Transcript Wykład 1

Bioelektryczność i podstawy biocybernetyki
Program:
1. Wstęp. Historia badań układu nerwowego. Poziomy organizacji układu nerwowego.
2. Komórki mózgu – neuron i glej.
3. Siły chemiczne i elektryczne, równanie Nernsta.
4. Potencjał czynnościowy, teoria Hodgkina i Huxleya, prądy w komórkach nerwowych.
5. Propagacja impulsu - teoria kablowa.
6. Synapsy elektryczne i chemiczne. Złącze nerwowo – mięśniowe. Hipoteza kwantowa.
7. Procesy obliczeniowe w dendrytach. Model Ralla.
8. Zmysły – prawo energii własnych, receptory, transdukcja, kodowanie bodźca.
9. Zmysły chemiczne – smak. Kodowanie informacji smakowej.
10. Dualna natura węchu. Receptory węchowe, mapy zapachów. Feromony.
11. Czucie somatyczne, receptory skóry, czucie głębokie.
12. Obwody rdzenia kręgowego. Teoria bramkowania bólu. Reprezentacja czuciowa w korze mózgowej.
13. Propriocepcja i kinestezja.
14. Zmysł równowagi. Odruch przedsionkowo – oczny.
15. Słuch - dźwięki słyszalne, budowa i działanie ucha. Rezonansowa teoria Helmholtza, teoria fali
biegnącej, wzmacniacz ślimakowy.
16. Widzenie - spektrum EM, fotoreceptory, obwody siatkówki. Elektroretinogram (ERG), i
elektrookulogram (EOG). Widzenie barwne. Drogi wzrokowe. Kolumny orientacji przestrzennej.
Rozpoznawanie twarzy. Problem scalania. Gdzie powstaje świadomość?
Program cd:
17. Mięśnie. Teoria ślizgowa. Metabolizm anerobowy i aerobowy. Jednostki motoryczne.
18. Autonomiczny układ nerwowy. Układ współczulny i przywspółczulny. Elektrodermogram. Detektor
kłamstw. Gruczoły. Mięśnie gładkie. Mięsień sercowy. Elektrokardiogram (EKG) i HRV.
29. Aktywność motoryczna. Odruchy. Lokomocja. Centralne generatory wzorca. Rekrutacja jednostek
ruchowych. Elektromiogram (EMG). Organizacja kontroli ruchu. Choroba Parkinsona i Huntingtona
20. Mowa i komunikacja. Gra świerszcza. Głosy ptaków. Pieśń wieloryba. Wokalizacja u człowieka.
21. Zwarte sieci transmiterów, narkotyki i leki antydepresyjne.
22. Biorytmy. Rytm okołodobowy. Sen aktywny i pasywny. Rola snu. Marzenia senne.
23. Mechanizmy regulacji jedzenia i picia.
24. Emocje i uczucia. Pierwsze teorie emocji. Ciało migdałowate. Ekspresja twarzy. Neurobiologia
miłości.
25. Uczenie i pamięć. Habituacja, sensytyzacja, warunkowanie. Uczenie awersywne, uśpione,
obserwacyjne, wpajanie. Reguła Hebba, pamięć krótko- i długotrwała.
26. Kora mózgowa i zachowanie. Rozwój ludzkiego mózgu. Organizacja kory mózgowej. Choroby
psychiczne. Półkule mózgowe – lateralizacja i dominacja. Kod Mózgu.
27. Elektryczność. Początki elektrofizjologii. Biofizyczne podstawy generacji EEG. Zasada kąta
bryłowego.
28. Rytmy EEG. wrzeciona, kompleksy K, fale delta i wolna oscylacja, wyładowania epileptyczne. Rytmy
EEG podczas pobudzenia i uwagi – rytmy beta/gamma, theta, alfa, mu i tau. Potencjały wywołane,
synchronizacja wywołana zdarzeniem.
29. Zapis EEG. Złącze elektroda/skóra, aparatura EEG, układ elektrod. Magnetoencefalografia.
Lokalizacja czynności mózgu.
30. Analiza EEG.
Proponowane podręczniki:
G. Shepherd, Neurobiology
E. Kandel, Principles of Neural Science
D. Johnston i S. Wu Foudations of Cellular Neurophysiology
P. Nunez, Electric fields of the brain.
W.J. Freeman, Mass action in the nervous system.
A.Longstaff, Neurobiologia. Krótkie wykłady, PWN
G.G. Matthews, Neurobiologia. Od cząsteczek i komórek do układów, PZWL
Edwin Smith Surgical Papyrus – 1700 BC
(‘yś) - mózg
Michał Anioł. Stworzenie Adama (Fresk. Kaplica Sykstyńska,
Watykan, Rzym). 1510.
Meshberger, Frank Lynn. "An Interpretation of Michelangelo's Creation of Adam Based on
Neuroanatomy", JAMA. 1990 Oct 10; 264(14):1837-41.
Kroki w poznaniu mózgu
4000 BC
Zapisy Sumeryjskie – opis efektu zażycia opium
2700 BC
Początki akupunktury
3000 – 1700 BC
Starożytny Egipt. Pierwsze dokumenty medyczne opisujące urazy i
anatomię mózgu.
2000 BC
Trepanacje czaszek w pre-Inkaskich cywilizacjach w Am. Płd.
600 – 400 BC
Filozofowie Greccy – źródłem duszy i umysłu jest mózg lub serce.
130 – 200 AD
Galen - początki fizjologii mózgu
1543
Vesalius – opis anatomii układu nerwowego (i żeber!)
1673
Kartezjusz – mózg jako maszyna
1798
Galvani - elektryczna natura układu nerwowego (bioelektryczność!)
1870
Du Bois – Reymond – impulsy elektryczne
1891
Cajal i inni – układ nerwowy składa się z osobnych komórek neuronów
1897
Sherrington – komunikacja neuronów poprzez synapsy
Kroki w poznaniu mózgu - cd
Lata 20-ste
Langley, Loewi, Dale i inni - identyfikacja neurotransmiterów
Lata 40-ste
Shannon, Weaver i Wiener – powstaje teoria informacji i systemów
kontrolowanch (cybernetyka)
Lata 50-te
Hodgin, Huxley, Katz i Eccles – pomiary sygnałów elektrycznych z
użyciem mikroelektrod. Mikroskopia elektronowa ujawnia
szczegóły budowy neuronów i synaps.
Lata 50-te
Mountcastle, Lettvin, Hubel and Wisel – analiza pojedynczych
komórek ujawnia ‘jednostki percepcji’ w mózgu
Lata 60-te
Poznanie sumacyjnych własności dendrytów i obwodów
synaptycznych i przetwarzania informacji bez impulsów.
Lata 70-te
Poznanie neuromodulatorów i przekaźników II-go stopnia –
złożoność oddziaływań neuronalnych.
Lata 70-te
Komputerowe techniki obrazowania i lokalizacji funkcji
poznawczych mózgu
Lata 70-te
Molekularne metody analizy informacji genetycznej (rekombinacja
DNA) i pojedynczych białek w błonie neuronalnej (patch clamp).
Lata 80-te
Modele komputerowe układu nerwowego (wzrok, język, pamięć)
Lata 90-te i
obecne
„Dekada mózgu” – integracja informacji z różnych poziomów w
celu stworzenia pełnej teorii działania mózgu.
Cel wykładu
Zrozumienie działania mózgu (naszego zachowania) wymaga
zrozumienia mechanizmów na wielu poziomach organizacji i
zrozumienia zależności pomiędzy tymi poziomami.
Poziomy organizacji układu nerwowego
m o to r
c entral
sensory
(b) Local populations, neuronal
networks
(b) Systems
motor
cent ral
sensory
Dendrites
+
-
+
-
+
-
+
+
+
+
-
+
-
+
-
+
(a) Behaviour
Soma
Axon
(c) Single cells
(f) Genes
+
+
-
+
-
+
+
+
+
-
+
-
+
+
-
(e) Membranes, channels,
ions
(d) Synapses
Podział układu nerwowego
Struktura układu nerwowego podzielona jest na:
Centralny Układ Nerwowy
- mózg
- rdzeń kręgowy
Obwodowy Układ Nerwowy
-nerwy korpusu i kończyn niosące informacje od/do
mózgu
W układzie nerwowym można wyróżnić dwie
funkcjonalne części:
-układ somatyczny - kieruje pracą mięśni szkieletowych,
gruczołów skórnych i komórek barwnikowych skóry.
-układ autonomiczny - unerwia narządy wewnętrzne
Obwodowy układ nerwowym można podzielić ze względu
na kierunek przekazywania impulsów:
-cześć sensoryczna
-część motoryczna
Brainstem – pień
mózgu
Midbrain –
śródmózgowie
Pons – most
Medulla oblongata –
rdzeń przedłużony
Cerebellum - móżdżek
Diencephalon międzymózgowie
Thalamus wzgórze
Diencephalon międzymózgowie
Hypothalamus podwzgórze
Limbic system –
system limbiczny
Hippocampus hipokamp
Lateral ventricle
– komora boczna
Basal Ganglia –
zwoje podstawy
Caudate – jądro
ogoniaste
Basal Ganglia –
zwoje podstawy
Caudate – jądro
ogoniaste
Putamen – skorupa
Striatum –
prążkowie = jądro
ogoniaste + skorupa
Amygdala – ciało
migdałowate
Cerebral Cortex –
kora mózgowa
White matter –
isotota biała
Frontal lobe –
płat czołowy
Temporal lobe –
płat skroniowy
Cerebral Cortex –
kora mózgowa
Grey matter –
isotota szara
Parietal lobe –
płat ciemieniowy
Occipital lobe –
płat potyliczny