejt aktiválódik, hanem azok

meghatározott populációja

A sejtek tüzelési mintázata az állat

térbeli helyzetével korrelál.

Firing rating map

Neuronok/populációk Magatartásvizsgálatok (optogenetika)

Optogenetika lehetővé teszi hogy neuronokat/populációkat szelektíven vizsgáljunk:

GD c-fos-tTA egerekbe (Cre/loxP system

and temporal control): csak az érintett

neuronok mutatnak c-fos aktivitást adott

környezetbe helyezve

tTA -tetracyclin transactivator-(tetracyclin)

doxicycline hiányában gépexpresszió!

AAV9-TRE-ChR2-EYFP- víruskonstrukt

TRE- tetracycline response element

ChR2-channelrodopsin-fény indukált ioncsat.

EYFP-yellow fluorescent protein

Optikai szálon keresztül kék lézer 473nm

ChR2 expresszió Doxicyclin és neuronális

függő. ChR2 kifejeződés csak Dox

jelenlétében, így a Dox diéta megvonása alatt

a memória létrejöttéért felelős neuronok

megjelelölhetők.

Liu et al (2012) Nature 484 (381-5)

1. nap 3 mA elektromos sokk

10-szer ismételve 5 percen át

Kondícionált félelemben a kontextuális memória

kialakulásért a GD granuláris sejtei felelősek.

(neuronok 2-4% mutat c-fos aktivitást a

tesztdobozba visszahelyezve).

1. A neuronpopuláció szintjén: a neuronok viszonya határozza meg az engramot

Neuronok/populációk Magatartásvizsgálatok (optogenetika)

Josselyn et al (2015):16 Nature Reviews

Gyrus Dentatus-ba ültett optikai szálon keresztül a GD AAV9-TRE-ChR2-EYFP víruskonstrukot felvett neuronokat

aktiválják (sárga vagy zöld lézzerre):

ZIF268 -tTA egerek:Láthatóvá tesz minden, a kontextusban aktiválódott neuront

A kondícionált félelmi reakció során

korábban aktiválódott neuronok (laterális

amygdalában, kortexben, gyrus

dentatusban) a kontextusba

visszahelyezve és a GD-t megvilágítva

újból (de)aktiválódnak

Neuronok/populációk Magatartásvizsgálatok(DREADD)

Josselyn et al (2015):16 Nature Reviews clozapine-N-oxide (CNO)

designer receptors exclusively activated by designer drugs (DREADDs)

DREADD-et (G-fehérje kapcsolt

receptor) AAV víruskonstrukttal juttatjuk

a sejtbe.

CNO DREADD specifikus szubsztrátja,

nincs jelen a szervezetben, innert

(önmagába adva nincs hatása )

A kísérlet menete:

1) Idegsejtek egy populációjában

(Amygdala) designer receptort

fejeztetünk ki (DREADD)

2) CNO-val aktiváljuk a DREADD-et

kifejező sejteket

3) Az állatot beletesszük egy adott

környezetbe, ahol engram kialakítása

történik

3) A depolarizált sejtpopuláció fog

beépülni az engramba

4) A későbbiek folyamán az engram

vizsgálható (serkenthető, gátolható)

Neuronhálózat Hologram- dejà vu

Az agy információhordozói a neuronok, illetve a neuronális hálózatok. A neuronok

mellett a hálóban a másik legfontosabb komponens a szinapszis. A hálózat

egymással összekapcsolt szuperhálózata a nagyskálájú agyi hálózat. Ha a

neuronhálózat néhány sejtje, szinapszisa kiesik, nem történik semmi, mert a többi

épen maradt neuron és a közöttük lévő szinapszis, csak úgy, mint a darabokra tört

hologram, ellátja a feladatát. Képalkotó, statisztikai és matematikai (gráfelmélet)

eljárások alkalmasak a hálózatelemzésre.

A hologram minden része tartalmazza a teljes kép előállításához szükséges összes

információt. Minél kisebb részből próbáljuk meg előállítani az egészet, annál

„homályosabb” képet kapunk. Sno szerint az emberi memória is így működik. (Sno és

Linszen, 1990, Am J Physiol)

Déjà vu vagy paramnézia

Az agyunk egy emléktöredékből egy egész

„emléket” rak össze és ez a „már

láttam/átéltem” érzését okozza. déjà vu

élményének későbbi felidézésekor maga az

érzés meglehetősen pontosan körülírható,

ugyanakkor annak felidézése, hogy milyen

valós körülmények váltották ki az érzést,

ugyanolyan bizonytalan, mint maga a

képzeletbeli, "már átélt" szituáció.

Az egész több, mint a részek összege,

minőségi változás! Hálózatok.






neuronhálózatok)

3. Memória fajtái






Áttekintés

(képi info)

Echoikus (hallási)

Haptikus (tapintási)

Memória fajtái

tudatosság alapján

Szenzoros

asszociatív

kérgi ter.

Motoros

asszociatív

kérgi ter.

Limbikus

kérgi

terület

Motoros asszoc. Affektív asszoc.

Hippocampus

Szubkortikális területek

(Talamusz, szeptum

Hipotalamusz, agytörzs)

Funkció, jelentés

Deklaratív memória típikusan a felismerő memória

Rövidtávú (percek-órák)

Középtávú(8-12h)

Hosszútávú(18h-napok)

Hosszan tartó (7napnál tovább)

Hippocampus lézió epilepsziásoknál: • A műtétet követően perceptuális és intellektuális

képességek épek • Képtelen új emlékek kialakítására (anterográd

amnézia és régi emlékek felidézésére • Az információ rövid fejben tartása nem okoz gondot • Képes új készségek elsajátítására (pl tükörrajzolási

feladat)

Érintett szenzoros modalitások agykérgi területei: kereszt modális plaszticitás, terület kiterjedése

Memória fajtái

tudatosság alapján

Érzékelés

Patológia Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM)

Delirium: figyelmi vagy/és tudatzavar

Mild: Enyhe kognitív károsodás egy v. több kognitív funkcióban, mely nem akadályozza az önálló életvitelt.

Major: Szignifikáns mértékű kognitív zavar egy v. több kognitív funkcióban és az önálló életvitel

akadályozottsága.

DSM-V. 3 nagy osztályba sorolja a neurokognitív rendellenességeket (Neurocognitive disorders (DSM-

V.) vagy dementia (DSM-IV:) :

A neurokognitív zavarok

elkülönítése etiológiai szempontok

szerint:

• Alzheimer kór

• Frontotemporális lebeny károsodás

• HIV fertőzés

• Huntington kór

• Lewy testes demencia

• Parkinson kór

• Prion betegség

• Traumás agysérülés

• Vaszkuláris demencia

• Gyógyszer vagy hatóanyag

használat

• Egyéb orvosi vagy etiológiai okok

Sachdev et al. Nature Rev. Neurol. ( 2014) (11):634-42.

Miért van szükség az osztályozási rendszerre? kezelés hatékonysága növelhető, diagnózis,

modellalkotás pontosabb

• Traumás agysérülés (pl.

újszülöttkori agysérülés)

• Motoros funkciók zavara

• Genetikai betegséges

• Shizophrenia vagy

shizotipikus

rendellenesség

• HIV

• Malária

• Más idegrendszeri

fejlődési

rendellenességek

Patológia Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM)

Amnézia

Az emlékezeti funkciók kisebb vagy nagyobb mértékű, átmeneti vagy tartós sérülése.

Oka: • agysérülés, stroke • poszttraumás amnézia- disszociatív amnézia (stresszes

helyzetek felidézésének zavara) • depresszió, stressz (glucocorticoidok- hippocampus) • agyi oxigén hiány • elektrokonvulzív terápia • gyógyszerek (antidepresszánsok, antihisztaminok, szorongásoldók,

izomrelaxánsok, nyugtatók, altatók, fájdalomcsillapítók)

• alkohol, dohányzás, drogok • Alvásmegvonás • Tápanyaghiány • dementia

Általában a procedurális memória és a hosszútávú emlékek jobban megtartottak, mint deklaratív emlékek és rövid távú memória. Javulás esetén is régi emlékek térnek először vissza.

• Etiológiai megközelítés: betegség és/vagy agysérülés következtében

• Lokalizációs megközelítés: az agysérülés helye alapján

• Funkcionális megközelítés : bizonyos emlékezeti funkciók

nem működnek

• Pszichogén amnézia: trauma kiváltott felejtés

Fekete csokoládé, tea, bor – flavonoidok stimuláló

hatása

Maximálisan elérhető stimuláló hatás:

10g/nap csokoládé

75-100ml/nap bor, tea

(Nurk és mtsai, 2009, J Nutr)

(Oudiette és mtsai, 2013 J Neurosci)

Alvás és memória: az alvás hozzájárul a deklaratív memória (események tények) konszolidációjához

Stimulálószerek szerepe a memóriarögzítésben






neuronhálózatok)

3. Memória fajtái






Áttekintés

Tanulás/memorizálás vizsgálata

* *

* *

*

CÉL

ST

AR

T

I. Felderítési (explorációs) magatartáson alapuló tesztek

Y-labirintus tesz

Tárgyfelismerés (object recognition)

Szociális memória (social discrimination)

II. Jutalommal/büntetéssel járó tesztek

Egyszerű asszociációk

vonzáson (“jutalmon”) alapuló tesztek

labirintus-tesztek (radiál és T-maze)

operáns kondícionálás - Skinner box

szag-kondícionálás

helypreferencia (CPP) - morfin

taszításon (“büntetésen”) alapuló tesztek

passzív választ igénylő tesztek

elkerülési tesztek (passive avoidance)

aktív választ igénylő tesztek (klasszikus kondícionálás)

shuttle box, rúdra való ugratás, íz-averzió

szag-averzió, hely-averzió

Komplex relációk


hole board teszt (motiváló faktor cukorpellet)

komplex labirintustesztek

büntetésen alapuló tesztek

vizilabirintus (motiváló faktor: kellemetlenség elkerülése)



Y-labirintus tesz
















Komplex relációk






Spontán alterálás az új környezetbe

helyezett patkány felfedező

magatartásán alapszik. A rágcsáló

jellemzően új, még ismeretlen

helyeket ( karokat) látogat, a régi

karokba való gyakoribb visszatérés

a munkamemória deficitjét jelenti. A

feladat végrehajtásában nagy

szerepet játszik a preforntális kéreg,

bazális előagy, septum és

hippocampus.

Tanulás vizsgálata állatmodelleken

1. Felderítési (explorációs) magatartáson alapuló tesztek

Y-maze teszt

Tesztidő: 8 min

Alterálási %= alterálás/karba lépés száma-2

1db alterálás pl: CBA v ABC v ACB



Diszkriminációs index (DI)=(új-régi)/(új+régi)

Tárgyfelismerés teszt

Retenciós idő 30min-48h

Tanulás és visszahívás 4-5min

Spontán exploráció az új környezetbe

helyezett patkány felfedező magatartásán

alapszik. A rágcsáló jellemzően új, még

ismeretlen tárgyakat szagolgat. A feladat a

visszahívás idejétől függően tesztel rövid-

vagy hosszútávú memóriát.

Inferotemporal kortex szerepe a feladat

végrehajtásában


4

min

Tanulás

M

J

Retenció/

visszahívás

X h

Visszahívás/teszt

M

J J

*

4

min

Szociális diszkrimináció

Engelmann et al., Nature Protocols (2011) 6, 1152–1162

A memóriakódolás és előhívás között eltelt idő

függvényében vizsgálható rövid/közép és hosszú

távú memória a teszt segítségével.

A teszt 3 részből áll az arénához habituálást

követően:

tanulás/mintavételezés (4-10min)

retenciós intervallum (10min-72h)

visszahívás (4-10 min)


0

10

20

30

40

50

60

70

*

0.5 h

*

2 h

*

24 h

Inve

sti

gati

on

du

rati

on

(se

c)

RI

0.5 h 2 h 24 h

*

Inve

sti

ga

tio

n d

ura

tio

n (

se

c)

0

10

20

30

40

50

60

70 Rats

Mice

MINDIG juvenilis (21-45 nap) állatot használnak

(Nincs agresszív interakció)

Engelmann et al., Nature Protocols 6, 1152–1162 (2011)


Short-term Long-term Memory retention

volatile Fraction of the

Olfactory

signature non-volatile

sampling choice

J

1

J

1

J

2

M M

Volatile fraction cage

Szociális diszkrimináció

A szociális kommunikáció során

alkalmazott szagmintavételen alapul a

teszt

Az egerek a patkányokkal ellentétben

képesek elkülöníteni a különböző juvenilis

állatok szagmintáit

Alkalmazhatóság:

Az egereknél a

stimulusállattal

történő fizikai

kapcsolat agresszív

viselkedéshez

vezethet, így a

szociális memória

ebben a

paradigmában

jobban

alkalmazható.


Helypreferencia doboz

Passzív elkerülés doboz


Y-labirintus tesz
















Komplex relációk







shuttle-box

days

**

days

CAR - conditioned avoidance response; EF -escape failure

Nu

mb

er

of

EP

Nu

mb

er

of

CA

R

Félelem motivált asszociatív aktív elkerülés, ahol megtanulja az állat egy semleges stimulus

(fény) segítségével előre jelezni és elkerülni az averzív esemény bekövetkezését.

Jelzés és a sokk között nyílik a kapu, ha tudja h a jel az áramot jelenti akkor átmegy. A fény

mindig abban a kamrában kapcsol ahol az állatot infravörös detektor érzékeli.

Footshock: 0,3mA 5sec



Y-labirintus tesz
















Komplex relációk







Hole board test:

Hippocampus függő térbeli

memória teszt

Motiváció: cukorpellet (nincs

éheztetés)

Feladat/memória kódolás:

1. Megtanulni hogy keresni

kell a pelletet

2. Megtanulni hogy csak

bizonyos lyukakban van

pellet

3. Referencia memória teszt:

a kondícionált helytől eltérő a

pelletek helyzete

Összes pellet megtalálásához

szükséges idő (max. 5 min)


Y-labirintus tesz

tárgy felismerés (object recognition)

szociális memória (social discrimination)














III. Komplex relációk








Morris-féle vizilabirintus (motiváló faktor: kellemetlenség elkerülése)

Hippocampusfüggő térbeli memória teszt

Feladat: víz alatti platform megtalálása (memória kódolás) 5 nap napi 4 próba,

1,5 perc látható platformmal

Probe teszt- 1nap nincs platform

Referencia memória teszt-3-szor 4 próba, a kondícionált helytől eltérő a

platform lokalizációja

Különböző stratégiát alkalmazva

talál rá a platformra pl:

• mozgásmintázat

• térbeli referencia pontok (cue)

Tanulás:

Kognitív térképet alakít ki

(Pan és mtsai, 2010, Horm Behav)

1. Platform keresés megtanulása (felszín feletti zászlóval (~3nap)

2. Minden nap új helyen a platform, napon belül ugyanott 4 próba/nap. Az 1-2 próba között eltelt idő

változik ~12 nap

Tanulás/memorizálás vizsgálata Spatial delayed matching-to-place task (DMP)

NR2B antagonista (RO-25 és Ifenprodil) CA1 régióban injektálva:

• Nem hat a rövid távú térbeli tanulásra de a hosszú távúra igen (nincs hatással a 30sec a tanulásra de

a 10 perces késésnél szignifikánsan romlott a tanulás)

• Nem befolyásolja sem a motivációt, sem a motoros képességeket.

CA3-NR1 knockout egerek- Sérül az új térbeli információ gyors kódolása (Nakagazawa et al. 2004)

Zhang et al. Molecular Brain 2013, 6:13

Köszönöm a figyelmet!

Documents

Kurzus - KOKIkoki.hu/data/cikkek/106/1063/cikk-106370/6 Tanulas...Tudás 1. Teoretikus tudás: Tudatos felismerésével szerzett információ. Emberi sajátság a teoretikus tudás,