54
RAZISKOVANJE MOŽGANOV: OD RAZISKOVANJE MOŽGANOV: OD ELEKTRIKE DO SPOMINA ELEKTRIKE DO SPOMINA SIMON BREŽAN, VITA ŠTUKOVNIK SIMON BREŽAN, VITA ŠTUKOVNIK Medicinska fakulteta, Univerza v Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani Ljubljani Inštitut za klinično nevrofiziologijo, Inštitut za klinično nevrofiziologijo, Klinični center Ljubljana Klinični center Ljubljana TEDEN MOŽGANOV 2006 TEDEN MOŽGANOV 2006

my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Električna aktivnost živčnih celic predstavlja enega osnovnih mehanizmov delovanja možganov, ki posredujejo različne duševne procese (npr. zaznavanje, spomin, čustvovanje, odločanje). Beležimo in preučujemo jo lahko s pomočjo metode elektroencefalografije (EEG). Sodobni pogled na delovanje možganov pravi, da posamezno funkcijo posredujejo prostorsko ločeni možganski centri, ki pa delujejo sočasno. Na kakšen način je torej usklajeno njihovo delovanje? Predstavljena bo novejša metoda EEG-koherence za preučevanje tovrstne komunikacije v možganih, na primeru procesov spomina.

Citation preview

Page 1: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

RAZISKOVANJE MOŽGANOV: OD RAZISKOVANJE MOŽGANOV: OD ELEKTRIKE DO SPOMINAELEKTRIKE DO SPOMINA

SIMON BREŽAN, VITA ŠTUKOVNIKSIMON BREŽAN, VITA ŠTUKOVNIK

Medicinska fakulteta, Univerza v LjubljaniMedicinska fakulteta, Univerza v LjubljaniInštitut za klinično nevrofiziologijo, Inštitut za klinično nevrofiziologijo,

Klinični center LjubljanaKlinični center Ljubljana

TEDEN MOŽGANOV 2006TEDEN MOŽGANOV 2006

Page 2: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

PREGLED VSEBINE Raziskovanje v kognitivni nevroznanosti

Elektroencefalografija (EEG): metoda merjenja električne aktivnosti možganov

Višje živčne funkcije (spomin), model delovnega spomina in problem povezovanja

EEG-koherenca: metoda analize EEG-signala za preučevanje funkcijske povezanosti možganov

Raziskava: spremembe EEG-koherence pri procesih delovnega spomina

Nevrofiziološka teorija spomina

Page 3: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

RAZISKOVANJE V KOGNITIVNI NEVROZNANOSTIRAZISKOVANJE V KOGNITIVNI NEVROZNANOSTI

Kognitivna znanost

preučevanje duševnih procesov kot obdelave informacij vse vede, ki se ukvarjajo s problemi spoznavnosti,

mišljenja, zavesti, pa tudi čustev in vedenja

Kognitivna nevroznanost

“nevrobiologija duševnih procesov” (Gazzaniga) “cilj je razumeti zavest” (Kandel) možganski oz. nevronski korelati višje živčne dejavnosti?

“Ultimativni cilj kognitivne nevroznanosti je razumevanje delovanja in interakcij funkcijskih in strukturnih komponent možganov tako dobro, da bi lahko sestavili mehanični model možganov oz. napisali računalniški program, ki bi simuliral možgane do potankosti.” (Kosslyn, 1996)

Page 4: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

DVA RAZISKOVALNA PRISTOPA K RAZUMEVANJU DVA RAZISKOVALNA PRISTOPA K RAZUMEVANJU DELOVANJA MOŽGANOVDELOVANJA MOŽGANOV

funkcijske slikovne metode

funkcijska magnetna resonanca (fMR), pozitronska emisijska tomografija (PET)…

(strukturna) razporejenost presnovno-žilnih sprememb ob aktivaciji možganov

dobra prostorska ločljivost > anatomska opredelitev funkcije

elektrofiziološke metode

elektroencefalografija (EEG), znotrajcelična detekcija električnih potencialov, metode izvabljenih potencialov (ERP) …

časovni potek možganske električne aktivnosti dobra časovna ločljivost > procesi in mehanizmi obdelovanja informacij,

operacijski sistem možganov

novejše metode analize EEG-signala: npr. močnostni spektri, EEG-koherenca

Page 5: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

NEKAJ O MOŽGANIHNEKAJ O MOŽGANIH

Revija Science: najtrša neodgovorjena vprašanja v znanosti so tudi nevroznanstvena

Možgani: 100 milijard nevronov, več kot 1016 sinaptičnih povezav?

Najkompleksnejši sistem v vesolju?

Relativna velikost, metabolizem

Organiziranost povezav in obdelovanje informacij v nevronskih mrežjih

Vloga možganske skorje

Skokovit porast števila znanstvenih objav

21. stoletje: Stoletje možganov?

Možgani vsebujejo milijarde nevronov. A kaj nevroni sploh so? Samo celice. Dokler se med njimi ne vzpostavijo povezave, ni v možganih nobenega znanja. Vse, kar vemo in vse, kar smo, izvira iz načina, kako se naši nevroni povezujejo med seboj.

[Tim Berners-Lee, 1999]

Page 6: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

KOMUNIKACIJA MED ŽIVČNIMI CELICAMIKOMUNIKACIJA MED ŽIVČNIMI CELICAMI

ŽIVČNA CELICA = NEVRON ŽIVČNA CELICA = NEVRON

DENDRIT: sporočila k telesu živčne celiceDENDRIT: sporočila k telesu živčne celice

AKSON: sporočila k tarčni živčni celiciAKSON: sporočila k tarčni živčni celici

SINAPSA: živčni stik SINAPSA: živčni stik

NEVRON= ELEKTRIČNO VZDRAŽNA CELICANEVRON= ELEKTRIČNO VZDRAŽNA CELICA

LASTNOSTI CELIČNE MEMBRANE LASTNOSTI CELIČNE MEMBRANE

RAZLIKE V KONCENTRACIJAH IN RAZLIKE V KONCENTRACIJAH IN PREVODNOSTIH IONOV PREVODNOSTIH IONOV

MIROVNI MEMBRANSKI POTENCIAL MIROVNI MEMBRANSKI POTENCIAL

SPREMEMBE PREPUSTNOSTI MEMBRANE > SPREMEMBE PREPUSTNOSTI MEMBRANE > depolarizacijadepolarizacija

AKCIJSKI POTENCIALAKCIJSKI POTENCIAL>> prevajanje impulza po prevajanje impulza po vlaknuvlaknu

→ → ELEKTRIČNO PREVAJANJE: TOK IONOV ZARADI ELEKTRIČNO PREVAJANJE: TOK IONOV ZARADI RAZLIK V ELEKTRIČNIH POTENCIALIH IN RAZLIK V ELEKTRIČNIH POTENCIALIH IN GRADIENTIH KONCENTRACIJ ZUNAJ IN GRADIENTIH KONCENTRACIJ ZUNAJ IN ZNOTRAJ CELICZNOTRAJ CELIC

http://

www.rhsmpsychology.com/Handouts/Neuroscience_handouts.htm

Princip električnega in kemičnega Princip električnega in kemičnega

signaliziranja med nevronisignaliziranja med nevroni

Page 7: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

MOŽGANSKA SKORJA (KORTEKS)MOŽGANSKA SKORJA (KORTEKS)

možganska skorja: medialni pogled možganska skorja: medialni pogled

možganska skorja: lateralni pogledmožganska skorja: lateralni pogled

vir: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/cerebrum_1.gifvir: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/cerebrum_1.gif

Page 8: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

ORGANIZACIJSKA STRUKTURA MOŽGANSKE SKORJE IN ORGANIZACIJSKA STRUKTURA MOŽGANSKE SKORJE IN NJENA ELEKTRIČNA AKTIVNOSTNJENA ELEKTRIČNA AKTIVNOST

piramidni nevroni pravokotna orientacija glede na površino aferentni sinaptični dotok

postsinaptični potenciali, nevronska integracija različna stopnja sinhroniziranosti (fazne

usklajenosti) električne aktivnosti piramidnih nevronov

seštevanje električnih signalov

vir: vir: http://www.yourfamilyclinic.com/eeg/brainwave.html

Citoarhitektura in povezave med nevroni med področji skorje

aferentne eferentne

znotraj področij skorje horizontalne vertikalne

Princip nastanka električne aktivnosti možganske skorje drugačen kot električna aktivnost posameznih nevronov

Page 9: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

MERJENJE ELEKTRIČNE AKTIVNOSTI MOŽGANOV: MERJENJE ELEKTRIČNE AKTIVNOSTI MOŽGANOV: ELEKTROENCEFALOGRAFIJA (EEG)ELEKTROENCEFALOGRAFIJA (EEG)

Metoda elektroencefalografije (EEG): Metoda elektroencefalografije (EEG): neinvazivno odjemanje neinvazivno odjemanje električne aktivnosti možganov na skalpuelektrične aktivnosti možganov na skalpu

Zgodovina EEG:Zgodovina EEG: 1875: elektrokortikografija pri opici 1875: elektrokortikografija pri opici 1924: Hans Berger > prva registracija ritmične aktivnosti možganske 1924: Hans Berger > prva registracija ritmične aktivnosti možganske

skorje pri človekuskorje pri človeku unikatna možnost razumevanja človeškega mišljenja?unikatna možnost razumevanja človeškega mišljenja? Lopez da Silva: velika informativnost EEG-signala (možnost upravljanja Lopez da Silva: velika informativnost EEG-signala (možnost upravljanja

letala zgolj s pomočjo odgovarjajočega EEG-signala) letala zgolj s pomočjo odgovarjajočega EEG-signala)

Klinična vrednostKlinična vrednost (diagnostika nevroloških bolezni: epilepsija, spanje…) (diagnostika nevroloških bolezni: epilepsija, spanje…) Raziskovalna vrednostRaziskovalna vrednost PrednostiPrednosti: možnost neinvazivne analize funkcije možganov pri zdravih : možnost neinvazivne analize funkcije možganov pri zdravih

preiskovancih, možnost preučevanja funkcijskih motenj brez anatomskih preiskovancih, možnost preučevanja funkcijskih motenj brez anatomskih lezijlezij

IKN: nov 128-kanalni visokoločljivostni EEG-aparatIKN: nov 128-kanalni visokoločljivostni EEG-aparat

Page 10: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

SNEMANJE EEG SNEMANJE EEG

Električno aktivnost možganov v obliki EEG-signala odjemamo z elektrodami, Električno aktivnost možganov v obliki EEG-signala odjemamo z elektrodami, nameščenimi na površini glave. nameščenimi na površini glave.

Merimo potencialne razlike med pari elektrod v času (razlike aktivnosti med Merimo potencialne razlike med pari elektrod v času (razlike aktivnosti med različnimi prostorskimi regijami) oz. glede na referenčno elektrodorazličnimi prostorskimi regijami) oz. glede na referenčno elektrodo

Dobra časovna ločljivost (ms)Dobra časovna ločljivost (ms) Slabša prostorska ločljivost (10cmSlabša prostorska ločljivost (10cm22), nedostopnost določenih predelov možganske ), nedostopnost določenih predelov možganske

skorje skorje Različne vezave elektrod, znane anatomske lokacije elektrod, lokalizacija izvora?Različne vezave elektrod, znane anatomske lokacije elektrod, lokalizacija izvora?

Dodatni izvori električne aktivnostiDodatni izvori električne aktivnosti EOGEOG (očesni gibi), (očesni gibi), EMGEMG (mišična aktivnost) …, izvori napetosti v okolici (mišična aktivnost) …, izvori napetosti v okolici izločanje artefaktovizločanje artefaktov

Elektroencefalografsko snemanje:Elektroencefalografsko snemanje: EEG aparat na Inštitutu za klinično nevrofiziologijo, EEG aparat na Inštitutu za klinično nevrofiziologijo, Klinični center LjubljanaKlinični center Ljubljana (vir: osebni arhiv avtorjev)(vir: osebni arhiv avtorjev)

Page 11: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

KAJ JE EEG-SIGNAL ?KAJ JE EEG-SIGNAL ?

EEG-signal:EEG-signal: periodična, sinhrona električna aktivnost velikega števila celic periodična, sinhrona električna aktivnost velikega števila celic možganske skorjemožganske skorje

IZVOR:IZVOR: počasni postsinaptični dendritični potenciali (ekscitacijski – EPSP in počasni postsinaptični dendritični potenciali (ekscitacijski – EPSP in

inhibicijski – IPSP) in posledični zunajcelični ionski tokovi inhibicijski – IPSP) in posledični zunajcelični ionski tokovi

Postsinaptični potencialiPostsinaptični potenciali (Vir: Niedermeyer in Lopez da Sliva, 2004) (Vir: Niedermeyer in Lopez da Sliva, 2004)

Page 12: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

TOKOVNE ZANKE in ELEKTRIČNA NAPETOST NA SKALPUTOKOVNE ZANKE in ELEKTRIČNA NAPETOST NA SKALPU

zunajcelični tokovi – TOKOVNE ZANKE in “potencial polja” zunajcelični tokovi – TOKOVNE ZANKE in “potencial polja” stalna fluktuacija napetosti v časustalna fluktuacija napetosti v času

Akcijski potenciali: neposredno ne prispevajo k EEG-signaluAkcijski potenciali: neposredno ne prispevajo k EEG-signalu

Page 13: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

Oslabitev signala na Oslabitev signala na površinipovršini

upornost kože upornost kože možganske ovojnicemožganske ovojnice možganske tekočine- možganske tekočine-

likvorja likvorja

Ojačevalci napetosti Ojačevalci napetosti

Page 14: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

SUMACIJA- NASTANEK EEG-SIGNALA NA POVRŠINI SUMACIJA- NASTANEK EEG-SIGNALA NA POVRŠINI (MAKROPOTENCIAL)(MAKROPOTENCIAL)

EEG izmeri lahko le bolj ali manj sinhron signal – aktiviranje velikega števila EEG izmeri lahko le bolj ali manj sinhron signal – aktiviranje velikega števila celic na podoben način bolj ali manj sočasno (v fazi)celic na podoben način bolj ali manj sočasno (v fazi)>> večja kot je sinhronost, večja kot je sinhronost, večja je amplituda napetosti (nasprotno bi se površinski signal izničil, če električni dipoli z obratno večja je amplituda napetosti (nasprotno bi se površinski signal izničil, če električni dipoli z obratno polariteto)polariteto)

Vplivi na dinamiko fluktuacij potencialov- signala na površini:Vplivi na dinamiko fluktuacij potencialov- signala na površini: frekvenca/ sinhronost aferentnega dotoka, senzorični dotok, vpliv frekvenca/ sinhronost aferentnega dotoka, senzorični dotok, vpliv

talamokortikalnih povezav talamokortikalnih povezav intrinzične generatorske lastnosti celic intrinzične generatorske lastnosti celic spreminjajoče interakcije med nevronskimi mrežji (ekscitacija, inhibicija)spreminjajoče interakcije med nevronskimi mrežji (ekscitacija, inhibicija) Vpliv nevrotransmiterskih sistemovVpliv nevrotransmiterskih sistemov Vpliv ascendentnih aktivacijskih sistemov možganskega deblaVpliv ascendentnih aktivacijskih sistemov možganskega debla Vpliv cikla budnost- spanje, miselne aktivnosti, dozorevanje signala s starostjoVpliv cikla budnost- spanje, miselne aktivnosti, dozorevanje signala s starostjo

Page 15: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

ELEKTROENCEFALOGRAM: ZAPIS IZMERJENE ELEKTROENCEFALOGRAM: ZAPIS IZMERJENE ELEKTRIČNE AKTIVNOSTI NA SKALPUELEKTRIČNE AKTIVNOSTI NA SKALPU

normalna aktivnost, snemalne elektrode - model glavenormalna aktivnost, snemalne elektrode - model glave Vir: osebni arhiv avtorjevVir: osebni arhiv avtorjev

Page 16: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

MOŽGANSKI RITMIMOŽGANSKI RITMI

EEG-zapis: različni značilni vzorci električne aktivnosti-EEG-zapis: različni značilni vzorci električne aktivnosti- možganski ritmi (oscilacije, valovanja):možganski ritmi (oscilacije, valovanja):

različni različni normalni vzorci aktivnostinormalni vzorci aktivnosti, ki ustrezajo različnim stanjem budnosti in , ki ustrezajo različnim stanjem budnosti in spanjaspanja

različni različni bolezenski vzorcibolezenski vzorci (npr. pri epilepsiji, degenerativnih boleznih (npr. pri epilepsiji, degenerativnih boleznih možganov, presnovnih motnjah, pri motnjah spanja, zastrupitvah, tumorjih, možganov, presnovnih motnjah, pri motnjah spanja, zastrupitvah, tumorjih, infekcijah možganov, komi itd.). infekcijah možganov, komi itd.).

OSCILACIJE: RITEM, AMPLITUDA, FREKVENCAOSCILACIJE: RITEM, AMPLITUDA, FREKVENCA

RITMIČNOST SIGNALA? RITMIČNOST SIGNALA? intrinzične lastnosti celic generatorjev, dinamične interakcije med intrinzične lastnosti celic generatorjev, dinamične interakcije med

nevronskimi mrežji, sinhronostnevronskimi mrežji, sinhronost>> rednost ritma rednost ritma SINHRONOST SIGNALA? SINHRONOST SIGNALA? spreminjajoč se vzorec sinhronizacije in desinhronizacije (izven faze) spreminjajoč se vzorec sinhronizacije in desinhronizacije (izven faze)

regionalnih nevronovregionalnih nevronov>> spremembe amplitude spremembe amplitude

FREKVENCE: hitri vs. počasni ritmiFREKVENCE: hitri vs. počasni ritmi

Page 17: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

IZVOR MOŽGANSKIH RITMOV?IZVOR MOŽGANSKIH RITMOV? Talamokortikalni izvor, povratne zanke; sinhronizacija Talamokortikalni izvor, povratne zanke; sinhronizacija

taka, da tvori ritmično aktivnostitaka, da tvori ritmično aktivnosti Kortikokortikalni nevroni- možganska skorja kot generator Kortikokortikalni nevroni- možganska skorja kot generator

oscilacijoscilacij Razširitev vzpodbude?Razširitev vzpodbude?

POMEN MOŽGANSKIH RITMOV?- aktualne raziskavePOMEN MOŽGANSKIH RITMOV?- aktualne raziskave Vsak svoj prostorski vzorec in vedenjski kontekst, ki jih Vsak svoj prostorski vzorec in vedenjski kontekst, ki jih

vzbudi. vzbudi. Omogočali naj bi preklope med različnimi funkcijskimi Omogočali naj bi preklope med različnimi funkcijskimi

stanji celic možganske skorje in posredovali aktivacijo ali stanji celic možganske skorje in posredovali aktivacijo ali inhibicijo odgovarjajočih nevronskih mrežij.inhibicijo odgovarjajočih nevronskih mrežij.

Page 18: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

ZNAČILNOSTI POSAMEZNIH MOŽGANSKIH RITMOVZNAČILNOSTI POSAMEZNIH MOŽGANSKIH RITMOV

Hitri ritmiHitri ritmi

alfaalfa (8-13Hz, 50 uV): budno stanje (8-13Hz, 50 uV): budno stanje mentalne in fizične sproščenosti (zavre ga mentalne in fizične sproščenosti (zavre ga pozornost, fizični/mentalni napor); pozornost, fizični/mentalni napor); zadajšnji predeli glavezadajšnji predeli glave

betabeta (13-30Hz, 30uV): mentalna aktivnost, (13-30Hz, 30uV): mentalna aktivnost, kognitivni procesi, motorika; čelno, kognitivni procesi, motorika; čelno, centralno, difuznocentralno, difuzno

gamagama (30-50Hz): kognitivni procesi, (30-50Hz): kognitivni procesi, zaznavanje, pozornost zaznavanje, pozornost

Počasni ritmiPočasni ritmi

thetatheta (4-7Hz): spanje, otroci, emocionalni (4-7Hz): spanje, otroci, emocionalni in spominski procesi, bolezenska stanja. in spominski procesi, bolezenska stanja.

deltadelta (0,5-4Hz): globoko spanje, dojenčki, (0,5-4Hz): globoko spanje, dojenčki, organske bolezni možganov.organske bolezni možganov.

ReaktivnostReaktivnostRitem alfa – odpiranje oči, mentalni napor: Ritem alfa – odpiranje oči, mentalni napor:

desinhronizacija v EEG-judesinhronizacija v EEG-ju

Page 19: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

EEG: BUDNOST vs. SPANJE EEG: BUDNOST vs. SPANJE

Budnost: velika splošna aktivnost možganov- bolj iregularen in desinhroniziran signal, nižje Budnost: velika splošna aktivnost možganov- bolj iregularen in desinhroniziran signal, nižje amplitude, višje frekvence (sinaptični inputi v korteks = izven faze, iregularni, odraža senzorični amplitude, višje frekvence (sinaptični inputi v korteks = izven faze, iregularni, odraža senzorični dotok v skorjo)dotok v skorjo)

Spanje: majhna splošna aktivnost, sinhroniziran signal, velike amplitude, počasne frekvenceSpanje: majhna splošna aktivnost, sinhroniziran signal, velike amplitude, počasne frekvence

Negativna korelacija med velikostjo (amplitudo) EEG-signala in nivojem aktivnosti procesiranja v Negativna korelacija med velikostjo (amplitudo) EEG-signala in nivojem aktivnosti procesiranja v možganihmožganih

Page 20: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

PRIMERI NORMALNIH EEG POSNETKOV PRIMERI NORMALNIH EEG POSNETKOV

Zavrtje ritma alfa z odprtjem očiZavrtje ritma alfa z odprtjem oči.. Odprtje oči (zvezdica) popolnoma odpravi alfa aktivnost, v tem primeru z nastopom centralnega Odprtje oči (zvezdica) popolnoma odpravi alfa aktivnost, v tem primeru z nastopom centralnega (C3, C4) pretežno beta ritma(C3, C4) pretežno beta ritma

Page 21: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

EEG IN DIAGNOSTIKA NEVROLOŠKIH BOLEZNIEEG IN DIAGNOSTIKA NEVROLOŠKIH BOLEZNI

Generalizirana epileptiformna aktivnost.Generalizirana epileptiformna aktivnost. Klasični spike-val (trn)Klasični spike-val (trn)

Tonični napad z Tonični napad z generaliziranim generaliziranim spike-valom in polispike-i spike-valom in polispike-i

Page 22: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

Creutzfeldt-Jakobova bolezenCreutzfeldt-Jakobova bolezen. . 65 let. Čeprav je pacient buden z odprtimi očmi, je ozadje počasno in dezorganizirano 65 let. Čeprav je pacient buden z odprtimi očmi, je ozadje počasno in dezorganizirano

in presežek theta aktivnosti se pojavlja difuzno. in presežek theta aktivnosti se pojavlja difuzno.

Page 23: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

KomaKoma

Spontana variabilnost in vretena. Počasna aktivnost. Nizko napetostni 5Hz in 1Hz Spontana variabilnost in vretena. Počasna aktivnost. Nizko napetostni 5Hz in 1Hz aktivnosti s pridružujejo 14Hz vretena. aktivnosti s pridružujejo 14Hz vretena.

Page 24: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

RAZISKOVANJE FUNKCIJE MOŽGANOV Z EEGRAZISKOVANJE FUNKCIJE MOŽGANOV Z EEG

MotorikaMotorika

SenzorikaSenzorika

Višje živčne funkcijeVišje živčne funkcije

Page 25: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

VIŠJE ŽIVČNE FUNKCIJEVIŠJE ŽIVČNE FUNKCIJE

DEFINICIJA: zbir sposobnosti in dejavnosti, oz. lastnosti človeškega živčevja, ki spoznajo, analizirajo in pomnijo podatke, načrtujejo in vodijo vedenje.

celostno: vedenje kot osebnost motivacija, čustvovanje, spomin, spoznavanje, načrtovanje,

vešče gibanje, ustvarjanje abstraktnih idej intelekt, ustvarjalnost, zmožnost načrtovanja, predvidevanja,

estetski čut, etični čut.

Kognitivna nevroznanost: OPREDELITEV MORFOLOŠKO-FIZIOLOŠKIH KORELATOV višjih živčnih funkcij

Spomin (delovni spomin) kot višja živčna funkcija

Page 26: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

SPOMINSPOMIN

SPOMIN: sposobnost kodiranja, shranjevanja in priklica informacij

KODIRANJE: dogodki med prezentacijo informacije za zapomnitev

Kratkoročno shranjevanje informacij

KONSOLIDACIJA: spreminjanje novo shranjene, še labilne informacije za stabilno trajno shranjevanje

SHRANJEVANJE: dolgoročno zadržanje informacije v spominskem sistemu.

PRIKLIC: obnovitev in uporaba shranjene informacije I wondered if a memory

is something you have or something you’ve lost.

[Woody Allen]

Page 27: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

STRUKTURA SPOMINSKEGA SISTEMA

Osnovna shema spominskih procesovOsnovna shema spominskih procesov (Atkinson in Shiffrin, (Atkinson in Shiffrin, 1968)1968)

zamenjava razpad interferenca

pozornost senzorni spomin

kratkoročni spomin

dolgoročni spomin

ponavljanje

Page 28: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

DOLGOROČNI SPOMIN: eksplicitni vs. implicitni DOLGOROČNI SPOMIN: eksplicitni vs. implicitni spominspomin

Eksplicitni spomin: “VEDETI Eksplicitni spomin: “VEDETI KAJ” KAJ”

epizodični spomin epizodični spomin semantični spominsemantični spomin

Implicitni spomin: “VEDETI Implicitni spomin: “VEDETI

KAKO”KAKO”

proceduralni spomin proceduralni spomin asociativno učenjeasociativno učenje neasociativno učenjeneasociativno učenje

Page 29: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

KRATKOROČNI SPOMIN KOT DELOVNI SPOMINKRATKOROČNI SPOMIN KOT DELOVNI SPOMIN

centralni izvršitelj

vidnoprostorska skicirka

epizodični bufer fonološka zanka

vidna semantika

jezik epizodični spomin

Aktiva vloga kratkoročnega spomina: delovni spomin Aktiva vloga kratkoročnega spomina: delovni spomin

DELOVNI SPOMIN:DELOVNI SPOMIN: kompleks kognitivnih procesov za vzdrževanje, upravljanje in uporabo informacij. kompleks kognitivnih procesov za vzdrževanje, upravljanje in uporabo informacij.

Osnova za vsakodnevno funkcioniranje: inteligentno, k cilju usmerjeno vedenje, mišljenje, jezik, reševanje problemov. Osnova za vsakodnevno funkcioniranje: inteligentno, k cilju usmerjeno vedenje, mišljenje, jezik, reševanje problemov.

Model delovnega spomina: Baddeley Model delovnega spomina: Baddeley in Hitch (1974, 2000): in Hitch (1974, 2000):

CENTRALNI IZVRŠITELJCENTRALNI IZVRŠITELJ: : pozornostni nadzor podsistemov, pozornostni nadzor podsistemov, upravljanje z informacijami, upravljanje z informacijami, načrtovanje, izbira stategij, inhibicija načrtovanje, izbira stategij, inhibicija odzivov. odzivov.

SUŽENJSKI PODSISTEMISUŽENJSKI PODSISTEMI: : shranjevanje in osveževanje shranjevanje in osveževanje informacij informacij

Page 30: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

SPOMIN IN MOŽGANI:SPOMIN IN MOŽGANI:

KAKO?KAKO?

KJE? KJE?

Posamezni spominski Posamezni spominski podsistemi: podsistemi:

specifični specifični nevrofiziološknevrofiziološki i korelatikorelati

specifični specifični nevroanatomski nevroanatomski korelati korelati

Page 31: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

NEVROFIZIOLOGIJA IN NEVROANATOMIJANEVROFIZIOLOGIJA IN NEVROANATOMIJA

Dolgoročni spominDolgoročni spomin

Konsolidacija: proces pretvarjanja kratkoročnih spominov v dolgoročno oblikoproces pretvarjanja kratkoročnih spominov v dolgoročno obliko dolgoročna potenciacija (“long-range potentiation – LTP”)dolgoročna potenciacija (“long-range potentiation – LTP”)

Biokemične spremembe v nevronih:

genska ekspresija sinteza novih proteinov rast (krnitev) novih sinaptičnih povezav

Kandel, Schwartz in Jessell, 2000

Page 32: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

Konsolidacija (eksplicitni spomin):Konsolidacija (eksplicitni spomin): hipokampalni sistemhipokampalni sistem kot mediator kot mediator začetnih korakov v dolgoročnem začetnih korakov v dolgoročnem shranjevanju informacijshranjevanju informacij

Lezije v hipokampalnem sistemu: Lezije v hipokampalnem sistemu: nesposobnost shranjevanja nesposobnost shranjevanja novih novih spominovspominov

primer: Alzheimerjeva primer: Alzheimerjeva bolezen bolezen

Trajno shranjevanje spominov: Trajno shranjevanje spominov: Eksplicitni spominEksplicitni spomin: na distribuiran način v : na distribuiran način v

neokorteksuneokorteksu

Implicitni spomin:Implicitni spomin: perceptualni, motorični in perceptualni, motorični in emocionalni krogi emocionalni krogi

Page 33: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

Delovni spominDelovni spomin

zadržanje informacije v nevronskih zadržanje informacije v nevronskih tokokrogih tokokrogih

reverberacijske zanke reverberacijske zanke post-tetanična postsinaptična post-tetanična postsinaptična

facilitacija facilitacija podaljšana depolarizacija nevronov podaljšana depolarizacija nevronov

(elektrotonični dendritični (elektrotonični dendritični potencialov)potencialov)

drugi vzburjevalni in zaviralni drugi vzburjevalni in zaviralni mehanizmi?, hoteno ponavljanje mehanizmi?, hoteno ponavljanje informacije v mislihinformacije v mislih

kratkoročna sprememba v učinkovitosti kratkoročna sprememba v učinkovitosti sinaptičnih povezav (oz. sinaptičnega sinaptičnih povezav (oz. sinaptičnega prenosa) prenosa)

Guyton in Hall, 2006Guyton in Hall, 2006

Reverberacijske zanke v živčevjuReverberacijske zanke v živčevju

Page 34: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

Funkcijska anatomija delovnega spominaFunkcijska anatomija delovnega spomina (celične (celične elektrofiziološke študije, fMR študije) elektrofiziološke študije, fMR študije)

□ prefrontalprefrontalna skorjana skorja (ventrolateral (ventrolateralnana čelna skorjačelna skorja, , dordorzzolateralolateralna čelna skorjana čelna skorja, anterior, anteriorna čelna skorja)na čelna skorja)

□ premotorična skorjapremotorična skorja

□ limbični predelilimbični predeli

□ pposteriorosteriorna na aasociacijska skorjasociacijska skorja

Page 35: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

FUNKCIJSKA SPECIALIZIRANOST STRUKTUR ČELNEGA FUNKCIJSKA SPECIALIZIRANOST STRUKTUR ČELNEGA REŽNJAREŽNJA

1.) teorija specifičnih domen1.) teorija specifičnih domen

> specializirana področja za različne modalitete dražljajev > specializirana področja za različne modalitete dražljajev (Goldman-Rakić, 1995; Levy in Goldman-Rakić, 2000)(Goldman-Rakić, 1995; Levy in Goldman-Rakić, 2000)

2.) teorija specifičnih procesov2.) teorija specifičnih procesov

> funkcijska specializiranost področij glede na tip procesov, ki > funkcijska specializiranost področij glede na tip procesov, ki operirajo z dražljaji (Curtis in dr., 2000; Owen in dr., 1999)operirajo z dražljaji (Curtis in dr., 2000; Owen in dr., 1999)

Page 36: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

Komponente delovnega spomina > Komponente delovnega spomina > različni nevroanatomski korelati:različni nevroanatomski korelati:

ventrolateralno področjeventrolateralno področje (VLFC): (VLFC): ohranjevanje, ponavljanje informacij ohranjevanje, ponavljanje informacij (suženjski podsistemi delovnega (suženjski podsistemi delovnega spomina)spomina)

dorzolateralno področjedorzolateralno področje (DLFC): (DLFC): manipuliranje, upravljanje z manipuliranje, upravljanje z informacijami (centralni izvršitelj) informacijami (centralni izvršitelj)

anteriorno področjeanteriorno področje (AFC): (AFC): kompleksne problemske naloge kompleksne problemske naloge (centralni izvršitelj) (centralni izvršitelj)

Hipotetična lateralizacija funkcijHipotetična lateralizacija funkcij (Postle in dr., 2000):(Postle in dr., 2000):

govorne informacije (fonološka zanka): govorne informacije (fonološka zanka): leva hemisferaleva hemisfera

vidno-prostorske informacije (vidno-vidno-prostorske informacije (vidno-prostorska skicirka): prostorska skicirka): desna desna hemisferahemisfera

Fletcher in Henson, 2001Fletcher in Henson, 2001

PERSPEKTIVA “ČLOVEŠKE” KOGNITIVNE PSIHOLOGIJEPERSPEKTIVA “ČLOVEŠKE” KOGNITIVNE PSIHOLOGIJE: : MODEL KOMPONENT MODEL KOMPONENT DELOVNEGA SPOMINA DELOVNEGA SPOMINA

Page 37: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

1.1. Procesi delovnega spomina: sočasna Procesi delovnega spomina: sočasna aktivacija številnih možganskih aktivacija številnih možganskih področjij (predvsem čelni in zadajšnj področjij (predvsem čelni in zadajšnj predeli)predeli)

GLAVNE RAZISKOVALNE DILEME: GLAVNE RAZISKOVALNE DILEME:

1. “KAKO” se informacija shranjuje? tonična 1. “KAKO” se informacija shranjuje? tonična ekscitacija > “delay period activity”ekscitacija > “delay period activity”selektivnost nevronov glede na selektivnost nevronov glede na dražljaj (npr. smer itd.) dražljaj (npr. smer itd.)

2. “KAJ” je informacija, ki se shranjuje? 2. “KAJ” je informacija, ki se shranjuje?

3. procesi manipulacije: dinamične 3. procesi manipulacije: dinamične interakcije med prefrontalnimi interakcije med prefrontalnimi nevroni, procesi transformacije nevroni, procesi transformacije informacij? informacij?

4. medsebojna integracija in 4. medsebojna integracija in koordinacija vpletenih področij? koordinacija vpletenih področij?

>> problem povezovanja >> problem povezovanja Koritnik in dr., 2004Koritnik in dr., 2004

Funkcijsko magnetnoresonančno slikanje Funkcijsko magnetnoresonančno slikanje možganov (fMR) med nalogo delovnega možganov (fMR) med nalogo delovnega spomina: aktivirana področja - rdečespomina: aktivirana področja - rdeče

Page 38: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

PROBLEM POVEZOVANJA (“BINDING PROBLEM POVEZOVANJA (“BINDING PROBLEM”)PROBLEM”)

Vzporedno in distribuirano obdelovanje informacij v Vzporedno in distribuirano obdelovanje informacij v možganihmožganih

Funkcija: sinhronizirana interakcija več (definiranih) Funkcija: sinhronizirana interakcija več (definiranih) možganskih predelov možganskih predelov vidna percepcija, kompleksni motorični vzorci, vidno-vidna percepcija, kompleksni motorični vzorci, vidno-

motorična integracija …motorična integracija …

KAKO MED SEBOJ SODELUJEJO PROSTORSKO LOČENA, KAKO MED SEBOJ SODELUJEJO PROSTORSKO LOČENA, A V ISTO FUNKCIJO VPLETENA MOŽGANSKA A V ISTO FUNKCIJO VPLETENA MOŽGANSKA PODROČJA (»PROBLEM POVEZOVANJA«)?PODROČJA (»PROBLEM POVEZOVANJA«)?

Page 39: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

REŠITVE PROBLEMA POVEZOVANJAREŠITVE PROBLEMA POVEZOVANJA

1. Sinteza oz. kodiranje združevanja vidikov informacij prek 1. Sinteza oz. kodiranje združevanja vidikov informacij prek procesov pozornosti (Treisman, 1988)procesov pozornosti (Treisman, 1988)

2. Postopna obdelava na hierarhičnih ravneh, celice s 2. Postopna obdelava na hierarhičnih ravneh, celice s selektivno vzdražnostjo (teorija “grandmother neuron”) selektivno vzdražnostjo (teorija “grandmother neuron”) (Gross in dr., 1981) (Gross in dr., 1981)

3. “Sinhrone” oscilacije v električni aktivnosti med 3. “Sinhrone” oscilacije v električni aktivnosti med prostorsko ločenimi nevronskimi mrežjiprostorsko ločenimi nevronskimi mrežji

Page 40: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

DRUGAČEN POJEM “SINHRONIZACIJE” DRUGAČEN POJEM “SINHRONIZACIJE” OSCILACIJ OSCILACIJ

Razlike od pojma Razlike od pojma sinhronizacije kot osnove sinhronizacije kot osnove EEG-signala:EEG-signala:

prostorske skaleprostorske skale fazna in močnostna fazna in močnostna

sklopljenost, stopnja sklopljenost, stopnja konsistence signalovkonsistence signalov

mera podobnosti, korelacije mera podobnosti, korelacije dveh signalovdveh signalov

MehanizemMehanizem prenos električnih signalov prenos električnih signalov

prek hipotetičnih prek hipotetičnih anatomskih povezav?anatomskih povezav?

Indukcija- več načinov?Indukcija- več načinov?

»Merjenje«: EEG-»Merjenje«: EEG-koherenca kot metoda koherenca kot metoda analize signalaanalize signala

Vir:Vir:http://www.sbg.ac.at/psy/people/http://www.sbg.ac.at/psy/people/klimesch/downloads/vo_eeg-oscillations/klimesch/downloads/vo_eeg-oscillations/vo1abstract.ppt#1vo1abstract.ppt#1

““Sinhronizacija” električne Sinhronizacija” električne nevronske aktivnosti med nevronske aktivnosti med prostorsko ločenimi nevronskimi prostorsko ločenimi nevronskimi mrežji mrežji

Page 41: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

Možgani kot »omrežje omrežij« - analogija z internetom?Možgani kot »omrežje omrežij« - analogija z internetom?

Page 42: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

EEG-KOHERENCA EEG-KOHERENCA

MERA FUNKCIJSKE SKLOPLJENOSTI MED LOČENIMI MOŽGANSKIMI PODROČJI

>> metoda analize EEG-signala med dvema možganskima področjema

>> stopnja “sinhroniziranosti” oscilacij (med 0 in 1)

>> časovno usklajeno naraščanje in upadanje zastopanosti (moči) specifične frekvence v frekvenčnem spektru

KOHERENCA: normiran križno-korelacijski KOHERENCA: normiran križno-korelacijski

močnostni spekter med signaloma x močnostni spekter med signaloma x in y:in y:

CxyCxy(ω) – vrednost koherence med (ω) – vrednost koherence med signaloma x(k) in y(k)signaloma x(k) in y(k)

ΦΦxy(ω) – vrednost križno-korelacijskega xy(ω) – vrednost križno-korelacijskega močnostnega spektra signalov x(k) in y(k)močnostnega spektra signalov x(k) in y(k)

ΦΦxx(ω) – vrednost avto-korelacijskega xx(ω) – vrednost avto-korelacijskega močnostnega spektra signala x(k)močnostnega spektra signala x(k)

ΦΦyy(ω) – vrednost avto-korelacijskega yy(ω) – vrednost avto-korelacijskega močnostnega spektra signala y(k)močnostnega spektra signala y(k)

mirovanjeaktivnostxy CCC

Page 43: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

KOHERENTNE OSCILACIJE: RAZISKOVANJE KOHERENTNE OSCILACIJE: RAZISKOVANJE INTEGRATIVNIH FUNKCIJ MOŽGANOVINTEGRATIVNIH FUNKCIJ MOŽGANOV

specifični vedenjski kontekstispecifični vedenjski konteksti

enostavni in kompleksni gibi, zaporedja gibovenostavni in kompleksni gibi, zaporedja gibov obojeročno učenjeobojeročno učenje prepoznava objektovprepoznava objektov vidno-motorična integracija vidno-motorična integracija kognitivne funkcije (delovni spomin, izvršitvene funkcije,...)kognitivne funkcije (delovni spomin, izvršitvene funkcije,...)

sinhrone (koherentne) oscilacije: sinhrone (koherentne) oscilacije:

specifični frekvenčni pasovispecifični frekvenčni pasovi specifični prostorski vzorci specifični prostorski vzorci

Vir: Vir: Sarnthein, 1998Sarnthein, 1998

Page 44: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

EEG-KOHERENCA in DELOVNI SPOMINEEG-KOHERENCA in DELOVNI SPOMIN

Različne eksperimentalne paradigme delovnega spomina: Različne eksperimentalne paradigme delovnega spomina:

merjenje EEG-koherence med procesi delovnega spomina merjenje EEG-koherence med procesi delovnega spomina

Povečanje EEG-koherencePovečanje EEG-koherence v theta, alfa in gama frekvenčnem pasu v theta, alfa in gama frekvenčnem pasu med med procesi delovnega spominaprocesi delovnega spomina (Serrien in dr., 2003; Sauseng in (Serrien in dr., 2003; Sauseng in dr., 2004; Sarnthein in dr., 1998; Jensen in dr., 2002, Klimesch, dr., 2004; Sarnthein in dr., 1998; Jensen in dr., 2002, Klimesch, 2000;...)2000;...)

Spremembe EEG-koherenceSpremembe EEG-koherence v odvisnosti od v odvisnosti od obremenitve obremenitve delovnega spominadelovnega spomina (Gevins in dr., 1997, Jensen, 2000, ...) (Gevins in dr., 1997, Jensen, 2000, ...)

Page 45: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

RAZISKAVA “SPREMEMBE EEG-KOHERENCE MED PROCESI RAZISKAVA “SPREMEMBE EEG-KOHERENCE MED PROCESI DELOVNEGA SPOMINA”: VZDRŽEVANJE vs. UPRAVLJANJE Z DELOVNEGA SPOMINA”: VZDRŽEVANJE vs. UPRAVLJANJE Z

INFORMACIJAMIINFORMACIJAMI

Delovni spomin: Delovni spomin: vzdrževanje vzdrževanje informacijinformacij (theta frekvenčni pas) (theta frekvenčni pas)

(IKN, Brežan in dr., 2005)(IKN, Brežan in dr., 2005)

Delovni spomin: Delovni spomin: upravljanje z upravljanje z informacijamiinformacijami (theta frekvenčni (theta frekvenčni pas) pas)

Spremembe koherence: prikaz na modelu Spremembe koherence: prikaz na modelu glave glave STERNBERGOVA PARADIGMA DELOVNEGA SPOMINA (zapomni vs. STERNBERGOVA PARADIGMA DELOVNEGA SPOMINA (zapomni vs.

preuredi)preuredi)

Page 46: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

NATANČNA DOLOČITEV KOHERENCE MED PARI NATANČNA DOLOČITEV KOHERENCE MED PARI ELEKTRODELEKTROD

Page 47: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

REZULTATI RAZISKAVE REZULTATI RAZISKAVE

Vzdrževanje informacijVzdrževanje informacij vs. kontrola: obsežna anterio- vs. kontrola: obsežna anterio-posteriorna simetrična povečanja koherence v theta posteriorna simetrična povečanja koherence v theta (4-7 Hz), al(4-7 Hz), alffa a 1 (8-10 H1 (8-10 Hz), z), alalffa 2 (10-12 Hz) and gama (30-50a 2 (10-12 Hz) and gama (30-50 Hz) Hz) frekvenčnem frekvenčnem pasu (med čelnimi, senčnimi in temenskimi področji možganov). pasu (med čelnimi, senčnimi in temenskimi področji možganov).

Upravljanje z informacijamiUpravljanje z informacijami: bilateralna daljna anterio-: bilateralna daljna anterio-posteriornaposteriorna povečanja koherence v povečanja koherence v theta theta inin al alffa 2 a 2 frekvenčnem frekvenčnem pasupasu. .

Vzdrževanje, upravljanje z informacijamiVzdrževanje, upravljanje z informacijami: tudi zmanjšanja : tudi zmanjšanja koherence med nekaterimi možganskimi področji koherence med nekaterimi možganskimi področji

procesi delovnega spomina zahtevajo funkcijsko procesi delovnega spomina zahtevajo funkcijsko

povezanost sprednjih in zadajšnjih predelov povezanost sprednjih in zadajšnjih predelov možganov, s specifičnimi procesi v povezavi s možganov, s specifičnimi procesi v povezavi s specifičnimi frekvenčnimi pasovispecifičnimi frekvenčnimi pasovi

Page 48: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

NEVROFIZIOLOŠKA TEORIJA SPOMINA IN DRUGIH NEVROFIZIOLOŠKA TEORIJA SPOMINA IN DRUGIH MENTALNIH FUNKCIJMENTALNIH FUNKCIJ

Delovni spomin morda posredujejo multiple sinhronizirane Delovni spomin morda posredujejo multiple sinhronizirane (koherentne) oscilacije v električni aktivnosti v različnih (koherentne) oscilacije v električni aktivnosti v različnih frekvenčnih pasovih z različnimi prostorskimi vzorci in frekvenčnih pasovih z različnimi prostorskimi vzorci in funkcijami.funkcijami.

Primer: Primer: sinhronizacija oz. povečanje koherence v theta frekvenčnem pasu med sinhronizacija oz. povečanje koherence v theta frekvenčnem pasu med procesi delovnega spomina posreduje funkcijsko povezovanje (usklajevanje) procesi delovnega spomina posreduje funkcijsko povezovanje (usklajevanje) zadajšnjih predelov možganov, kjer se informacija shranjuje in čelnih predelov, kjer se zadajšnjih predelov možganov, kjer se informacija shranjuje in čelnih predelov, kjer se relevantna informacija vzdržuje, osvežuje in se z njo upravlja (Baddeley-ev model)relevantna informacija vzdržuje, osvežuje in se z njo upravlja (Baddeley-ev model)

Zmanjšanja koherenceZmanjšanja koherence: funkcijska odklopitev motečih interakcij, : funkcijska odklopitev motečih interakcij, selektivna pozornost?selektivna pozornost?

Izvršitvene funkcije (centralni izvršitelj): večja integracija Izvršitvene funkcije (centralni izvršitelj): večja integracija

anterio-posteriornih in interhemisfernih nevronskih omrežij anterio-posteriornih in interhemisfernih nevronskih omrežij (ne gre zgolj za vpletenost prefrontalnega korteksa?)(ne gre zgolj za vpletenost prefrontalnega korteksa?)

Lateralizacija funkcijLateralizacija funkcij: verbalne naloge - bolj leva hemisfera, : verbalne naloge - bolj leva hemisfera, vidnoprostorske bolj desna, v naši raziskavi nismo dokazalividnoprostorske bolj desna, v naši raziskavi nismo dokazali

Page 49: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

FUNKCIJSKI KORELATI SPECIFIČNIH MOŽGANSKIH RITMOV PRI FUNKCIJSKI KORELATI SPECIFIČNIH MOŽGANSKIH RITMOV PRI DELOVNEM SPOMINUDELOVNEM SPOMINU

Ritem ALFA:Ritem ALFA: procesi delovnega spomina, mentalni napor procesi delovnega spomina, mentalni napor

Ritem THETARitem THETA:: procesi delovnega spomina (ponavljanje/ procesi delovnega spomina (ponavljanje/ vzdrževanje, skeniranje informacij), pozornostvzdrževanje, skeniranje informacij), pozornost

Ritem GAMARitem GAMA:: procesi senzoričnega procesiranja posameznega procesi senzoričnega procesiranja posameznega dražljaja, pozornost …dražljaja, pozornost …

Page 50: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

Sinhrone koherentne oscilacije električne aktivnosti morda predstavljajo

funkcijski nevronski korelat višjih mentalnih funkcij

Page 51: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

PERSPEKTIVE ŠTUDIJ KOHERENCEPERSPEKTIVE ŠTUDIJ KOHERENCE

Izbira ustreznih kognitivnih/vedenjskih paradigem in Izbira ustreznih kognitivnih/vedenjskih paradigem in nevropsiholoških testov omogoča študij fizioloških in nevropsiholoških testov omogoča študij fizioloških in patofizioloških vidikov kognitivnih, motoričnih in senzoričnih patofizioloških vidikov kognitivnih, motoričnih in senzoričnih integrativnih funkcij možganovintegrativnih funkcij možganov

Perspektive tudi klinične: iskanje faktorjev oz. mehanizmov, ki Perspektive tudi klinične: iskanje faktorjev oz. mehanizmov, ki motijo “povezanost” možganov in tako prispevajo k nekaterim motijo “povezanost” možganov in tako prispevajo k nekaterim nevrološkim in psihiatričnim boleznimnevrološkim in psihiatričnim boleznim

Page 52: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

Je stara mama nevron?Je stara mama nevron?

NE SPRAŠUJTE MENE!NE SPRAŠUJTE MENE!

Page 53: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

Hvala za pozornost!Hvala za pozornost!

Page 54: my Lecture Brain EEG and Memory TM Predavanje Mozgani Od Elektrike Do Spomina

LIJ (Lisman, Idiart, Jensen, 1998) MODEL delovnega LIJ (Lisman, Idiart, Jensen, 1998) MODEL delovnega spominaspomina

Slika 4. LIJ model kot model omrežja, ki Slika 4. LIJ model kot model omrežja, ki deluje kot multi-kodni bufer deluje kot multi-kodni bufer kratkoročnega spominakratkoročnega spomina..

Theta in gama oscilacije igrajo glavno Theta in gama oscilacije igrajo glavno vlogo v modelu. »ADP vlogo v modelu. »ADP (afterdepolarization)« nastane, ko se (afterdepolarization)« nastane, ko se določen nevron/ nevronski vzorec določen nevron/ nevronski vzorec primarno sproži (zaradi senzoričnega primarno sproži (zaradi senzoričnega inputa) in povzroči depolarizacijsko inputa) in povzroči depolarizacijsko stopnico/ odklon? (ramp), ki omogoča stopnico/ odklon? (ramp), ki omogoča ponovno proženje istega nevrona po ponovno proženje istega nevrona po določenem časovnem zamiku. Ti določenem časovnem zamiku. Ti depolarizacijski odkloni so časovno depolarizacijski odkloni so časovno razmejeni (temporarily offset?) za različne razmejeni (temporarily offset?) za različne spominske kode, kar omogoči da se spominske kode, kar omogoči da se različni kodi aktivirajo v različnih različni kodi aktivirajo v različnih zaporednih gama ciklih. Glavna funkcija zaporednih gama ciklih. Glavna funkcija takega sistema- bufra je v tem, da takega sistema- bufra je v tem, da omogoča tako obnavljanje proženja omogoča tako obnavljanje proženja nevronov, ki hkrati obdrži tudi serijski red nevronov, ki hkrati obdrži tudi serijski red (»serial order«), informacijo o zaporedju (»serial order«), informacijo o zaporedju različnih kodov. Čas ponovitve celotnega različnih kodov. Čas ponovitve celotnega ciklusa je določen s theta oscilacijami oz. ciklusa je določen s theta oscilacijami oz. zunanjim theta inputom, ki tako posreduje zunanjim theta inputom, ki tako posreduje kontekst delovnega spomina. Gama kontekst delovnega spomina. Gama oscilacije pa nastanejo kot posledica oscilacije pa nastanejo kot posledica izmenjavanja med ekscitacijo in izmenjavanja med ekscitacijo in medsebojno inhibicijo različnih nevronskih medsebojno inhibicijo različnih nevronskih kodov (celica oz. nevronski vzorec, ki ima kodov (celica oz. nevronski vzorec, ki ima največji depolarizacijski odklon, bo kot največji depolarizacijski odklon, bo kot prva prožila ponovno) zaradi zaporedne, prva prožila ponovno) zaradi zaporedne, ločene aktivacije vsakokratno različnih ločene aktivacije vsakokratno različnih spominskih kodov. spominskih kodov.