Νέες τεχνολογίες, Νευροβιολογία και Επιστήμες της Συμπεριφοράς Ειρήνη Σκαλιόρα ΜΙΘΕ Χειμερινό εξάμηνο 2005

- βιολογία του νευρικού συστήματος Nευροβιολογία - βιολογία του νευρικού συστήματος ανάπτυξη λειτουργία παθολογία ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΜΝΗΜΗΣ ΨΥΧΟΛΟΓΙΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑ τί? πού? πώς?

Nature vs. nurture έμφυτο - επίκτητο Μνήμη-μάθηση: όροι της καθημερινότητας, αλλά και επιστημονικοί όροι Καθημερινή χρήση: μάθηση ως βουλητική ενέργεια Μνήμη συνήθως σε σχέση με γεγονότα που δεν απομνημονεύονται εσκεμμένα Επιστημονικοί όροι: δεν υπεισέρχεται η σκοπιμότητα Μάθηση χαρακτηριστικό όλων των ζωικών οργανισμών “υπέρβαση ορίων γνώσης που θέτει το DNA” - (?) αλλά η ικανότητα μάθησης πρέπει να κληρονομηθεί “for an organism to learn it must already know a lot” Βιολογικό πλεονέκτημα μνήμης? Ικανότητα να προλέγουμε, να προλαμβάνουμε, να σχεδιάζουμε Ζώα: ‘οργανισμοί πρόγνωσης’ - αξιοποίηση πληροφοριών και ικανότητα να προβλέπουν το μέλλον

ορισμοί στις νευροεπιστήμες 1 - τί? γενικοί ορισμοί Μάθηση - διεργασία απόκτησης πληροφοριών ή ικανοτήτων έστι ώστε η γνώση ή/και η συμπεριφορά να αλλάζει Μνήμη - μηχανισμός συγκράτησης ή αποθήκευσης εσωτερικής παράστασης αυτών των γνώσεων (‘έχει καλή μνήμη’) - εσωτερική αναπαράσταση που εξαρτάται από την εμπειρία (μνήμες- αναμνήσεις) ορισμοί στις νευροεπιστήμες + ανατομικός εντοπισμός, + μηχανισμός κυτταρικής βιολογίας, αναγνωρίζεται ότι η μάθηση είναι διαδικασία απόκτησης πληροφορίας, όπως στις Ψ , αλλά επίσης διαδικασία που εμπλέκει συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου, εξαρτάται από συγκεκριμένα πρότυπα νευρωνικής δραστηριότητας και, σημαντικά, καταλήγει σε βιολογικές αλλαγές σε κύτταρα του εγκεφάλου που να διαρκούν περισσότερο από το ερέθισμα που τα προκάλεσε (και τουλάχιστον εξ ίσου με την εμπειρία της μάθησης)

Επίπεδα ανάλυσης Κοινοί τόποι Μνήμη εξ ορισμού αλλαγή στον εγκέφαλο που διαρκεί περισσότερο από το ερέθισμα που την πυροδότησε -> αλλαγή στις συνάψεις Διάκριση σε χρονικές φάσεις: δημιουργία (encoding), αποθήκευση (storage), παγίωση (consolidation), ανάκληση (retrieval)

2 - πού? Εντοπισμός λειτουργιών (ερώτημα από αρχαιότητας… - κεντρικό τον 19ο αιώνα) Gall? όργανο μνήμης πίσω από τα μάτια Flourens? μνήμη διασκορπισμένη σε όλο τον φλοιό -> σταδιακά: εντοπισμός αποδεκτός για άλλες λειτουργίες (γλώσσα, όραση, κίνηση, κλπ) Lashley (μέσα 20ου)? Αναζήτηση μνημονικού ίχνους σε ποντίκια μέγεθος απώλειας μνήμης ανάλογο της έκτασης της ζημιάς, οπουδήποτε έχει γίνει. Εισάγει έννοια “μαζικής δράσης”. Penfield - πρώτη ‘απόδειξη’ απευθείας ηλεκτρικός ερεθισμός σε ασθενείς που χειρουργούνταν για επιληψία όταν η διέγερση εντοπιζόταν στους κροταφικούς λοβούς -> εμπειρική απόκριση ή αναδρομή ερμηνεία - προβλήματα?

2 - πού? 1. Πού? 1957 - ασθενής ΗΜ: πρώτη χειρουργική επέμβαση για αντιμετώπιση βαριάς επιληψίας αμφοτερόπλευρη αφαίρεση ιππόκαμπου και γειτονικών περιοχών Δραματική απώλεια μνήμης (“λήθη των γεγονότων της καθημερινής ζωής τόσο γρήγορα όσο συμβαίνουν” - ζει μόνο την στιγμή) Άθικτη ευφυία Μπορούσε ακόμα να μάθει κάποια πράγματα, αλλά δεν είχε ανάμνηση της μαθησιακής εμπειρίας      Ιππόκαμπος και γειτονικές περιοχές είναι απαραίτητες για αποθήκευση μνήμης -> διερεύνηση λειτουργίας σε κυτταρικό επίπεδο Μνήμη μπορεί να απομονωθεί και να μελετηθεί ανεξάρτητα από αντίληψη και άλλες νοητικές λειτουργίες Η μνήμη έχει στάδια: βραχυπρόθεσμη - μακροπρόθεσμη Υπάρχουν διαφορετικά είδη μνήμης

Στάδια μνήμης Βραχυπρόθεσμη (‘μνήμη εργασίας’ - όλες οι πληροφορίες περνάνε πρώτα από αυτό το στάδιο): - χαρακτηριστικό: πιστότητα vs. διάρκεια και χωρητικότητα (εύρος STM?) - εντοπισμός: εξαρτάται από τύπο μνήμης απώλεια ακουστικο-λεκτικής STM -> βλάβη στον αριστερό, κάτω βρεγματικό φλοιό απώλεια οπτικο-χωρικής STM -> βλάβη στον δεξιό, οπίσθιο φλοιό - εξέλιξη? Μακροπρόθεσμη μνήμη - χαρακτηριστικό:  διάρκεια και  χωρητικότητα ( πιστότητα?)

Μακρο-πρόθεσμη μνήμη: πόσο μακρο-? νευρολόγος: λίγα λεπτά γνωσιακός ψυχολόγος: χρόνια κυτταρική νευροβιολογία: >24h για μελέτες συμπεριφοράς >1h για μελέτες σε απομονωμένους ιστούς Μακροπρόθεσμη μνήμη: αυτό που είναι μακροπρόθεσμο δεν είναι η μνήμη αυτή καθεαυτή, αλλά η ικανότητα να επανεργοποιηθεί ή να ξαναδημιουργηθεί η αρχική ή παρόμοια αναπαράσταση μέσω της διαδικασίας της ανάκλησης

Είδη (μακροπρόθεσμης) μνήμης ΗΜ (και άλλοι αμνησιακοί) μπορούν να μαθαίνουν καινούργιες ικανότητες και να συνεχίζουν να τις θυμούνται λ.χ. αντίστροφη ανάγνωση • Ταχύτητα διπλασιάζεται σε τρεις μέρες και ικανότητα διατηρείται ακέραιη για 3 μήνες (όπως στην ομάδα ελέγχου) • Αλλά για τον ασθενή, το τεστ είναι κάθε φορά καινούργιο!  2 βασικά είδη μακροπρόθεσμης μνήμης: Συνειδητή (γενικές γνώσεις ή μνήμες συγκεκριμένων ανθρώπων/τόπων/εμπειριών) Γνώση/μνήμη εκφράζεται μέσω ανάκλησης Ασυνείδητη (αναγκαία για μάθηση νέων ικανοτήτων) Γνώση εκφράζεται μέσω επίδοσης Εξήγηση παιδικής αμνησίας? ανικανότητα συγκεκριμένων (συνειδητών) αναμνήσεων παρόλο που μάθηση προφανώς δυνατή. Ανάγκη επίγνωσης ανεξάρτητης ύπαρξης σε σχέση με γύρω κόσμο? Καθυστερημένη ωρίμανση σχετικών εγκεφαλικών περιοχών? Ειναι δύσκολο να διαβάζεις ανάποδα

Συστήματα μνήμης ΜΝΗΜΗ ΕΚΔΗΛΗ (ΑΠΟΦΑΝΤΙΚΗ) ΣΥΝΕΙΔΗΤΗ ΑΔΗΛΗ (ΜΗ ΑΠΟΦΑΝΤΙΚΉ) ΑΣΥΝΕΙΔΗΤΗ SIMPLE CLASSICAL CONDITIONING ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΕΓΟΝΟΤΑ ΙΚΑΝΟΤΗΤΕΣ ΣΥΝΗΘΕΙΕΣ NONASSOCIATIVE LEARNING PRIMING ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΟΥ ΕΞΑΡΤΩΝΤΑΙ ΑΠΟ ΣΥΝΑΙΣΘΗΜΑ ΣΚΕΛΕΤΙΚΟΙ ΜΥΕΣ ΚΡΟΤΑΦΙΚΟΣ ΛΟΒΟΣ ΡΑΒΔΩΤΟ ΣΩΜΑΤΙΟ ΦΛΟΙΟΣ ΑΜΥΓΔΑΛΗ ΠΑΡΕΓΚΕΦΑΛΙΔΑ ΑΝΤΑΝΑΚΛΑΣΤΙΚΑ

Ως τώρα: ανατομία της μνήμης (τί και πού?) ιππόκαμπος: αναγκαίος για μακροπρόθεσμη αποθήκευση γενικών γνώσεων και προσωπικών πληροφοριών αμυγδαλή: (πιθανό) τελικό καταφύγιο των μακροπρόθεσμων εγγραφών που σχετίζονται με συναισθήματα πώς? Διαπεραστικότερη εξερεύνηση -> συνάψεις μεταξύ κυττάρων

Εστία αναπτυξιακής πλαστικότητας? συνάψεις Εστία μνήμης - μάθησης

Λειτουργία και πλαστικότητα συνάψεων προ-συναπτικός νευρώνας μετα-συναπτικός νευρώνας μόρια νευροδιαβιβαστή μετα-συναπτικοί υποδοχείς κυστίδια που περιέχουν νευροδιαβιβαστή είσοδος ρεύματος

Σκυλιά του Παβλώφ -> εξαρτημένο αντανακλαστικό W S W S W S

Εξαρτημένο αντακλαστικό (conditioned reflex): πρέπει να οφείλεται σε δημιουργία νέων συνδέσεων: στην σύνδεση των νευρικών κυττάρων του εγκεφάλου που δραστηριοποιούνται με το κουδούνι και των νευρικών κυττάρων που ενεργοποιούνται με τη θέα της τροφής.

Χρονικές φάσεις μνημονικής διαδικασίας Δημιουργία -> αποθήκευση -> παγίωση -> ανάκληση

Ανακεφαλαίωση… • Τι είναι μνήμη/μάθηση? • Πολλαπλά επίπεδα ανάλυσης (γονιδιακό -> … -> σύστημα -> … -> οργανισμός) και δυσκολία περάσματος από το ένα στο άλλο • Κοινά σημεία αναφοράς: μνήμη=αλλαγή στον εγκέφαλο που διαρκεί περισσότερο από το ερέθισμα που την πυροδότησε και βασίζεται σε αλλαγές στις συνάψεις μεταξύ νευρώνων • Πώς αναπτύχθηκε και προχώρησε η διεπιστημονική έρευνα της μνήμης/μάθησης - καταλυτικός ρόλος ασθενή ΗΜ. • Μνήμη έχει στάδια: βραχυπρόθεσμη (λιγότερο επιλεκτική, μεγαλύτερης πιστότητας, μικρότερης χωρητικότητας) - μακροπρόθεσμη (περισσότερο επιλεκτική, εξαρτάται από ενεργοποίηση γονιδίων και σύνθεση πρωτεϊνών, μικρότερης πιστότητας) • Διάκριση σε χρονικές φάσεις: δημιουργία (encoding), αποθήκευση (storage), παγίωση (consolidation), ανάκληση (retrieval)

Ανακεφαλαίωση… • Πολλαπλά είδη μνήμης => συνειδητή - εκδηλώνεται στην ανάκληση - αληθής ή όχι - εξαρτάται από δομές κροταφικού λοβού - γρήγορη διαδικασία - επιρεπής στην αδυναμία ανάκλησης - πχ. recognition memory => ασυνείδητη - πιο ετερογενής - εκδηλώνεται στην συμπεριφορά (και όχι στην ανάκληση) - δεν είναι ούτε αληθής, ούτε μή-αληθής - συχνά αργή διαδικασία, αλλά μπορεί να είναι και γρήγορη (πχ. one-trial learning) - έχει να κάνει με την δημιουργία πεποιθήσεων, συνηθειών, προτιμήσεων (χωρίς συνειδητή εμπειρία μνήμης), ανήκει στην κατηγορία ‘μνήμη’ γιατί η συμπεριφορά αλλάζει σαν αποτέλεσμα της εμπειρίας, αλλά η συμπεριφορά αλλάζει χωρίς υποκειμενική αίσθηση ότι συμβουλευόμαστε την μνήμη μας. • Διαφορετικά εγκεφαλικά συστήματα υπεύθυνα για το κάθε είδος μνήμης

Ανοιχτά ερωτήματα? Οι πρωτεϊνες που σχηματίζουν τις συνάψεις ‘ανακυκλώνονται’ κάθε λίγες ώρες - πώς διατηρείται το ‘μνημονικό ίχνος’? Πώς εξηγούνται οι ‘λανθασμένες’, ελλειπείς, ανακριβείς μνήμες? Πώς μπορεί η χωρητικότητα και η διάρκεια μνημονικών στοιχείων να αυξάνονται τόσο πολύ στις περιπτώσεις των αριθμομνήμονων? (π.χ. λίστες 36αψήφιων αριθμών) Μνημονικά τεχνάσματα? Συνδυασμός στοιχείων προς απομνημόνευση με οικεία χαρακτηριστικά δρόμου ή άλλης τοποθεσίας Αύξηση εύρους μνήμης εργασίας? Πέρασμα στην μακροπρόθεσμη μνήμη μέσω νοηματοδότησης? Παράδειγμα με ανάκληση δωματίου, ή προσώπου μετατροπή κάποιου πράγματος χωρίς νόημα σε κάτι με νόημα -> συνδυασμός γενικότερης γνώσης που έχουμε για τον κόσμο και τις προϋποθέσεις αυτού του κόσμου, με την συγκεκριμένη μνήμη Μνήμες καθημερινών συμβάντων αποτελούν σύνθεση αυθεντικών πραγματικών γεγονότων και προϋποθέσεων που βασίζονται στην γνώση του πραγματικού κόσμου.

“memory is born everyday, springing from the past and set against it” • αναλογία λειτουργίας μνήμης σε ανθρώπους και computers “memory is born everyday, springing from the past and set against it” Eduardo Galeano, Uruguayan novelist • προβλήματα μνήμης? - πρόβλημα ανάκλησης (δεν θυμάμαι την σωστή λέξη, αλλά αργότερα την θυμάμαι) - πρόβλημα αποθήκευσης (π.χ. λόγω έλλειψης προσοχής, ή λόγω παθολογίας) • αυτόπτεις μάρτυρες Νευροεπιστήμη και κοινωνία 7500 περιπτώσεις λανθασμένων καταδικάσεων στις ΗΠΑ το 1999 περίπτωση καταθέσεων περί άσπρου φορτηγού στις sniper attacks το 2002 • εμφύτευση μνήμης? ‘αποκάλυψη’ παιδικών τραυμάτων πειραματικές μελέτες -> εμφύτευση εμπειρίας (πχ. του να χαθείς σε shopping mall) -> διάκριση ‘αληθινής’ και ‘ψεύτικης’ εμπειρίας (μελέτες με impossible memories, πχ. Bugs Bunny στην Disneyland)