Neurovetenskap
Studier av nervsystemet
Varför intressant för kognitionsvetare?
1
kul
kan befästa/förkasta kognitionspsykologiska och
lingvistiska teorier
kan bidra till modeller för kognitiv arkitektur
visar på människans begränsade förmåga att behandla
information
visar på människans gränslösa möjligheter att förbättra
förmåga
Innehåll
2
CNS
Neuropsykologi
Anatomi
Celler
Neuronal utveckling
Topografiska kartor
Neuronens viloläge
Neuronens kommunikation
Neurologi vs konnektionism
Centrala nervsystemet (CNS)
Hjärnan + ryggmärgen
Uppgift:
kontrollcenter för tolkning av sensor-indata
styr tanke- och den fysiska verksamheten
3
Hjärnan är det mest aktiva organet i hela kroppen
(förbrukar 15-20% av allt syre)
Neuropsykologi
4
Studiet av implementationen av minne, språk,
medvetande etc genom att studera hjärnskador
och människor med hjärnskador
Traditionellt top-down: från kognitiv modell (utifrån
den hjärnskadades bibehållna/förlorade
funktioner) till neuronimplementation (avbilder av
hjärnan)
Nu även bottom-up: från neuronimplementation till
kognitiv modell (konnektionismen)
Minne (exempel på top-down
slutsats)
5
Amnesi påverkar bara deklarativt minne.
- Bevis för att deklarativt och procedurellt minne är
biologiskt skilda åt
Smärta, sensibilitet
motorik
Neuroanatomi
Omdöme, initiativ,
planering, målinriktad
aktivitet,
Broca’s area:
Produktion av språk
cerebral cortex
Wernicke’s area:
språkförståelse
vision
Hjärnstam
6
cerebellum
b
Neuroanatomi
a
c
MS
a. Wernickes afasi
7
b. Brocas afasi
c. Alexi men ej agrafi
Hjärnans celler
Gliaceller
Upprätthåller ”Blod-hjärnbarriären” - Omgärdar de flesta
blodkärlen i hjärnan, filtrerar blodtillförseln och
avlägsnar överflödiga/ovälkomna substanser
Duplicerar sej på platser för skador och tar bort skräp,
skapar ärrbildning
Formar myelinet kring vissa neuroners axon – En
process som är avgörande för utvecklandet av kognitiva
och motoriska funktioner (ex. Multipel Sclerosis - MS)
8
Neuroner
Neuronen
Liknar andra celler men
kan skicka och ta emot stora mängder signaler
kan inte duplicera sig själva – vuxnas hjärnskador blir
permanenta
Mycket känslig för störningar i
syretillförseln (dör inom minuter)
omgivningens ämnesinnehåll (gifter, men även förhöjda
halter av naturliga ämnen) – Skydd: ”Blodhjärnbarriären”
9
Neuronens uppbyggnad
dendriter
cellkropp
axon
10
hillock
Neural utveckling (1)
- före födseln
Ett mysterium
Tillväxttakt under en viss period: flera hundra
tusen neuroner / minut
Migrationsfasen: neuronerna vandrar längs
gliacellspår till sina ”adresser”
Aggregationsfasen: gruppering och positionering
Differentiationsfasen: axoner växer, kopplingar
formas, kretsar ”prunas” ner till funktionella vägar
11
Migrationsfel: dyslexi
Pågår hela uppväxten
Neural utveckling (2)
- efter födseln
Myelination
Plasticitet
bygger på överproduktion av synaps-kopplingar
Stimulans AO för utveckling (OCH bibehållande) Djurförsök har visat:
påverkan av storleken på cortex
densitet av gliaceller
antalet synaptiska kopplingar
12
Utveckling sker i olika peroder i olika delar av
hjärnan, ex synbarken (2-5 mån), språkcentra (0-5
år), frontalloben (0-... år)
Vänster/höger hjärnhalva
Vänster hjärnhalva
kontrollerar motorik/sensorik
i högra delen av kroppen
och tvärtom
Synen nästan också
Ena halvan ofta dominant för
styrning av beteende
Vänster: språk, finmotorik för
högerhänta, semantiskt minne
Höger: visuo-spatiala
funktioner (neglekt), episodiskt
minne
13
Topografiska kartor (1)
14
Ex: beröringscentra
i hjärnbarken
Topografiska kartor (2)
15
Kan förändras pga yttre stimuli
Kan variera något mellan individer
Neuronnätverket bestäms av både genetiskt arv
och miljö
Neuronens viloläge (1)
16
Potentiell energi i och runt neuronen
Cellmembranet separerar inre och yttre
förhållandena
DNA i cellkärnan är negativt laddat.
Neuronens viloläge (2)
17
I och runt neuronen finns bl a kalium-, natrium- och
kloridjoner (K+, Na+, Cl-).
Kalium dras in i cellen p g a elektrisk kraft.
Kloridjoner dras utåt p g a att kärnan är negativt
laddad.
=> överskott av kaliumjoner i cellen, och ett
underskott av natrium- och kloridjoner, jämfört med
utsidan.
Jämvikt uppnås vid -70 mV i neuronen.
Neuronens kommunikation (1)
18
”local potentials”
– slö kommunikation nära vänner emellan
”action potentials”
– blixtsnabb kommunikation för distansarbete
Neuronens kommunikation (2)
- “local potentials”
19
En receptor på neuronen retas av signalsubstans
från en annan neuron.
Portarna på receptorn öppnas under 1 ms.
Natriumjoner strömmar in.
Jonpumpen börjar pumpa in natriumjoner för att
återställa jämvikt men under tiden höjs spänningen i
neuronen...
Natriumjoner fördelar sig i neuronen och tunnas ut.
Neuronens kommunikation (3)
- ”action potentials”
20
Om tillräcklig koncentration av natriumjoner når
hillock (så att spänningen där höjs till -55 mV)
öppnas portarna i hillock.
Då strömmar natriumjoner in p g a elektrisk och
kemisk kraft. Natriumjonerna sprids nedåt i axonet
eftersom spänningen är lägre där (-70 mV).
Om koncentrationen av natriumjoner ger upphov till
spänningsökning till -55 mV längre ned i axonet (vid
nästa port) öppnas denna port, o s v.
Neuronens kommunikation (4)
- hämmande signaler
21
signaler kan både verka exciterande och
hämmande på mottagarneuronen
Neuronens kommunikation (5)
- avfyrningshastighet
22
”action potentials” varar 1-10 ms och kan färdas
med 100 m/s
avfyrningshastigheten varierar mellan en och
hundratals signaler per sekund
förändring i avfyrningsfrekvens betyder
”beräkning pågår”
Neuronens kommunikation (6)
- synapsen
23
Ställe där neuroner utbyter info på kemisk väg
Presynaptisk cell = sändare
Postsynaptisk cell = mottagare
Neuronens kommunikation (7)
- synapsen
24
Bild från ett elektronmikroskop
Neurologi vs konnektionism
25
Nervfibrer är inte ”bidirectional” (backprop-alg)
Frekvens + fas (ANN saknar fasinfo)
Multipla neurotransmittorer, många olika typer av
neuroner
Mikrokretsar i dendriterna som utför komplexa,
ickelinjära beräkningar => synapserna basen för
neuronal beräkning, ej neuronerna
