PROCESY POZNAWCZE

WYKŁAD 8 (06.12.07)

W roku 1998 pacjent H.M. jeszcze żył, miał wtedy 70 lat. Jednak jego tożsamość zatrzymała się w wieku lat 25. W jego wypadku upośledzeniu w czasie operacji uległa pamięć deklaratywna, natomiast zachowała się pamięć proceduralna. Za nią bowiem odpowiada móżdżek i jądro podkorowe (inaczej skorupa).

Układ limbiczny - zwłaszcza hipokamp i jądro migdałowate, odpowiadające za pamięć deklaratywną - jest bardzo czuły na czynniki traumatyzujące.

H.M. neurologicznie był badany przez Brendę Milner. Razem ze Skowilem przebadała 10 innych osób, u których przeprowadzono resekcję podobnych rejonów. Opublikowali potem monografię na temat olbrzymich zaburzeń pamięci po resekcyjnym leczeniu padaczki. Później już zaprzestano z tego powodu resekcji podkorowych obustronnych. Obecnie przeprowadza się je jedynie wtedy, gdy żadna terapia farmakologiczna nie skutkuje. Są to resekcje skąpego obszaru, jednostronne i wyłącznie korowe. Obecnie jednak farmakologiczne leczenie padaczki jest tak dalece rozwinięte, że praktycznie nie ma przypadków lekoopornych.

Przypadki kliniczne.

Przypadki kliniczne stanowią alternatywne źródło wiedzy na temat funkcjonowania mózgu. Bardzo chętnie są badani pacjenci z otwartymi urazami głowy (np. rany postrzałowe).

Wiadomości jednak dostarczają również urazy wewnątrzczaszkowe, nieotarte. Mózg ulega wtedy uszkodzeniu na skutek uderzenia o wewnętrzną powierzchnię czaszki. A mogą to być bardzo poważne urazy. Obecnie są trzecią najczęstszą przyczyną zgonów.

Amnezja pourazowa (PTA - post traumatic amnesia) jest szczególnie chętnie badana. Dzieli się na amnezję następczą (AA) oraz amnezję wsteczną (RA). Amnezja następcza pokrywa niepamięcią czas od urazu w przyszłość, natomiast wsteczna - od urazu wstecz. Dłużej po urazie utrzymuje się amnezja następcza. Amnezja wsteczna nie występuje wcale lub przy bardzo poważnych urazach.

Amnezja wcale nie musi być jednolita, może być fragmentaryczna.

Amnezja z wyspami pamięciowymi jest najczęściej amnezją następczą. Pacjent pamięta np. jedynie obraz, jak leżał na ziemi i poblask świateł karetki, potem pomieszczenie szpitalne, itp.

Amnezja odroczona występuje jakiś czas po urazie. Pacjent pamięta jakiś fragment czasu po wypadku, a dopiero potem pojawia się „czarna plama”.

Amnezja połączona z konfabulacjami - pourazowy zespół Korsakowa.

Sam zespół Korsakowa został opisany w 1887 roku. Wtedy uważano, że są to jedynie poalkoholowe zaburzenia pamięci. Obecnie pojecie to rozszerza się również na zaburzenia pourazowe. U chorego występują okresy niepamięci, luki pamięciowe. Charakterystyczne jest wypełnianie tych luk treściami zmyślonymi przez chorego. U osoby pijącej nałogowo konfabulacje są zwykle absurdalne, natomiast u abstynenta zwykle prawdopodobne.

W lukę mogą być również wstawione kontaminacje - twory „zmontowane” z kilku faktycznych sytuacji w jedną historię i źle umieszczone w czasie. Oczywiście jest to działanie nieświadome i bezkrytyczne.

Pacjenci w owe luki mogą włączyć również pseudoreminiscencje - faktyczne wspomnienia przeniesione w czasie.

Badania dowiodły, że kluczowa dla zespołu Korsakowa jest degradacja ciał suteczkowatych (struktura międzymózgowia). Może się to zdarzyć na skutek urazu lub intoksykacji alkoholem.

Amnezja połączona z automatyzmami ruchowymi. Pacjent wykonuje czynność i doznaje urazu głowy, ale kontynuuje czynność automatycznie, choć czas ten ma objęty niepamięcią.

Zaburzenia pamięci częściej występują przy urazach zamkniętych, niż otwartych.

Amnezja jest często problemem społeczno-orzeczniczym. Amnezja następcza nie ma większych negatywnych skutków. Problematyczna za to bywa amnezja wsteczna. Często zdarza się przy pobiciu, zatem uniemożliwia np. składanie zeznań i rozpoznanie sprawcy. Tak samo przy wypadkach drogowych bez innych świadków. Osoba dotknięta amnezją wsteczną jest absolutnie bezbronna i bezradna.

Choroby naczyniowe mózgu.

Mózg potrzebuje bardzo dobrego ukrwienia - przepływa przez niego 20% krwi z organizmu. Wystarczy obniżenie tego przepływu o 30%, a zacznie się śmierć neuronów. Do mózgu krew doprowadzają 4 tętnice:

• prawa i lewa tętnica szyjna wewnętrzna

• prawa i lewa tętnica kręgowa, które łączą się w tętnicę podstawną, a potem znów dzielą na tętnice tylne (układ tętnic kręgowo-podstawnych)

Przy zaburzeniu pracy układu tętnic kręgowo-podstawnych niedokrwiony jest układ limbiczny i następują zaburzenia pamięci. Prowadzi do tego np. zator w mózgu. Skrzepliny lub blaszki miażdżycowe powstałe gdzie indziej zatykają tętnice w mózgu. Niedokrwiona część mózgu obumiera i tworzy się ognisko zawałowe. Może to być też skutkiem zakrzepicy naczyń. Tętnica obrasta złogami lipidowymi, które zwężają jej światło i tamują przepływ krwi.

Kolejnym mechanizmem są krwotoki mózgowe. Naczynie miażdżycowe nie wytrzymuje ciśnienia tętniczego i dochodzi do jego pęknięcia. Wylewająca się krew jest dla mózgu silną trucizną (uwalniane jest żelazo, które jest neurotoksyny). Krew, która się wylewa, nie dopływa też do miejsca docelowego. Może to być też spowodowane tętniakiem tętnicy lub zniekształceniem tętniczo-żylnym.

Zaburzenia pamięci są też skutkiem rozlanej miażdżycy tętnic mózgu. Złogi miażdżycowe pojawiają się w drobnych naczyniach. Typowa jest w tym wypadku ekmnezja - zaburzenie pamięci zdarzeń bieżących przy relatywnie dobrej pamięci zdarzeń dawnych (stereotypowa niepamięć babci).

Do zaburzeń pamięci i krążenia mózgowego dochodzi również przy innych, teoretycznie niezwiązanych zaburzeniach, np. zawale serca (niedokrwienie struktur pnia mózgu, zwłaszcza, tworu siatkowatego). Jeśli niedokrwienie się utrzymuje, człowiek umiera po 4 minutach z powodu dysfunkcji mózgu. Zagrożeniem są też operacje na otwartym sercu z krążeniem pozaustrojowym.

Guzy mózgu, nowotwory ośrodkowego układu nerwowego.

Nowotwór jest tym bardziej złośliwy, im szybciej dzielą się niedojrzałe komórki. Najgorszy jest glejak wielopostaciowy. Zabija zwykle w ciągu 2 - 3 miesięcy od rozpoznania. Inne rosną powoli, przez wiele lat (np. oponiak z opony twardej rozwija się kilka - kilkanaście lat). Guzy mózgu dostarczają informacji o pamięci, gdy ulokują się w jej strukturach, bądź je uciskają.

WYKŁAD 9 (13.12.07)

Chorzy po zatruciach.

Zatrucia są częstą przyczyną zaburzeń pamięci, najczęściej w postaci zespołu Korsakowa. Substancje uszkadzające ośrodkowy układ nerwowy nazywane są neurotoksynami. Są to np. alkohol etylowy, arsen, mangan, ołów, rtęć, tal, tlenek węgla, leki, narkotyki. Bardzo często zatrucia powodują też zaburzenia innych procesów poznawczych i świadomości.

Do ciężkich zatruć nalezą zatrucia tlenkiem węgla; w Polsce jest to najczęściej spotykane zatrucie. Właściwości trujące ma także benzyna, zwłaszcza zawierająca ołów.

Środki farmakologiczne (najczęściej uspokajające lub nasenne) powodują zatrucia w zbyt dużych dawkach. Zatrucia lekami dzielą się na ostre (pomyłka, próba samobójcza) oraz przewlekłe. W zatruciach przewlekłych dużą rolę odgrywa uzależnienie - zarówno fizyczne, jak i psychiczne. W wyniku intensywnej i długotrwałej intoksykacji dochodzi do zaburzeń pamięci. Problemem są też interakcje leków między sobą oraz leków z alkoholem.

Alkohol jest niezwykle groźną neurotoksyny. Może powodować wszelkie uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego.

Encefalopatia Wernicke'go została opisana w 1881 roku. Wernicke opisał trzy przypadki masywnych zaburzeń pamięci (w tym co najmniej dwa u nałogowych alkoholików). Wspólnym mianownikiem tych opisywanych przez lata zaburzeń i uszkodzeń był brak witaminy B₁ (tiaminy). Hodowla zwierząt laboratoryjnych pozbawionych w diecie tiaminy potwierdzała analogiczne uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego. Podawanie tiaminy we wczesnej fazie pomaga w leczeniu alkoholizmu.

Alkohol może powodować zarówno amnezję wsteczną, jak i następczą ze wszystkimi ich olbrzymimi problemami.

Ostre zatrucie alkoholem objawia się zaburzeniami równowagi (móżdżek), bełkotliwą mową, „urwaniem filmu”. Miejscem newralgicznym jest robak w móżdżku - odpowiednik spoidła wielkiego (stąd powiedzenie „zalewać robaka”?). Kolejnym objawem ostrego zatrucia alkoholem jest stan tzw. delirium tremens (brak pamięci, halucynacje, itp.).

Zatrucia narkotykami są szczególnie niebezpieczne, gdyż następują bardzo szybko - intoksykacja nie musi być przewlekła.

Neurotoksyny jest także nikotyna. Powoduje ona obkurczenie tętnic dystalnych i niedotlenienie mózgu. Ponadto nikotyna na dłuższą metę podwyższa ciśnienie, zwiększa ilość fibrynogenu i płytek krwi.

Zatrucia przemysłowe zachodzą najczęściej przy produkcji materiałów sztucznych (zwłaszcza zatrucia dwusiarczkiem węgla).

Eksperymenty na modelu zwierzęcym.

Eksperymenty na modelu zwierzęcym przeprowadzane są na szympansach. Małpy uczą się testu wyboru nie według wzoru. Zdrowe bardzo szybko orientowały się w zadaniu i osiągały co najmniej 97% dobrych rezultatów. Potem resekowane część układu limbicznego (hipokamp i ciało migdałowate).

U małp, którym resekowano obustronnie tylko jedną ze struktur, nastąpił spadek wykonania zadania z 97% na 91%.

U małp, którym resekowano obustronnie jedną ze struktur, a drugą strukturę usunięto jednostronnie, nastąpił spadek wykonania zadania z 97% na 78%.

U małp, którym obie struktury resekowano obustronnie, nastąpił spadek wykonania zadania z 97% do raptem 60%.

Obustronna resekcja obydwu struktur powodowała nie tylko amnezję następczą, ale i wsteczną. Ponadto zaburzenia pamięci miały charakter wielomodalny i nie działały na inne procesy poznawcze.

Kolejnym etapem była resekcja przednich i tylnych okolic wzgórza. Występowały wtedy objawy przypominające encefalopatię Wernicke'go i zespół Korsakowa.

Kolejno uszkadzano obszary przyśrodkowe podstawnych płatów czołowych. Zaburzenia były podobne, jak u ludzi przy pęknięciu tętnicy w tym obszarze.

WYKŁAD 10 (20.12.07)

Teorie koneksjonistyczne zakładają, że uczenie się zmienia siłę połączeń neuronalnych. Pamięć na poziomie komórkowym stanowi ślad pamięciowy (engram Richard'a Samon'a).

Aby dojrzeć synapsę, trzeba użyć 300 000x powiększenia w mikroskopie elektronowym. Jeden neuron korowy zawiera około 20 000 synaps. Powoduje to niemożność „obejrzenia” śladu pamięciowego w mózgu ludzkim. Zatem do badań wybrano ślimaka morskiego, gdyż ma tylko około 20 000 neuronów w całym organizmie. Dzięki temu można obserwować fizyczne skutki uczenia się.

Steven Rose (1980r.) przedstawił projekt kryteriów, które powinny zostać spełnione, aby zmiany neuronalne uznać za ślad pamięciowy:

1. Proces metabolid lub zmiana strukturalna musi wykorzystywać zlokalizowane anatomicznie zmiany poziomu lub tempa w czasie powstawania pamięci.

• jest to proces najważniejszy, zmiana musi być zlokalizowana anatomicznie, musi być też nowa (niezastana wcześniej)

2. Przebieg w czasie zmian zachodzących na poziomie komórkowym musi odpowiadać przebiegowi w czasie zmian określonej fazy pamięci, której one odpowiadają.

• jeśli zmiany są charakterystyczne np. dla zapamiętywania, muszą zachodzić tylko wtedy

3. Stres, aktywność ruchowa i inne niezbędne, ale niewystaracząjace zjawiska towarzyszące uczeniu się nie mogą same, pod nieobecność pamięci, powodować zmian wymienionych w kryterium 1.

4. Jeżeli stwierdzone zmiany na poziomie komórkowym zostaną zahamowane w czasie, gdy ślad pamięciowy powinien się tworzyć, to powstanie pamięci również powinno być zablokowane.

5. Usuniecie okolicy mózgowia, w której zachodzą zmiany wymienione w kryterium 1, powinno zakłócić tworzenie się pamięci lub przypominanie (zależnie od tego kiedy, w stosunku do treningu, zostanie wykonane uszkodzenie).

6. Odbiory elektrofizjologiczne z okolicy, w której zachodzą zmiany wymienione w kryterium 1, powinny wykryć zmienione odpowiedzi komórkowe w trakcie (lub w rezultacie) tworzenia śladu pamięciowego.

• czynność bioelektryczna zmienionych komórek powinna się zmieniać stosownie do etapu pamięci i tworzenia się śladu pamięciowego.

Obserwując efekty uczenia się, komórki w jego efekcie nie zmieniają się, natomiast do radykalnych zmian dochodzi w obszarze synaps.

W życiu płodowym komórek nerwowych jest za wiele. Apoptoza to planowany proces śmierci tych neuronów, które nie zdołały się włączyć w systemy funkcjonalne. Im więcej stymulacji, tym więcej komórek przetrwa i będzie funkcjonować.

U dorosłego człowieka stabilna jest też w pewnym sensie liczba synaps. Wymieniają się one, choć ich liczba jest z grubsza stała. Jeśli się zmienia, to głownie na niekorzyść.

Natomiast u młodego organizmu jest za dużo synaps. Są takie „puste” synapsy, które czekają na zapełnienie informacjami. Jeśli do tego nie dojdzie - zostaną one raz na zawsze wyeliminowane.

Wzmocnienie połączeń między neuronami jest odstawą pamięci. Może ono zachodzić na skutek zwiększenia liczby samych synaps lub ich wydajności.

Gdy organizm jest pobudzany bodźcami określonej kategorii, może dojść do lokalnej synaptogenezy. Zatem nawet sam fakt uczenia się może być przydatny.

Sprawność działania może się zwiększyć na kilka sposobów:

• funkcjonalny - odhamowanie synapsy

• biochemiczny - zwiększenie ilości transmittera, zwiększenie liczby i powinowactwa receptorów neurotransmittera, zwolnienie procesu usuwania transmittera ze szczeliny synaptycznej

• dystrybucyjny - zmiana położenia synaps na neuronie postsynaptycznym (zanikanie w jednym miejscu, a tworzenie się w drugim)

• strukturalny - zmiana wielkości i kształtu elementów synaptycznych w celu ich wydajniejszego funkcjonowania

Strukturalne zmiany na poziomie synaptycznym typowe dla pamięci:

• wydłużenie zgrubienia postsynaptycznego

• wzrost liczby pęcherzyków w zakończeniach synaptycznych

• wzrost wielkości główki kolców dendrytycznych

• wzrost liczby synaps

• wzrost liczby kolców dendrytycznych

• wzrost rozgałęzienia dendrytów

Aby liczba synaps wzrosła, musi dojść do lokalnej synaptogenezy. Dochodzi do niej w wyniku podziału już istniejących synaps. Ponadto wrażenie synaptogenezy może być potęgowane przez przemieszczanie synaps.

Policzenie synaptogenezy jest niemożliwe, gdyż synapsy nieustannie giną.

Steven Rose poddał warunkowaniu kurczęta po względem biernego unikania. Najpierw przez obrazowanie aktywności mózgu stwierdzano, w których obszarach metabolizm był podwyższony do 30 minut po uczeniu się. Były to obszary odpowiadające korze asocjacyjnej u ssaków. Następnie pobrano próbki i stwierdzono wymienione wcześniej zmiany w synapsach. Jednak gdy zaraz po uczeniu się zastosowano szok elektryczny, okazało się, ze w danych strukturach nie było tych zmian. Jeśli szok był odroczony o co najmniej 30 minut, zmiany strukturalne następowały (ślad pamięciowy ulegał konsolidacji).

Bez zaburzania struktury mózgu można „usunąć” informacje do 30 minut. Jest to czas konsolidacji śladu pamięciowego, czyli przechodzenia informacji z pamięci krótkotrwałej (STM) do pamięci długotrwałej (LTM).

Aby stwierdzić, jaki jest udział białek w tworzeniu śladów pamięciowych, stosowano szereg strategii już od lat '60.

1. Strategia interwencyjna. Polega na podawaniu inhibitorów metabolizmu kwasów nukleinowych. Jednym z takich inhibitorów jest tzw. 8-azaguanina. Jej działanie polega na blokowaniu miejsca guaniny, zatem tak zmieniony kwas nukleinowy przestaje pełnić swoja funkcję. U zwierząt, którym wstrzyknięto 8-azaguaninę, stwierdzono niemożność zapamiętania nowych treści. A zatem powstanie śladu pamięciowego jest możliwe tylko przy jednoczesnej syntezie białka.

2. Badania nad transferem. Jeżeli informacje są kodowane w strukturze białka, to teoretycznie przeniesienie takiego białka z jednego organizmu do drugiego powinno powodować przeniesienie informacji. Badania nad tym zagadnieniem przeprowadził w 1962 roku McConnell na wypławkach. Warunkował wypławki, następnie je przecinał poprzecznie i sprawdzał, czy ona uzyskane przez podział osobniki również są uwarunkowane. Okazało się, że tak. Jednakże eksperymenty przeprowadzone już w 1964 roku obaliły tę tezę. W tym badaniu podzielono wypławki na 7 grup:

• gr. 1 - uwarunkowana i stanowiąca pokarm dla nieuwarunkowanych

• gr. 2 - uwarunkowana

• gr. 3 - poddana wstrząsom elektrycznym i podana jako pokarm dla nieuwarunkowanych

• gr. 4 - eksponowana na światło i podana jako pokarm dla nieuwarunkowanych

• gr. 5 tylko dotykana i podana jako pokarm dla nieuwarunkowanych

• gr. 6 - nie otrzymała bodźców i podana jako pokarm dla nieuwarunkowanych

• gr. 7 - nie otrzymała bodźców, ale karmiona pozostałymi grupami, bądź nie.

Następnie wypławki z grupy 7 poddawano tzw. podwójnej ślepej próbie. „Wymieszano” je z grupą 2. Osoby sprawdzające efekt warunkowania nie wiedziały, z którymi mają do czynienia. Najgorsze warunki otrzymała ta grupa wypławków, które nie były ćwiczone, ani nie były karmione innymi wypławkami. Z tymże nie było różnicy między tymi karmionymi organizmami uwarunkowanymi i tymi karmionymi organizmami nieuwarunkowanymi. Szybsze uczenie polegało u nich tylko na tym, że otrzymały pokarm z łatwego do przyswojenia białka.

3. Badania korelacyjne. W tych badaniach wykonuje się badania przemiany kwasów nukleinowych w trakcie uczenia się. Stosowano różne techniki wzbogacania środowiska i badano, jak wpływa to na przemianę kwasów nukleinowych. Okazało się, że lepiej rozwija się kora mózgowa, zwiększona jest synteza białek w neuronach związanych z uczeniem się danej rzeczy i ukierunkowaną stymulacją.

Podawano też zwierzętom izotopy włączające się w syntezę białka. Kiedy tworzą się nowe biała, maja one wbudowany znacznik. Zatem dotyczyło to też struktur mózgowych odpowiadających za określone czynności.

---