2012-12-30
1
Biologiczne podstawy zachowań;
genetyka zachowania
Robert K. Filipkowski
filipkowski@vizja.pl
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