Dzialanie m

1
Dzialanie mózgu
Inteligentne Systemy Autonomiczne
Wykorzystano materialy z wykladu Prof.
Wlodzislawa Ducha Uniwersytet Mikolaja Kopernika
Janusz A. Starzyk Wyzsza Szkola Informatyki i
Zarzadzania w Rzeszowie
2
Dzialanie mózgu

• Schemat ogólny dzialania mózgu
• receptory i efektory
• regulacja organizmu
• centrala przekazujaca przefiltrowane infromacje
• szybki szlak reakcji w systuacji zagrozenia,
  emocje dajace chec do dzialania, pamiec
• wolniejszy szlak swiadomego rozpoznania, analizy,
  okreslania wartosci, planowania.

3
Dzialanie mózgu
4
Szlak swiadomego rozpoznania

• Szlak swiadomego rozpoznania - od receptorów
  zmyslowych, przez jadra wzgórza, do pierwotnej
  kory zmyslowej,
• pobudzenia kory interpretowane sa jako podstawowe
  wrazenia
• wzrok, sluch, dotyk,
• oraz ich umiejscowienie
• miejsce ciala, relacje przestrzenne.
• Wtórna kora zmyslowa nadaje sens wrazeniom
• co czuje,
• co z tym mam poczac?
• Rozpoznawanie afektywne i kognitywne jest zwykle
  zintegrowane
• rozpoznaje i czuje, ze tak jest.

5
Metody badania aktywnosci mózgu

• Analiza urazów powypadkowych
• Kontrolowane uszkodzenia mózgu
• Techniki nie-inwazyjne

6
Analiza urazów powypadkowych

• Juz Egipski papirus sprzed 3500 lat wymienia 28
  uszkodzen mozgu
• dokonywano wtedy trepanacji czaszki by wyciac
  guzy.
• Arystoteles uznal serce za siedlisko uczuc i
  rozumu.
• W 3-cim wieku Herofilos, lekarz z Aleksandrii
  twierdzil, ze mózg odpowiedzialny jest za zycie
  psychiczne.
• Galen z Pergamonu
• uszkodzenia rdzenia, mózdzka i koordynacja
  ruchów.
• Andreas Vesalius (1514-1564, Flamandia), twórca
  nowozytnej anatomii, ostatecznie ustalil
  znaczenie mózgu.
• Kosciól w tym czasie uznawal, ze liczba zeber u
  mezczyzny powinna byc z jednej strony mniejsza o
  jedno, tepiac poglady Vesaliusa ...
• Systematyczne badania skutków urazów rozpoczelo
  sie w XIX wieku.

7
Kontrolowane uszkodzenia mózgu

• Kontrolowane uszkodzenia mózgu
• mozliwe sa tylko w badaniach na zwierzetach
• pozwalaja na analize tylko prostych zachowan.
• Hitzing i Fritsch, koniec XIX wieku stymulowali
  elektrycznie mózgi zwierzat.
• Operacje u pacjentów cierpiacych na padaczke
  mapy Wilreda Penfielda z lat 1950.

8
Techniki nie-inwazyjne

• Elektoencefalografja, EEG
• Magnetoencefalografia, MEG
• Arteriografia lub angiografia
• Tomografia rentgenowska, CAT
• Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT
• Pozytonowa tomografia emisyjna, (PET)
• Magnetyczny rezonans jadrowy, (NMR)
• Funkcjonalny MRI, fMRI
• Magnetic Resonance Spectroscopy, MRS

9
Techniki nie-inwazyjne

• Elektoencefalografja, EEG
• EEG pozwala wczesnie wykryc gluchote, sklonnosci
  do padaczki, zaburzenia neurologiczne.
• Badania potencjalów wywolanych (ERP) czyli wiele
  usrednionych sygnalów EEG
• Charakterystyczne sygnaly pojawiaja sie po 300
  msek
• Wzrost amplitudy proporcjonalny do stymulacji.
• Magnetoencefalografia, MEG
• podobnie jak EEG, ale pozwala dotrzec do
  glebszych zródel.
• Zalety szybkozmienne sygnaly.
• Wady kosztowna aparatura, trudna interpretacja.

10
Techniki nie-inwazyjne

• Arteriografia lub angiografia
• po wstrzyknieciu kontrastu wykonuje sie zdjecia
  rentgenowskie,
• obrazuje tetnice.

11
Techniki nie-inwazyjne

• Tomografia rentgenowska, CAT
• mozna wykryc guzy,
• dobrze widoczne róznice, kosc-tkanka miekka,
• ale slabo widoczne tkanki.
• wiazka krazy wokól glowy, z
• licznikiem po drugiej stronie.
• dosc bezpieczna i tania.

12
Techniki nie-inwazyjne

• Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT
• Spektroskopia pojedynczych fotonów z
  promienio-twórczych jader ksenonu 133, jodu lub
  technetu
• Tlumienie zalezy od tkanki, przez która
  przechodza fotony - powoduje to slaba
  rozdzielczosc.
• Pozwala uzywac zwiazków pochlanianych przez
  specyficzne struktury mózgu.
• Pozwala wykryc rózne substancje.
• Rozdzielczosc czasowa rzedu
• 1 min, przestrzenna kilka cm.

13
Techniki nie-inwazyjne

• Pozytonowa tomografia emisyjna, (PET)
• wykrywa wprowadzony do krwi promieniotwórczy
  znacznik (np. glukoza z weglem 11C) podlegajacy
  rozpadowi beta i wysylajacy pozytony.
• pozytony anihiluja z elektronami dajac pary
  kwantów gamma, wykrywanych przez pary liczników
  wokól glowy.
• Konieczny akcelerator do wytwarzania
  krótkotrwalych substancji promieniotwórczych,
  11C, 18F, 15O, 13N.
• Umozliwia obrazowanie przeplywu krwi na biezaco,
  wykrywanie ognisk padaczki, guzów mózgu.
• Eksperymenty psychologiczne
• zwiekszona praca danego obszaru zwieksza
  zapotrzebowanie na energie doplyw krwi.
• PET po raz pierwszy pokazal lokalizacje wielu
  funkcji psychicznych.

14
Techniki nie-inwazyjne

• Pozytonowa tomografia emisyjna, (PET)

15
Techniki nie-inwazyjne

• Magnetyczny rezonans jadrowy, (NMR)
• zwany rezonansowym obrazowaniem magnetycznym
  (MRI).
• anatomiczny MRI rezonans jader wodoru, pozwala
  mierzyc gestosc tkanki, duza rozdzielczosc rzedu
  1 mm.
• rekonstrukcja 3-D w róznych przekrojach.
• Funkcjonalny MRI, fMRI
• Rezonans jader tlenu,
• pokazuje sygnal BOLD (Blood Oxygen-Level
  Dependent), czyli przeplyw krwi.
• Tanszy od PET, nie wymaga izotopów.
• Magnetic Resonance Spectroscopy, MRS
• pozwala na pomiar koncentracji róznych
  pierwiastków.

16
Techniki nie-inwazyjne

• Magnetyczny rezonans jadrowy, (NMR)
• Funkcjonalny MRI, fMRI
• Magnetic Resonance Spectroscopy, MRS

17
Przyszlosc technik nie-inwazyjnych

• Polaczenie MEG z fMRI,
• szybkosc i precyzja
• mozna obserwowac
• aktywnosc przy ruchu poszczególnych palców
• niestety ta technika rozwija sie powoli.
• Ciekawe rezultaty wynikajace z neuroobrazowania.
• kobiety maja znacznie wiecej bialej (9x) a mniej
  szarej materii (6.5x), której objetosc
  skorelowana jest z wynikami testów IQ.
• u mezczyzn najsilniejsze korelacje dotycza platów
  ciemieniowych i czolowych,
• u kobiet jest to prawy plat czolowy i obszar
  Broca.

18
Przyszlosc technik nie-inwazyjnych

• Transcranial Magnetic Stimulation (TMS), czyli
  magnetyczna stymulacja przezczaszkowa
• Pozwala na selektywna i bezinwazyjna stymulacje
  wybranych obszarów mózgu.
• Osiagana precyzja jest rzedu milimietrów.
• TMS ma tez zastosowania terapeutyczne w depresji,
  halucynacjach, padaczce.
• Literatura
• Haier RJ, Jung RE, Yeo RA, et al. The
  neuroanatomy of general intelligence sex
  matters. NeuroImage 25320-327, 2005.