Paměť, učení Spánek a bdění. MUDr. Barbora Schutová, Ph.D., 3. LF UK v Praze, ÚNPKF

Transkript

1 Paměť, učení Spánek a bdění MUDr. Barbora Schutová, Ph.D., 3. LF UK v Praze, ÚNPKF

2 OSNOVA 1. PAMĚŤ 2. UČENÍ 3. SPÁNEK 4. CIRKADIÁNNÍ RYTMY

3 PAMĚŤ a UČENÍ PAMĚŤ ukládání, uchovávání a vybavovaní informací UČENÍ proces, kterým získáváme znalosti o okolním světě, individuální zkušenosti učení závisí na schopnosti třídit, ukládat a vybavovat informace projev plasticity NS mechanizmy adaptace, kt. mají schopnost měnit vrozené vzájemné propojení nervových okruhů

4 PAMĚŤ A UČENÍU Neuropsychologie studie mozkových lézí Paul Broca 1861, lokalizace řeči, postupně lokalizace dalších funkcí Má i paměť svoji specifickou lokalizaci? K. Lashley, D. Hebb myšlenka difůzních paměťových systémů W. Penfield, B. Milner, W. Scoville 1960 pacient H.M. bilatereální resekce mediální části temporálního laloku

5 PAMĚŤ krátkodobá: s-min, statické vjemy, čísla, písmena, obrázky, zvuky střednědobá: h-tý, komplexnější vjemy včetně časového průběhu, ovlivňuje chování s delší latencí dlouhodobá: stabilní neomezená kapacita, vybavují se různě rychle v závislosti na frekvenci používání, a době uložení paměťové stopy s vysokou stabilitou: vznikají mnohonásobným opakováním, snadno a okamžitě přístupné jméno, adresa, zákl. dovednosti

6 PAMĚŤ H.M. neschopnost zapamatovat si nové informace staré vzpomínky zachovány anterográdní amnézie, částečná retrográdní amnézie

7 PAMĚŤ H.M. IQ ze 104 na 117 méně záchvatů slovní zásoba, řečové schopnosti zachovány neměl problém udržet pozornost nebyla porucha vnímání

8 PAMĚŤ H.M. krátkodobá paměť jenom po dobu s- min, dokud se na ně soustředí není schopen si pamatovat nové informace dlouhodobě porucha přepisu paměti z krátkodobé do dlouhodobé

9 PAMĚŤ H.M. výjimka zachovaná schopnost učit se motorickým dovednostem KRESLENÍ PODLE ZRCADLA MIRROR DRAWING TASK pacient H.M.

10 DEKLARATIVNÍ vs. NEDEKLARATIVNÍ PAMĚŤ 2 odlišné paměťové systémy deklarativní (explicitní): 1. závisí na mediálním temporálním laloku 2. vědomá vybavíme si vzpomínky 3. vzpomínky na události, fakta paměť pro znalosti 4. sémantická fakta, pojmy, naučená látka 5. epizodická - události

11 DEKLARATIVNÍ vs. NEDEKLARATIVNÍ PAMĚŤ nedeklarativní (implicitní): 1. nevědomá 2. paměť pro dovednosti motorické, percepční 3. učení - senzitizace, habituace, podmíněné reflexy 4. fylogeneticky starší Aplysie, Drosofila 5. okruhy odpovědné za vnímání, analýzu a zpracování daných informací

12 DEKLARATIVNÍ PAMĚŤ hipokampus, gyrus dentatus, subiculum, entorhinální cortex hipokampální formace perirhinální a parahipokampální cortex amygdala není nezbytná, modulační vliv

13 DEKLARATIVNÍ PAMĚŤ pravý hipokampus info o prostoru levý hipokampus slova, předměty, lidé

14 DEKLARATIVNÍ PAMĚŤ neocortex dlouhodobá paměť multimodální asociační oblasti sémantická neexistuje specifická oblast epizodická asociační obl. prefrontální kůry kortikální léze retrográdní amnézie n. agnózie

15 DEKLARATIVNÍ PAMĚŤ zpracování informací: 1. kódování, ukládání 2. konsolidace proces reorganizace a stabilizace informací, vzájemné propojení korových oblastí, které nesou informace o urč. události 3. skladování, uchovávaní 4. vybavování

16 PRACOVNÍ PAMĚŤ je nezbytná pro ukládání a vybavování paměťových stop aktivní udržování informací důležitých pro probíhající chování dorzální prefrontální kůra verbální vizuální výkonné centrum

17 PAMĚŤ a UČENÍ PAMĚŤ ukládání, uchovávání a vybavovaní informací UČENÍ proces, kterým získáváme znalosti o okolním světě, individuální zkušenosti učení závisí na schopnosti třídit, ukládat a vybavovat informace projev plasticity NS mechanizmy adaptace, kt. mají schopnost měnit vrozené vzájemné propojení nervových okruhů

18 UČENÍ neasociativní učení: 1. habituace 2. senzitizace asociativní učení: 1. klasické podmiňování 2. operantní podmiňování napodobování hra učení vhledem imprinting

19 NEASOCIATIVNÍ UČENÍ nejjednodušší a fylogeneticky nejstarší jedinec se učí o vlastnostech 1 stimulu stimulus je neškodný, nedůležitý habituace naučí se podnět ignorovat (tikot hodin, ignorace negativních, nezajímavých vzpomínek) stimulus je škodlivý, důležitý senzitizace odpověď na podnět se zvýší, libé pocity, bolest snáz si pamatujeme

20 ASOCIATIVNÍ UČENÍ jedinec se učí vztahu mezi 2 stimuly nebo mezi stimulem a chováním klasické podmiňování Pavlov asociace podmíněného stimulu (CS) s nepodmíněným (US): CS musí předcházet US; vyhasnutí; důležité pro flexibilní učení, schopnost předvídat operantní podmiňování vztah mezi chováním a jeho následky: Skinnerův box pokus/omyl pozitivní apetitivní; negativní averzivní

21 MOLEKULÁRNÍ PODSTATA PAMĚTI a UČENÍ 1984, Ramon y Cajal: výsledkem učení není proliferace nových buněk, ale proliferace nových větví již existujících neuronů a zesílení vazeb mezi neurony, čímž se komunikace mezi neurony zefektivňuje

22 Jaká je molekulární podstata změn na synapsi? paměťová stopa morfologický podklad paměti, změna senzitivity synapt. přenosu facilitace nebo deprese synapse je modifikovaná učením stejný soubor synapsí se může účastnit několika různých procesů učení synaptická plasticita živočichové s malým množstvem neuronů (20-100tis.) jsou schopné učit se

23 Habituace oslabení synaptického přenosu deprese krátkodobá po 1 sérii impulzů, trvá minuty, snížené uvolňování neurotransmiteru dlouhodobá po 4 sériích impulzů, trvá 3 týdny, snížení počtu synapsí o 60%

24 Senzitizace usnadnění synaptického přenosu facilitace facilitační interneuron - serotonin krátkodobá dlouhodobá

25 Deklarativní paměť 1973 Bliss a Lomo synapse v hipokampu mají značnou schopnost plasticity dlouhodobá potenciace (LTP) krátký vysokofrekvenční výboj AP vyvolá zesílení synaptického přenosu v hipokampu trvající h opakovaná aplikace výbojů dny-týdny zprostředkovaná glutamátem NMDA, non-nmda receptory postsynapticky

26 Hipokampus prostorová á paměť 1970 O Keefe, Dostrovsky pyramidové bb. hipokampu kódují informace o prostoru place cells, place fields, kognitivní mapa Morris MWM, farmakologická blokáda NMDA receptorů zvíře bylo schopno orientovat se v prostoru, ale nepamatovalo si informace o prostoru

27 Jak se lišíl krátkodobá paměť od dlouhodobé? na stejných synapsích krátkodobá: změny již existujících proteinů fosforylace, defosforylace dlouhodobá: syntéza nových proteinů, růst nových synapsí, pučení strukturální změny v CNS: vzestup počtu míst s uvolňováním transmiteru, vzestup vezikul zmnožení presynaptických zakončení změna dendritických trnů postsynapticky charakter tréninku : nahuštěný trénink v krátkem období dobrá krátkodobá paměť; rozložený trénink série oddělené h-dny dlouhodobá paměť

28 SPÁNEK do 1945 spánek je pasivní stav vyvolaný snížením senzorických vstupů do CNS při únavě Moruzzi a Magoun vliv retikulární formace na střídání spánku a bdění 1950 Kleitman, Aserinski, Dement REM a non-rem spánek, cyklické střídání

29 SPÁNEK aktivně indukovaný a vysoce organizovaný stav mozku s několika fázemi 4 behaviorální kritéria: 1. motorická aktivita 2. odpověď na stimulaci 3. stereotypní poloha 4. reverzibilní

30 HYPNOGRAM a EEG POLYSOMNOGRAFIE záznam 3 parametrů nezbytných pro odlišení bdělosti, REM a non-rem: EEG, EMG, EOG

31 N-REM 4 stádia nízká nervová aktivita nízký metabolický obrat nízká T mozku zvýšená aktivita parasympatiku svalový tonus a reflexy zachované EEG vysokovoltážní, pomalé vlny

32 N-REM I ospalost, přechod z bdělosti ke spánku oči pomalé, konjugované pohyby svalový tonus snížen chování: usínání, pomalá a zpožděná reakce na silné zvukové podněty EEG nejdříve alfa, postupně snížení frekvence, občasné theta vlny

33 N-REM II vřeténkový spánek oči bez pohybu mírná tonická aktivita na EMG EEG spánková vřetena zvýšení frekvence; K- komplexy zvýšení amplitudy chování: klidný spánek bez motoriky, výrazně snížená reaktivita vědomí: připomínky denních stereotypů bez emočního náboje

34 N-REM III a IV spánek s pomalými vlnami nejvyšší práh probuditelnosti EMG nízký tonus EEG pomalé vlny s velkou amplitudou - delta

35 REM rapid eye movements paradoxní spánek zvýšená celková nervová aktivita oproti N-REM zvýšený metabolický obrat i T mozku atonie téměř všech kosterních svalů kromě okohybných, bránice a svalů ušních kůstek, záškuby mimických svalů zvýšený tonus parasympatiku přetrvává oslabené homeostatické mechanizmy, nepravidelná TF a DF sny, emotivní náboj, barevnost

36 SPÁNKOVÝ CYKLUS zahájen N-REM I přechod mezi N-REM stádii někdy přerušen pohyby n. částečným probuzením celý cyklus min, 4-6x/noc trvání N-REM III a IV se postupně zkracuje trvání REM se prodlužuje 50-60% tvořeno N-REM II, 25% REM, 15-20% N-REM III a IV, 5% N-REM I

37 ONTOGENEZE SPÁNKU doba spánku se snižuje 17-18h po narození 10-12h ve 4 letech 7-8,5h 20let po nar. 3-4h spánek přerušovaný krmením do 4 let souvislá spánková perioda v noci u novorozence 50% REM, téměř chybí slow-wave sleep, postupně se zkracuje REM a prodlužuje slowwave v průběhu adolescence se slow-wave začne opět snižovat, po 50. málo slow-wave

38 SPÁNEK v MOZKU RF v mesencephalu bdělost RF v oblongatě inhibice RF v mesencephalu spánek zadní hypothalamus bdělost, histaminergní neurony přední hypothalamus N-REM-on bb. GABA, inhibují zadní hypothalamus a RF v m. - spánek ncl. reticularis thalami GABA, spánková vřetena, slow-wave sleep ncl. reticularis pontis Ach, REM spánek, atonie, inhibice ncl. reticularis thalami

39 VÝZNAM SPÁNKU úspora energie: zvýšený příjem potravy při spánkové deprivaci, pouhý oddych nestačí, snížení BM, lidé s vyšším energetickým obratem mají více delta spánku kognitivní funkce: zhoršený intelekt po spánkové deprivaci, konsolidace v REM spánku termoregulace: ochlazování organizmu, zvýšené ztráty tepla na akrech, bb. předního hypothalamu jsou aktivovány teplem zrání CNS: REM hodně u novorozenců

40 CHRONOBIOLOGIE prostorová a časová organizace živých organizmů rytmy - opakování biologických dějů s určitou periodou/frekvencí: 1. ultradiáníí - < 24h, >1/den 2. cirkadiánní 24h, 1/den 3. infradiánní - > 24h, <1/den

41 CIRKADIÁNNÍ RYTMY endogenní opakují se i po odstranění vlivu zevního prostředí vnitřní oscilátor vnitřní biologické hodiny ncl. suprachiasmaticus (SCN) vnitřní perioda Tau u 95% - 24,2h, u 5% < 24h ovlivňovány zevními stimuly synchronizátory střídání světla a tmy, aktivita, melatonin, teplota koordinace fyziologických funkcí s prostředím

42 CIRKADIÁNNÍ RYTMY kontakt biologických hodin se zevním prostředím tr. retinohypothalamicus SCN jádro příjem info, skořápka synchronizace neuronů, VIP; vypínání a zapínání transkripce hodinových genů vliv světla periferní oscilátory v každé b. jsou synchronizovány SCN, ale taky vliv rytmických změn v okolním prostředí např. GIT bb. příjem potravy

43 CIRKADIÁNNÍ RYTMY hlavní rytmus spánku/bdění, podle toho se mění i psychická a fyzická výkonnost ráno: vzestup TT, peak ACTH a kortisolu zvýšená aktivita přes den, snížení melatoninu večer: pokles TT vazodilatace v akrech, TT je nejnižší kolem biol. půlnoci, nejnižší hladina kortisolu nízká aktivita, peak melatoninu - spánek

44 CIRKADIÁNNÍ RYTMY jet-lag potíže způsobené časovým posunem při létání (poruchy spánku, únava, GIT potíže, bolesti hlavy): 1. let na západ zpoždění fáze rytmů, cyklus >24h, světelná fáze se prodlouží 2. let na východ předbíhání fáze rytmů, cyklus <24h, tmavá fáze se zkrátí, přizpůsobení trvá delší dobu práce na směny zimní období málo světla depresivní nálada, vliv na psychiku a metabolizmus serotoninu v CNS intenzivní osvětlení melatonin při zvládání jet-lagu, u nevidomých, při insomniích ve starším věku

45 Děkuji za pozornost