Översikt Neurovetenskap Våtvaran Neuroanatomi Hjärnans vävnader och struktur Neurofysiologi Processer i hjärnan Hjärnscanning Vilka metoder finns Varför det är svårt att tolka resultaten Mänskligt tänkande Struktur och funktion hänger ihop Kognitiv psykologi studerar mänskligt tänkande Vilka teorier är mer sanna, dvs. ger troligare förklaring till exp. data Viktigt att veta vilka kognitiva processer som sker i hjärnan Forskning om mänskligt tänkande måste beakta Kunskap om hjärnans uppbyggnad, och hur hjärnan arbetar ( beräknar ) Hjärnans olika områden synliga som olikfärgade delar i hjärnbarken Scanning-tekniker har visat att olika kognitiva funktioner sammanfaller med aktivering av olika hjärnområden Men, alltför hård tolkning av data är inte bra Antagandet om lokalisering Olika kognitiva funktioner utförs i olika delar av hjärnan, men Stora individuella skillnader Ju mer vi vet om hjärnan, desto svårare att strikt lokalisera olika funktioner Fler än ett område deltar i en kognitiv funktion Samma område utnyttjas till flera funktioner Redundant bearbetning Finns alltid alternativa sätt att implementera en funktion Alternativa sätt pågår parallellt i hjärnan Två sätt att studera hjärnan Neuroanatomi (uppbyggnad) Studera vävnad Färgning av hjärnområden Färgning för att spåra kopplingar mellan hjärnceller Neurofysiologi (funktion) Studerar levande hjärna PET-scan, EEG (ElektroEncefaloGram), etc. Encefalon = hjärna på grekiska/latin Sidan 1
Mål Neuroanatomi Metoder för att kartlägga hjärnans vävnadsstruktur Hjärnans struktur säger mycket om processerna Avgränsning av funktionella enheter Var olika funktioner implementeras/utförs Vilka strukturer är kopplade till vilka strukturer Längs vilka informationskanaler olika processer kommunicerar med varandra Untangling the brain Nature (tidskrift) Grov struktur Vad är framåt och bakåt? Vad är framåt och bakåt? PET-scan fmri Sidan 2
Lober parietal prefrontal frontal System 1 för lokalisering lateral dorsal occipital caudal medial rostral lateral temporal ventral System 2 för lokalisering posterior lateral superior medial anterior Hur kan man veta var de olika hjärnområdena är? lateral inferior Olika färg, olika vävnadsstruktur Tvärsnitt: olika skikt Skikt 1 2 3 4 Hjärnan veckad för att få stor yta per volymenhet 5 6 Sidan 3
Tvärsnitt Horisontella kopplingar till andra områden Vertikal kommunikation mellan skikten, dvs. inom hjärnområdet Hjärnan Tvärsnitt: olika skikt Består av 10 6-10 12 neuroner (svårt att uppskatta) 10 3 neuroner kan kopplas till 10 3 neuroner Alla neuroner utvecklade hos nyfödda Kopplingar och myelinisering utvecklas senare 1: axonknippe 2: mellanlager 3: mellanlager 4: input 5: output 6: output Hjärnbarken Uppdelad i Områden Skikt Man kan även se uppdelning ovanifrån Ränder och fläckar Olika celltyper Selektiv kommunikation mellan dessa Ex. olika typer av synceller till olika skikt Receptorer ganglionceller näthinnan nerver bakom näthinnan Sidan 4
Bearbetning av synintryck Hierarkiskt nätverk Integrering av signal från närliggande celler ger enkla särdrag, t.ex. linjer Hierarki av neuroner med allt större upptagningsområde ( receptive field ) Ganglion cells uppfattar enkla särdrag Synnerver V1: Högra/vänstra ögat Hyperkolumner i V1 V1 Sidan 5
Starkt förenklad bild Lite närmare verkligheten Motorisk reaktion Visuell input Betydelse, språk Övergripande arkitektur Planering, logiskt tänkande Objektegenskaper vad Position orientering var Motorik Neurofysiologi Metoder för att få inblick i pågående processer Scan-metoder EEG: ElektroEncefaloGrafi Elektrisk aktivitet via huvudsvålen CAT/CT: Computerized Axial Tomography Roterande strålningskälla Scanner på motsatta sidan Dålig tidsupplösning! Sidan 6
PET-scan PET-scan: Exempel PET: Positron Emission Tomography rcbf: regional Cerebral Blood Flow Injicering av spårämnen i blodet Starkare blodflöde där stor aktivitet Spårämnet ansamlas där högre hjärnaktivitet fmri fmri: Functional Magnetic Resonance Imaging Elektromagnetisk resonans hos atomer Spårar vatten, dvs. blodflöde i hjärnan Högre upplösning än PET Inneboende problem Metodologiskt problem Avspeglar aktivering av ett område extra beräkning p.g.a. uppgiften eller är det normal hjärnaktivitet vi ser? Vi måste ha en bas för jämförelse Variant 1: Be Fp inte tänka på någonting Men, hjärnan aldrig avstängd ; dagdrömmar, etc. Variant 2: Mät D uppg A - uppg B Inte säkert att beräkning av uppgifterna skiljer sig åt på det sätt vi tror Ex. Fp kanske använder olika strategier för A och B Positiv eller negativ aktivering? Vad innebär förhöjd aktivering i ett område? Excitatoriska (positiva) eller inhibitoriska (negativt kopplade) processer igång? Inhibitoriska celler invävda i annars excitatoriska områden (ca. 15% av cellerna är inhibitoriska) Svårt att veta vad som egentligen pågår Sidan 7
Riktning av kommunikation? Vad orsakar vad? Vilket område aktiverades först? Vilket beräkningssteg kommer först? Blodflöde bra mått? Avspeglar neural aktivitet hur mycket beräkning som pågår? T.ex. vana schackspelare har mindre hjärnaktivitet än amatörspelare Mer effektiv beräkning aktivering av färre cellgrupper mindre blodflöde Hjärnscan ger inget svar på detta, för dålig tidsupplösning EEG har bra tidsupplösning, men dålig rumslig upplösning Tolkning av observerade processer Vilken funktion fyller aktivering av ett hjärnområde? Jfr. tolka en datorarkitektur utan att kunna prata med konstruktören Kognitiv neurovetenskap Sammanför Psykologiskt beteende, psykologiska experiment Neural struktur (arkitektur), neurovetenskap Funktion (beräkning), genom t.ex. modellering Sidan 8