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
motorik
Smärta, sensibilitet
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 (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
 Höger: visuo-spatiala
funktioner (neglekt)

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
klorjoner (K+, Na+, C-).
Kalium dras in i cellen p g a elektrisk kraft. Klorjoner
dras utåt p g a att kärnan är negativt laddad.
=> överskott av kaliumjoner i cellen, och ett
underskott av natrium- och klorjoner, 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