2012-12-30

1

Biologiczne podstawy zachowań;

genetyka zachowania

Robert K. Filipkowski

[e-mail]

Anatomia układu nerwowego

J.W. Kalat, str. 80

-

somatyczny

(sterowanie mięśniami zależne od woli,

odbiór informacji czuciowej)

-

autonomiczny

-

współczulny

(wydatkowanie energii)

-

przywspółczulny

(gromadzenie energii)

J.W. Kalat, str. 73-105

przodomózgowie
śródmózgowie
tyłomózgowie

cewka

nerwowa

kresomózgowie

śródmózgowie

tyłomózgowie

rdzeń kręgowy

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

przodomózgowie (mózg)

pień mózgu

kresomózgowie

śródmózgowie

tyłomózgowie

międzymózgowie

mózgowie

przodomózgowie
kresomózgowie
międzymózgowie

śródmózgowie

tyłomózgowie

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

kresomózgowie

J.W. Kalat, str. 88-91

WSiP

szczelina podłużna
(centralna)

Płaty mózgu, powierzchnia boczna

Kora mózgowa, obszary czynnościowe

2012-12-30

2

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

kresomózgowie

-

kora mózgowa

-

kora węchowa

-

opuszka węchowa

-

formacja hipokampa

-

ciało migdałowate

- przegroda

kresomózgowie

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

kresomózgowie

-

kora mózgowa

-

opuszka węchowa

- formacja hipokampa

-

ciało migdałowate

- przegroda

-

jądro prążka krańcowego

opuszka węchowa

formacja hipokampa

przegroda

zakręt obręczy

spoidło wielkie

formacja hipokampa

zakręt obręczy (prawy)

zakręt obręczy (lewy)

przegroda

sklepienie

(powiązane z f. hipokampa)

ciało migdałowate

ciało migdałowate

spoidło wielkie (ciało modzelowate, łać. corpus callosum)

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

kresomózgowie cd., struktury podkorowe

-

gałka blada

-

jądro ogoniaste

-

jądro półleżące

- skorupa

ciało
prążkowane

gałka blada

jądro ogoniaste

ciało migdałowate

jądro ogoniaste
(ogon)

jądro ogoniaste

(głowa)

skorupa

gałka blada

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

międzymózgowie

-

wzgórze

-

podwzgórze

(gł. jądro niskowzgórzowe)

-

ciała suteczkowate

- przysadka

- szyszynka

-

siatkówka oka

wzgórze (prawe)

wzgórze (lewe)

podwzgórze

ciało

suteczkowate

wzgórze

podwzgórze

przysadka

szyszynka

J.W. Kalat, str. 88-91

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

śródmózgowie

-

wzgórki czworacze

(górne i dolne)

- nakrywka

-

istota czarna

-

istota szara okołowodociągowa

-

pole brzuszne nakrywki

-

twór siatkowaty

-

jądro czerwienne

nakrywka

wzgórki
czworacze

górne dolne

wzgórki
czworacze
górne

wzgórki

czworacze

górne

wzgórki
czworacze
dolne

istota szara

okołowodociągowa

twór siatkowaty

jądro czerwienne

istota czarna

nakrywka

pokrywa

J.W. Kalat, str. 88

2012-12-30

3

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

nakrywka

pęczek przyśrodkowy przodomózgowia

podwzgórze

jądro półleżące
ciało migdałowate

jądro

półleżące

ciało

migdałowate

pole brzuszne

nakrywki

przegroda

kora

przedczołowa

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

tyłomózgowie

-

most

- miejsce sinawe

-

rdzeń przedłużony

-

jądro wielkie szwu

-

jądro samotne (pasma samotnego)

-

jądro nerwu błędnego

-

móżdżek

móżdżek

most

rdzeń przedłużony

twór siatkowaty

móżdżek

most

rdzeń
przedłużony

J.W. Kalat, str. 85-87

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

tyłomózgowie

- most

-

rdzeń przedłużony

-

móżdżek

móżdżek

most

rdzeń przedłużony

twór siatkowaty

twór siatkowaty

struktury mózgowia

i ich funkcje

J.W. Kalat, str. 80-93

budowa warstwowa

J.W. Kalat, str. 94-105

budowa kolumnowa

budowa warstwowa:

6 warstw

warstwa IV

– „wejście”

Warstwa V

– „wyjście”

J.W. Kalat, Rys. 4.22

J.W. Kalat, Rys. 4.23

budowa kolumnowa

-

kolumny prostopadłe do warstw

-

podobne cechy i liczne połączenia komórek w obrębie kolumn

Cytoarchitektonika kory mózgowej
wg. podziału Brodmanna

brak u J.W. Kalata!

2012-12-30

4

WSiP

Płaty mózgu, powierzchnia boczna

Kora mózgowa, obszary czynnościowe

Płat potyliczny

-

pierwszorzędowa kora wzrokowa (kora prążkowana)

Płat ciemieniowy

-

pierwszorzędowa kora somatosensoryczna (zakręt zaśrodkowy)

Płat skroniowy

-

pierwszorzędowa kora słuchowa; rozumienie mowy, spostrzeganie ruchu,

rozpoznawanie twarzy, emocje i motywacje

Płat czołowy

-

pierwszorzędowa kora ruchowa (zakręt przedśrodkowy)

-

kora przedczołowa

J.W. Kalat, str. 97

homunkulus

odwzorowanie kontralateralne

Płat czołowy

-

pierwszorzędowa kora ruchowa (zakręt przedśrodkowy)

-

kora przedczołowa

-

rozwinięta zwłaszcza u człowiekowatych

-

obszary odbierające sygnały z pierwszorzędowych ośrodków czuciowych

-

neurony z dłuższymi dendrytami, zwiększona liczba synaps

- integracja informacji

Lobotomia

przedczołowa

-

odcięcie korzy przedczołowej od reszty mózgu

(przecięcie spoidła wielkiego to komisurotomia)

Phineas Gage

uszkodzenie okolic przedczołowych:
-

utrata hamulców społecznych

- nieprzestrzeganie norm

-

impulsywność

funkcje okolic przedczołowych:
-

utrzymanie pamięci roboczej

-

sterowanie zachowaniami zależnymi

od kontekstu

Problem scalania / Problem wielkoskalowej integracji

Jak obszary mózgu odpowiedzialne za analizę różnych rodzajów bodźców
wpływają na siebie wzajemnie, aby stworzyć spostrzeżenia

zintegrowane

?

hipoteza obszarów asocjacyjnych (historyczna)
hipoteza synchronizacji aktywności różnych obszarów mózgu

(rola

fal gamma, płata ciemieniowego

)

J.W. Kalat, str. 99-102

2012-12-30

5

METODY BADANIA BUDOWY
I FUNKCJONOWANIA
UKŁADU NERWOWEGO

Eksperyment

grupy (kontrolna, eksperymentalna)
zmienne (zależna, niezależna)

eksperyment ostry

eksperyment chroniczny (badania behawioralne)

J.W. Kalat, str. 20-24

1. Podstawowe mechanizmy zachowania są podobne u wielu gatunków

i czasami łatwiej badać je u zwierząt.

2. Interesujemy się zwierzętami dla nich samych.

3. Wiedza o zwierzętach rzuca światło na ewolucję człowieka

4. W niektórych eksperymentach ludzie nie mogą brać udziału ze względu
na ograniczenia prawne lub etyczne.

Badania anatomiczne

- mikroskopowe

- tomografia komputerowa (TK)

(prześwietlenie głowy promieniami rentgenowskimi)

J.W. Kalat, str. 74

1. Analiza skutków uszkodzeń mózgu

2. Analiza skutków stymulacji wybranego obszaru mózgu

3. Rejestracja aktywności mózgu podczas wykonywania jakiejś
czynności

/ odbioru określonych bodźców

4. Ustalenie korelacji pomiędzy anatomią mózgu a zachowaniem

2012-12-30

6

1. Analiza skutków uszkodzeń mózgu

2. Analiza skutków stymulacji wybranego obszaru mózgu

3. Rejestracja aktywności mózgu podczas wykonywania jakiejś
czynności

/ odbioru określonych bodźców

4. Ustalenie korelacji pomiędzy anatomią mózgu a zachowaniem

1. Analiza skutków uszkodzeń mózgu

Uszkodzenia mózgu u ludzi wskutek:
-

udaru mózgu

- choroby neurozwyrodnieniowej (neurodegeneracyjnej)

-

zaburzeń genetycznych

- zatrucia toksynami

-

niedoborów żywieniowych

- uszkodzenia mechanicznego (np. Phineas Gage)

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (u ludzi, wyłączenie aktywności)

Analiza anatomiczna:

- mikroskopowa (post mortem)

- neuroobrazowanie

Technika wyłączania genów /

nokaut

(u myszy)

STEREOTAKSJA

-

drażnienie

- elektryczne

- chemiczne

- osmotyczne

- termiczne

- wstrzykiwanie substancji (iniekcja)

- kaniulacja / kaniula

- lezje (mechaniczne, elektryczne,
chemiczne, ekscytotoksyczne)

aparat stereotaktyczny

lezja

– uszkodzenie części mózgu

ablacja

– usunięcie części mózgu

lezja pozorna

– kontrolna (bez np.

stymulacji prądem)

J.W. Kalat, str. 130

2. Analiza skutków stymulacji wybranego obszaru mózgu

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (u ludzi, stymulacja aktywności)

Stymulacja za pomocą elektrod (u ludzi – np. podczas operacji, u zwierząt)

Stymulacja chemiczna (lokalnie lub obwodowo, wstrzyknięcie agonisty)

u zwierząt: metody elektrofizjologiczne i biochemiczne
u ludzi: metody nieinwazyjne

3. Rejestracja aktywności mózgu podczas wykonywania jakiejś
czynności

/ odbioru określonych bodźców

Radioaktywna 2-

deoksyglukoza, po przemianie pozostaje w komórce

Vaucher i wsp. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism (1997) 17, 686

–694

J.W. Kalat, str. 132

skrawki

błona rentgenowska

2012-12-30

7

Emisyjna tomografia pozytonowa (ang. positron emission tomography, PET)

detekcja znacznika radioaktywnego wstrzykniętego

do krwi

np.

radioaktywna 2-

deoksyglukoza (pozostaje w komórkach aktywnych)

np.

ksenon (dostaje się do szczególnie ukrwionych rejonów mózgu)

J.W. Kalat, str. 247

Rezonans magnetyczny

Obrazowanie magnetyczno-rezonansowe
Obrazowanie metodą jądrowego rezonansu magnetycznego
(ang. magnetic resonanse imaging, MRI)

detekcja energii emitowanej przez cząsteczki (gł.

wody

) w silnym polu

magnetycznym

J.W. Kalat, str. 112

obrazowanie o dużej rozdzielczości

po stymulacji elektromagnetycznej

Funkcjonalny rezonans magnetyczny

Funkcjonalne obrazowanie magnetyczno-rezonansowe

Czynnościowe

obrazowanie metodą jądrowego rezonansu magnetycznego

(ang. functional magnetic resonanse imaging, fMRI)

detekcja energii emitowanej przez cząsteczki

hemoglobiny

w silnym polu

magnetycznym

J.W. Kalat, str. 170

obrazowanie o dużej rozdzielczości

w czasie i przestrzeni

po odłączeniu tlenu (w obszarze zwiększonej aktywności)

skany fMRI podczas wykonywania
wzrokowego zadania pamięciowego

J.W. Kalat, str. 117

J.W. Kalat, str. 271

Magnetoencefalografia
mierzy słabe pola magnetyczne towarzyszące aktywności mózgu

słaba rozdzielczość przestrzenna
doskonała rozdzielczość czasowa

Elektroencefalografia
mierzy aktywność elektryczną towarzyszącą aktywności mózgu

Badanie obszarów aktywności w mózgu

poziom k

omórki

- elektrofizjologia (

badania czynności neuronów i grup neuronów)

z powierzchni czaszki

lub ze struktur mózgu

- magnetoencefalografia (MEG)
- elektroencefalografia (EEG)
-

metoda potencjałów wywołanych

neuroobrazowanie

- tomografia komputerowa
- emisyjna tomografia pozytonowa (PET), radioaktywna 2-deoksyglukoza
- rezonans magnetyczny (magnetic resonanse imaging, MRI)
- funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI)

J.W. Kalat, str. 164

geny „markerowe”

c-fos

(gen „własny” myszy, szczurów,

koduje czynnik transkrypcyjny)

zif268

(gen „własny” myszy, szczurów,

koduje czynnik transkrypcyjny)

gfp (gen obcy)

Histologia

Histochemia

Immunocytochemia

specyficzne przeciwciała

J.W. Kalat, str. 317

Badanie stężenie
neuroprzekaźników w mózgu

BrdU

NeuN

J.W. Kalat, str. 135

2012-12-30

8

Otrzymywanie zwierząt transgenicznych

DNA szczura kodujący
hormon wzrostu

zygota

mikropipeta

wprowadzenie obcego DNA

umieszczenie transformowanych komórek
jajowych w macicy matki zastępczej

ekspresja obcego DNA
u części potomstwa

myszy transgeniczne

www.ohsu.edu

pipeta

przytrzymująca

Strategy for
generating
conventional
knockout mice

www.niaaa.nih.gov

blastocysta

wprowadzenie komórek z wyłączonym genem

www.ohsu.edu

Technika wyłączania genów /

nokaut

(u myszy)

(konwencjonalna)

Inne modyfikacje

- wirusy
-

RNA blokujące

DNA

RNA

białko

gen białka GFP

białko GFP

DNA

RNA

białko

gen białka GFP

4. Ustalenie korelacji pomiędzy anatomią mózgu a zachowaniem

Franz Joseph Gall

Frenologia

głosiła związek

kształtu czaszki ze
zdolnościami umysłowymi.

J.W. Kalat, str. 77-78

2012-12-30

9

Anatomią mózgu a zachowanie, przykłady

1.

Kora somatosensoryczna skrzypków

2.

Formacja hipokampa taksówkarzy

3.

Podwzgórze u kobiet, mężczyzn, heteroseksualistów vs. homoseksualistów

4.

Mózg Alberta Einsteina

J.W. Kalat, str. 77-78