2013-01-27
Uczenie się i pamięć
J.W. Kalat, str. 387-415
Uczenie się  proces powstawania śladów pamięciowych
Biologiczne podstawy zachowań;
(engramów)
genetyka zachowania
Pamięć  zdolność do przechowywania i wykorzystywania śladów
pamięciowych
Robert K. Filipkowski
[e-mail]
H.M.
Henry Molaison
Pacjent H.M.
1926 1933 1953 2008
amnezja wsteczna - brak długotrwałej pamięci deklaratywnej
- niezaburzona pamięć krótkotrwała
- niezaburzone uczenie proceduralne
WNIOSKI:
- rożne rodzaje pamięci mają rożne podłoże anatomiczne
- formacja hipokampa jest strukturą odpowiedzialną za
formowanie długotrwałej pamięci deklaratywnej
- ślady pamięciowe nie są w niej trwale przechowywane
amnezja wsteczna  utrata pamięci doznań poprzedzających przyczynę wywołującą niepamięć
amnezja następcza  zaburzenie tworzenia nowych śladów pamięciowych
Podział pamięci długotrwałej w zależności od rodzaju zapamiętanej informacji i stopnia
zaangażowania świadomości
Pamięć, tworzenie śladów pamięciowych
(zdolność organizmów do kodowania, przechowywania i odtwarzania informacji)
Pamięć
Etapy procesu pamięci
1. Zapamiętywanie
2. Pamiętanie
3. Przypominanie
Deklaratywna / Opisowa Proceduralna / nieopisowa
Rodzaje pamięci
(najczęściej świadoma) niedeklaratywna (nieuświadomiona)
I. W zależności od czasu utrzymania się śladu pamięciowego
- sensoryczna (np. wzrokowa, słuchowa)
- krótkotrwała (in. świeża, operacyjna)
1. Umiejętności, procedury
- długotrwała
2. Nawyki nabyte drogą warunkowania
Epizodyczna
3. Prymowanie / torowanie / poprzedzanie
II. W zależności od rodzaju zapamiętanej informacji
(miejsca, fakty, zdarzenia)
4. Habituacja
np. przestrzenna
III. W zależności od stopnia zaangażowania świadomości 5. Uwrażliwienie (sensytyzacja)
Semantyczna
(fakty i wyobrażenia, nazwy)
Autobiograficzna
Prospektywna (zamiary, plany)
1
2013-01-27
Rodzaje uczenia się Rodzaje uczenia się
Percepcyjne  przez zmysłowe (sensoryczne) zapoznanie się z cechami przedmiotów i środowiska, Asocjacyjne  tworzenie związków (asocjacji) między bodz
cami (np. między bodz
cem warunkowym i
prowadzi do powstania pamięci rozpoznawczej bezwarunkowym, między bodz
cem a reakcją)
(utworzenia jednostek gnostycznych w korze mózgowej (teoria Konorskiego))
Rodzaje asocjacyjnego uczenia się:
Rodzaje percepcyjnego uczenia się - metodą prób i błędów
Uczenie się utajone dominuje w uczeniu się instrumentalnym, eliminacja nieskutecznych, wprowadzanie i powtarzanie
- szczury lepiej sobie radzą z uzyskaniem nagrody w labiryncie, skutecznych zachowań
który wcześniej  zwiedzały
Wpajanie (imprinting) - przez wgląd
- szybkie uczenie się, nabywanie szczególnej formy zachowania przeorganizowanie uprzedniego doświadczenia i przeniesienie go na aktualną sytuację (znalezienie
- podążania za matką przez dziecko (Konrad Lorenz) wspólnych elementów
cechy: - następuje bez wzmocnienia
- zachodzi w okresie krytycznym - przez naśladowanie
- wystarcza krótkotrwały kontakt wykonywanie działań obserwowanych u innych osobników, przejęcie cudzego zachowania
- skutek trwały i nieodwracalny
wpajanie występuje u piskląt kaczek, gęsi, kur
u ssaków
u człowieka (wpajanie tonów serca matki, uspokojenie noworodka)
inne rodzaje wpajania: seksualne (preferencje), topograficzne, socjalne
Warunkowanie
Habituacja
Odruch warunkowy
stopniowe zmniejszanie się i zanik reakcji na często powtarzający się bodziec
 najprostsza forma uczenia się, nabyta (wyuczona) reakcja organizmu na bodziec
Warunkowanie klasyczne
(połączenie bodz
ca bezwarunkowego i obojętnego (warunkowego))
Bodziec bezwarunkowy (np. jedzenie)
Sensytyzacja
Bodziec warunkowy (np. dz
więk)
stopniowe zwiększanie się reakcji na często powtarzający się bodziec lub zwiększenie
Iwan Pawłow
reakcji po bodz
cu bólowym
(np. tarcie ręki powoduje ból)
Torowanie
ekspozycja na bodziec ułatwia uczenie się w przyszłości
Elsevier
20= 5B@>28G 02;>2
Wikipedia
Warunkowanie klasyczne Pawłowa, istota
Warunkowanie strachu (opóz
nione)
(Delayed fear conditioning)
u (psów) Pawłowa
Trening
reakcja warunkowa (odruch warunkowy) taka sama jak odruch bezwarunkowy (ślinienie się)
CS
Fałszywe przekonanie o identyczności odruchu warunkowego i bezwarunkowego
US
Inaczej w przypadku:
120/150 sec. 15 sec. 2 sec.
Test - warunkowanie strachu (wzmożona ruchliwość vs. znieruchomienie)
CS
- awersji do smaku pokarmu (nudności vs. unikanie pokarmu)
CS
A B
US
na bodz
ce ciągłe / context na bodz
ce wyodrębnione / cue
chlorek litu
Leki wywołujące efekt awersyjny po wypiciu alkoholu.
Dlaczego nie działają?
Antabus, Esperal
2
2013-01-27
Warunkowanie klasyczne  warunkowanie odruchu mrugnięcia
Warunkowanie instrumentalne
(zamykania powieki / migotki)
połączenie aktywności ruchowej (naciśnięcie dz
wigni, wsadzenie nosa)
z nagrodą lub uniknięciem kary
" badany u ludzi i królików (i szczurów)
" bodziec akustyczny kojarzony z
podmuchem powietrza
(lub drażnieniem elektrycznym)
" bodziec akustyczny wywołuje mrugnięcie
" warunkowanie zależne od móżdżku
Burrhus Frederic Skinner
Wikipedia
klatka Skinnera
Labirynt wodny Morrisa
PRÓBA
TESTOWA
ćwiartka docelowa
(target quadrant, TQ)
PROBE
TRIAL
�
��
Ą� ą�
30
3
20
2
10
1
czas (s) liczba przecięć (#)
0 0
TQ inne TQ inne
Uszkodzenie formacji hipokampa powoduje zaburzenia pamięci u zwierząt Hipokampalne komórki miejsca
wykonujących labirynt wodny Morrisa
3
2013-01-27
komórka miejsca komórka siatki/matrycy (grid cell)
jednostki gnostyczne (Konorski, 1967)
pole CA formacji hipokampa kora śródwęchowa
komórki babci (Lettvin, 1969)
badano komórki w formacji hipokampa
komórki trójkątnej przestrzennej matrycy
 komórka Jennifer Aniston
 komórka Halle Berry
 komórka gmachu opery w Sydney
neurony lustrzane  kora ruchowa
Synapsa hebbowska, J.W. Kalat, str. 408
Donald Hebb
When an axon of cell A is near enough to
excite cell B and repeatedly or persistently take
part in firing it, a growth process of metabolic
change takes place in one or both cells such
that A's efficacy, as one of the cells firing B, is
increased (Hebb, 1949).
Ślimak morski Aplysia
Procesy komórkowe odpowiedzialne za tworzenie pamięci
obiekt badań molekularnych mechanizmów
procesów uczenia się
niewiele (2 x 104) neuronów
w 10 zwojach
1. Wykrywanie pamięć
duże, rozpoznawalne
równoczesności krótkotrwała
(typ neuroprzekaz
nika)
STM
drogi sygnałowe w komórce
kinazy
2. Powiązanie
pamięć
długotrwała
LTM
Eric Kandel
3. Konsolidacja
transkrypcja genów
pamięć długotrwała J.W. Kalat, str. 409-411
LTM
hamowana przez inhibitory syntezy RNA i białek
4
2013-01-27
Ślimak morski Aplysia Ślimak morski Aplysia
odruch cofania skrzela
obiekt badań molekularnych mechanizmów procesu HABITUACJI
syfon - wielokrotne powtarzanie bodz
ca dotykowego powoduje osłabienie odruchu
bodziec dotykowy:
- przykład osłabienia homosynaptycznego
strzyknięcie strugi wody
(wielokrotna stymulacja danej synapsy powoduje osłabienie siły tej samej synapsy)
lub drażnienie pędzelkiem
syfonu
noga
skrzela
habituacja krótkotrwała  na kilka minut, zmniejszenie wydzielania neuroprzekaz
nika
habituacja długotrwała  na kilka tygodni, zależna od syntezy białka,
zmniejszenie liczby synaps
Ślimak morski Aplysia Molekularne mechanizmy procesu SENSYTYZACJI
2 rodzaje receptorów
obiekt badań molekularnych mechanizmów procesu SENSYTYZACJI
neuron czuciowy
metabotropowych
- zwiększenie intensywności reakcji odruchowej na skutek działania bodz
ca bólowego
po uprzedniej habituacji 1. powiązane z białkami G
i cAMP; kinaza białkowa A
- przykład procesu heterosynaptycznego
(aktywacja dodatkowych neuronów  wstawkowych interneuronów torujących)
2. powiązane z białkami G
i fosfolipazą C,
diacyloglicerol,
kinaza białkowa C
neuron torujący
serotonina
fosforylacja kanałów
jonowych potasowych
i wapniowych przez obie
kinazy
zwiększenie uwalniania
glutaminianu
sensytyzacja krótkotrwała  na kilka minut, po pojedynczym drażnieniu
sensytyzacja długotrwała  na kilka tygodni, po wielokrotnym drażnieniu
neuron ruchowy
Aplysia  obiekt badań molekularnych mechanizmów procesu WARUNKOWANIA
Ślimak morski Aplysia
połączenia bodz
ca warunkowego  łagodny bodziec dotykowy okolicy płaszcza lub syfonu
z bodz
cem bezwarunkowym  drażnieniem nogi prądem
obiekt badań molekularnych mechanizmów procesu WARUNKOWANIA
połączenia bodz
ca warunkowego  łagodny bodziec dotykowy okolicy płaszcza lub syfonu
z bodz
cem bezwarunkowym  drażnieniem nogi prądem
przed po
treningiem treningu
noga
płaszcz
zaangażowane komórki pre-
i postsynaptyczne
CS poprzedza US
5
2013-01-27
neuron czuciowy Ślimak morski Aplysia neuron czuciowy
Ślimak morski Aplysia
CREB, białko pamięci
CREB, białko pamięci
W przypadku warunkowania
Długotrwała sensytyzacja i warunkowanie
cyklaza adenylanowa jest detektorem równoczesności
mają podobne mechanizmy molekularne:
1. aktywowana przez serotoninę (skutek US)
2. przez jony wapnia (i kalmodulinę) pojawiające się w
- aktywacja cyklazy adenylanowej
neuronie czuciowym po działaniu CS
- aktywacja kinazy białkowej A (PKA)
- fosforylacja CREB, wiązanie z CRE
(sekwencja odpowiedzi na cAMP)
CS poprzedza US
neuron torujący
- zmiana ekspresji genów, konsekwencje:
- długotrwała aktywność PKA
- tworzenie nowych synaps
neuron torujący
neuron ruchowy neuron ruchowy
Zmiana liczby synaps
(+ warunkowanie)
Hipokamp (formacja hipokampa)
Długotrwałe wzmocnienie synaptyczne (long-term potentiation, LTP)
zwiększenie skuteczności pobudzającego działania synapsy na neuron utrzymujące się
przez kilka dni lub tygodni
odkrywca  Tim Bliss (1973)
efekt  zwiększenie postsynaptycznego potencjału pobudzającego (EPSP)
LTP vs. LTD
Hipokamp
CA
zakręt zębaty
J.W. Kalat, str. 411-415
6
2013-01-27
Hipokamp (formacja hipokampa); połączenia Hipokamp (formacja hipokampa); połączenia
kolaterale Schaffera
CA1
kolaterale Schaffera
porpora
droga przeszywająca (PP)
zakręt zębaty
CA3
włókna mszyste (MF)
zakręt zębaty
włókna mszyste (MF) droga przeszywająca (PP)
CA1
kora
kolaterale Schaffera
CA1
zakręt zębaty
CA3
droga przeszywająca (PP) kora
kolaterale Schaffera
włókna mszyste (MF)
zakręt zębaty
CA3
droga przeszywająca (PP)
włókna mszyste (MF)
Kluczowe zdarzenia molekularne zwykła transmisja synaptyczna
Sposoby wywołania LTP
podczas indukcji LTP
(drażnienie seriami/paczkami impulsów; stymulacja tężcowa,
wszystkie neurony pobudzające (glutaminian))
- receptory NMDA zablokowane (Mg2+)
drażnienie drogi przeszywającej odbieranie potencjału w zakręcie zębatym
- jony Na i K przepływają przez
drażnienie włókien mszystych odbieranie potencjału w CA3
receptory AMPA
drażnienie kolaterali Szafera odbieranie potencjału w CA1
np.:
wykrywanie równoczesności: depolaryzacji
błony postsynaptycznej
i aktywacji komórki presynaptycznej
(uwolnienia glutaminianu)
LTP
- depolaryzacji błony postsynaptycznej
dzięki stymulacji i receptorom AMPA
- odblokowanie (Mg2+) receptorów NMDA
- napływ jonów wapnia
przez receptory NMDA
- aktywacja kinaz CaMKII i PKC
- fosforylacja receptorów AMPA przez CaMKII 
zwiększenie ich wrażliwości na glutaminian
- powstanie zwrotnych przekaz
ników wtórnych (NO?)
Kluczowe zdarzenia molekularne
podczas długotrwałego LTP
Formacja hipokampa
- wyrzut glutaminianu
1. Pamięć przestrzenna (labirynt Morrisa, labirynt promienisty; taksówkarze londyńscy)
- aktywacja receptorów NMDA 2. Komórki miejsca
3. Komórki babci / jednostki gnostyczne
- napływ jonów wapnia
4. Pamięć deklaratywna (H.M., odroczone dobieranie według/nie według wzoru)
5. Neurogeneza (zakręt zębaty)
- aktywacja cyklazy adenylanowej
6. Uczenie się konfiguratywne i scalanie (J.W. Kalat, str. 400-401)
- aktywacja kinazy białkowej A
7. Wpływ na nastrój (hamowanie osi stresu)
- fosforylacja białka CREB
- zmiany w ekspresji genów
BDNF
tPA  tkankowy aktywator plazminogenu
7
2013-01-27
Dobieranie według wzoru
Uzeleżnienia
Yoshida i wsp. Frontiers in neural circuits, 2012
por. J.W. Kalat, str. 398 J.W. Kalat, str. 452-462
Układ nagrody; mózgowy układ nagrody
Stany przyjemności i przykrości wywołane drażnieniem mózgu
drażnienie określonych struktur sprawia zwierzętom przyjemność
samodrażnienie/samonagradzanie (wzmocnienie w odruchu instrumentalnym)
drażnienie elektryczne u pacjentów, w celach diagnostycznych
(przyjemność, poprawa samopoczucia, odprężenie, zadowolenie, uczucie uniesienia,
lekkości i siły)
przeważnie przyjemność  abstrakcyjna
drażnienie przegrody  przyjemne doznania seksualne
James Olds, Peter Milner
(odkrycie przez przypadek)
Chcieli zbadać efekt awersyjny drażnienia tworu siatkowatego.
Nie trafili. Trafili w przegrodę.
- preferencja miejsca
- zachowanie w klatce Skinnera
Samodrażnienie  naciskanie dz
wigni zamykające obwód drażnienia
Układ nagrody  główną rolę odgrywa układ dopaminergiczny
ICSS  intracranial self stimulation
i opioidergiczny
kora kora
przedczołowa przedczołowa
gałka gałka
blada blada
wzgórze wzgórze
przegroda / jądro pole brzuszne przegroda / jądro pole brzuszne
półleżące podwzgórze nakrywki półleżące nakrywki
podwzgórze
MFB
pęczek przyśrodkowy przodomózgowia
ciało ciało
migdałowate migdałowate
www.sigmaaldrich.com www.sigmaaldrich.com
8
2013-01-27
Samopodawanie substancji psychoaktywnych (dożylne i domózgowe) Zaburzenia nastroju
(depresja)
podobieństwo samodrażnienia i samopodawania u zwierząt i
poszukiwania substancji uzależniających u ludzi
www.sigmaaldrich.com
(pozytywne wzmocnienie emocjonalne,
zachowania poszukiwawcze, uzależnienie
psychiczne i fizyczne prowadzące nawet
do samozagłady)
gałka
blada
wzgórze
przegroda / jądro pole brzuszne
półleżące nakrywki
nikotyna
podwzgórze
opiaty
psychostymulanty
J.W. Kalat, str. 464-471
opiaty
psychostymulanty
ciało
alkohol etylowy
migdałowate
Depresja Depresja  przyczyny (hipotezy)
zaburzona zdolność do odczuwania przyjemności
1. Niedobór noradrenaliny i serotoniny
2. Nadmiar cAMP i pochodnych fosfatydyloinozytolu (PI) w komórkach
poważna jednostka chorobowa, powinna być leczona
3. Uszkodzenie komórek nerwowych przez hormony stresu, gł. kortyzol
Objawy
- zmniejszenie formacji hipokampa, zahamowanie neurogenezy
(istotne zwłaszcza, gdy zakłócają codzienne funkcjonowanie): 4. Wzmożona aktywność - prawej okolicy przedczołowej
- zakrętu obręczy, obszar 25
- wzgórza
" Długotrwałe uczucie smutku lub nieuzasadnione napady płaczu
- ciała migdałowatego
" Znaczne wahania apetytu i przebiegu snu
5. Zmniejszenie aktywności: - zakrętu skroniowego środkowego
" Drażliwość, ataki złości, zamartwianie się, roztrzęsienie, niepokój,
- kory mózgu na granicy płatów skroniowego i potylicznego
" Pesymizm, obojętność
- lewej okolicy przedczołowej
" Utrata energii i entuzjazmu, ciągła ospałość
" Poczucie winy, nieprzydatności, beznadziejności, bezsilności
" Niezdolność do koncentracji i podejmowania decyzji - czynniki dziedziczne (por. Kalat, str. 464)
" Brak odczuwania przyjemności przy wykonywaniu czynności, które wcześniej sprawiały - zdarzenia życiowe (por. Kalat, str. 465)
radość (anhedonia)
" Wycofanie się z życia towarzyskiego, zrywanie kontaktów międzyludzkich, izolacja
" Niewytłumaczalne dolegliwości i bóle
" Uporczywe myśli o śmierci i samobójstwie
" Utrata pamięci
y
ródło: National Institute of Mental Health
Depresja  modele zwierzęce
Depresja - leczenie
Testy oceniające poziom zachowań depresyjnych
1. Leczenie farmakologiczne
2. Psychoterapia 1. Test Porsolta / wymuszonego pływania
3. 1 + 2 2. Test zawieszenia za ogon
4. Elektrowstrząsy 3. Test badania anhedonii
5. Przezczaszkowa stymlacja magnetyczna
6. Głęboka stymulacja mózgu (eksperymentalna), cel  np. część kory obręczy (pole 25.
wg Brodmanna  okolica zakrętu obręczy położona pod kolanem ciała modzelowatego,
ang. subgenual cingulate region)
9