ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΝΕΥΡΟΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΜΟΥΤΟΥΣΗΣ Neurons in culture. The large green cell is an astrocyte

ΝΕΥΡΟΕΠΙΣΤΗΜΕΣ Neuroanatomy Neurophysiology Cellular/Molecular Neuroscience Neuropharmacology Developmental Neurobiology Genetics of the NS Systems Neuroscience Behavioural Neuroscience Computational Neuroscience Theoretical Neuroscience COGNITIVE NEYROSCIENCE: how does the brain enable the mind?

Computational models of neuronal circuits Integrating anatomical and physiological data to provide “understanding” ‘I am never content until I have constructed a mathematical model of what I am studying. If I succeed in making one, I understand; otherwise I do not’ William Thomson (Lord Kelvin)

From molecules to behavior The BIG - difficult question: What does it mean “To Understand the brain?” Clearly - A THEORY is required to explains how the brain ingredients (its anatomical units; its electro-chemical signals) generate “high level” phenomena (perception, action, emotions) Spatial scale Meters Centimeters From molecules to behavior Millimeters Micrometers Nanometers

Structure of modern brain centers & central role of theory Neuroscience of Neurological & cognitive Disorders Human & Primate Behavior and Cognition Plasticity & Developmental Neuroscience Computational & theoretical Neuroscience Quantitative Analysis of Neuronal circuits

Εγκέφαλος - Νους - Συμπεριφορά Βασικές αρχές/παραδοχές: Ο εγκέφαλος σαν υπολογιστής: όλα έχουν να κάνουν με τη μετάδοση και την επεξεργασία των πληροφοριών Κάθετι που είναι ψυχολογικό είναι βιολογικό φυσιολογία/βιολογία ↔ ψυχολογία Ο εγκέφαλος μπορεί να μελετηθεί μικροσκοπικά - μακροσκοπικά ανατομικά - λειτουργικά Σκοπός η σύνδεση δομής-λειτουργίας λειτουργική εξειδίκευση, παράλληλη κατανεμημένη επεξεργασία, νευρωνικά κυκλώματα/δίκτυα Why have a brain? Movement, perception, cognition/emotion, homeostasis

"You, your joys and sorrows, your memories and your ambitions, your sense of personal identity and your free will are in fact no more than the behavior of a vast assembly of nerve cells and their associated molecules" (Francis Crick, Nobel Laureate 1962 – “the father of DNA”). "Machine think? You bet! We’re machines and we think, don’t we?" (Claude Shannon – “the father of information age”)

Εξελικτική Νευροεπιστήμη (γη 5 δις, ζωή 3.5 δις, άνθρ. εγκ. 100 χιλ)

Localisation of function? Flourens: no matter where he made the lesion, the bird recovered => aggregate field (όλα παντού) Gall & Spurzheim (~1800): φρενολογία

Gall & Spurzheim (~1800): φρενολογία

Broca (1861): ο ασθενής “tan” δεν μπορούσε να αρθρώσει λόγο (αλλά μπορούσε να μετρήσει μέχρι το 10!) Wernicke (1876): ασθενής που έλεγε ασυναρτησίες και δεν κατανοούσε γραπτό/προφορικό λόγο

Fritsch & Hitzig 1870: κινητικός φλοιός σκύλων

H. Jackson: - χάρτης του σώματος σε ασθενείς με επιληψία - πάντα μερική απώλεια σε εγκεφαλικά but… “it is rare for a patient to totally lose a function” (many regions of the brain contribute to a given behaviour)

Εγκέφαλος και ηλεκτρισμός Hess 1944 (πρόκληση ύπνου) Painfield (ΒΠΠ): ασθενείς με επιληψία (ή όγκο σήμερα) Holst & St.Paul 1960 (υποφλοιώδεις περιοχές κοτόπουλων) Πάρκινσον, κατάθλιψη Trans-magnetic stimulation (TMS)

Το ανθρωπάριο του Penfield

Histology

Italy vs. Spain: silver staining method (la reazione negra) + the neuron doctrine Cajal: unitary nature of neurons & unidirectional transmision & synapse Golgi: no discrete entities, a continuous mass of tissue sharing a common cytoplasm (note that this is a different type of debate on holisticism)

Historical perspective for “brain ingredients” Historical perspective for “brain ingredients” Key players 1665 – First use of simple microscope to view living cells (Robert Hooke) 1839 – “Cell theory” (Theodor Schwann) – but is it true for the brain? 1870 – Camilo Golgi develops his silver-based method, for randomly staining nerve cells 1887 – S. Ramon Y. Cajal uses Golgi technique – proposes the “neuron doctrine” 1891 – Hienrich Waldeyer – coined the word “Neuron” 1897 - Charles Sherrington coined the word “synapse”

Brodmann: structure implies function