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