Paměť, učení Spánek a bdění
MUDr. Barbora Schutová, Ph.D., 3. LF UK v Praze, ÚNPKF
OSNOVA 1. 2. 3. 4.
PAMĚŤ UČENÍ SPÁNEK CIRKADIÁNNÍ RYTMY
PAMĚŤ a UČENÍ z z z z
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
PAMĚŤ A UČENÍ z Neuropsychologie
– studie mozkových lézí z Paul Broca – 1861, lokalizace řeči, postupně lokalizace dalších funkcí z Má i paměť svoji specifickou lokalizaci? z K. Lashley, D. Hebb – 1920-1950 – myšlenka difůzních paměťových systémů z W. Penfield, B. Milner, W. Scoville – 1960 – pacient H.M. – bilatereální resekce mediální části temporálního laloku
PAMĚŤ krátkodobá: s-min, statické vjemy, čísla, písmena, obrázky, zvuky z střednědobá: h-tý, komplexnější vjemy včetně časového průběhu, ovlivňuje chování s delší latencí z dlouhodobá: stabilní – neomezená kapacita, vybavují se různě rychle v závislosti na frekvenci používání, a době uložení z paměťové stopy s vysokou stabilitou: vznikají mnohonásobným opakováním, snadno a okamžitě přístupné – jméno, adresa, zákl. dovednosti z
PAMĚŤ – H.M. z neschopnost
zapamatovat si nové
informace z staré vzpomínky zachovány anterográdní amnézie, částečná retrográdní amnézie
PAMĚŤ – H.M. z IQ
ze 104 na 117 – méně záchvatů z slovní zásoba, řečové schopnosti zachovány z neměl problém udržet pozornost z nebyla porucha vnímání
PAMĚŤ – H.M. z krátkodobá
paměť jenom po dobu smin, dokud se na ně soustředí z není schopen si pamatovat nové informace dlouhodobě → porucha „přepisu“ paměti z krátkodobé do dlouhodobé
PAMĚŤ – H.M. z výjimka
– zachovaná schopnost učit se motorickým dovednostem
KRESLENÍ PODLE ZRCADLA – „MIRROR DRAWING TASK“
pacient H.M.
DEKLARATIVNÍ vs. NEDEKLARATIVNÍ PAMĚŤ z z 1. 2. 3. 4. 5.
2 odlišné paměťové systémy deklarativní (explicitní): závisí na mediálním temporálním laloku vědomá – vybavíme si vzpomínky vzpomínky na události, fakta – paměť pro znalosti sémantická – fakta, pojmy, naučená látka epizodická - události
DEKLARATIVNÍ vs. NEDEKLARATIVNÍ PAMĚŤ z 1. 2. 3. 4. 5.
nedeklarativní (implicitní): nevědomá paměť pro dovednosti – motorické, percepční učení - senzitizace, habituace, podmíněné reflexy fylogeneticky starší – Aplysie, Drosofila okruhy odpovědné za vnímání, analýzu a zpracování daných informací
DEKLARATIVNÍ PAMĚŤ z
z
z
hipokampus, gyrus dentatus, subiculum, entorhinální cortex – hipokampální formace perirhinální a parahipokampální cortex amygdala – není nezbytná, modulační vliv
DEKLARATIVNÍ PAMĚŤ • pravý
hipokampus – info o prostoru
• levý
hipokampus – slova, předměty, lidé
DEKLARATIVNÍ PAMĚŤ z neocortex
– dlouhodobá paměť z multimodální asociační oblasti z sémantická – neexistuje specifická oblast z epizodická – asociační obl. prefrontální kůry z kortikální léze → retrográdní amnézie n. agnózie
DEKLARATIVNÍ PAMĚŤ z 1. 2.
3. 4.
zpracování informací: kódování, ukládání konsolidace – proces reorganizace a stabilizace informací, vzájemné propojení korových oblastí, které nesou informace o urč. události skladování, uchovávaní vybavování
PRACOVNÍ PAMĚŤ z je
nezbytná pro ukládání a vybavování paměťových stop z aktivní udržování informací důležitých pro probíhající chování z dorzální prefrontální kůra z verbální z vizuální z výkonné centrum
PAMĚŤ a UČENÍ z z z z
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
UČENÍ z 1. 2. z 1. 2. z z z z
neasociativní učení: habituace senzitizace asociativní učení: klasické podmiňování operantní podmiňování napodobování hra učení vhledem imprinting
NEASOCIATIVNÍ UČENÍ z z z
z
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
ASOCIATIVNÍ UČENÍ z z
z
z
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
MOLEKULÁRNÍ PODSTATA PAMĚTI a UČENÍ z 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
Jaká je molekulární podstata změn na synapsi? z
z
z
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
Habituace z oslabení
synaptického přenosu –
deprese z krátkodobá – po 1 sérii impulzů, trvá minuty, snížené uvolňování neurotransmiteru z dlouhodobá – po 4 sériích impulzů, trvá 3 týdny, snížení počtu synapsí o 60%
Senzitizace z
z z z
usnadnění synaptického přenosu – facilitace facilitační interneuron - serotonin krátkodobá dlouhodobá
Deklarativní paměť z
z
z z z
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
Hipokampus – prostorová paměť z 1970
– O’Keefe, Dostrovsky – pyramidové bb. hipokampu kódují informace o prostoru – „place cells“, „place fields“, kognitivní mapa z Morris – MWM, farmakologická blokáda NMDA receptorů – zvíře bylo schopno orientovat se v prostoru, ale nepamatovalo si informace o prostoru
Jak se liší krátkodobá paměť od dlouhodobé? z z z
z
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
SPÁNEK z
z
z
do 1945 – spánek je pasivní stav vyvolaný snížením senzorických vstupů do CNS při únavě 1940-1950 – Moruzzi a Magoun – vliv retikulární formace na střídání spánku a bdění 1950 – Kleitman, Aserinski, Dement – REM a non-REM spánek, cyklické střídání
SPÁNEK z
z 1. 2. 3. 4.
aktivně indukovaný a vysoce organizovaný stav mozku s několika fázemi 4 behaviorální kritéria: ↓ motorická aktivita ↓ odpověď na stimulaci stereotypní poloha reverzibilní
HYPNOGRAM a EEG
POLYSOMNOGRAFIE – záznam 3 parametrů nezbytných pro odlišení bdělosti, REM a non-REM: EEG, EMG, EOG
N-REM z4
stádia z nízká nervová aktivita z nízký metabolický obrat z nízká T mozku z zvýšená aktivita parasympatiku z svalový tonus a reflexy zachované z EEG – vysokovoltážní, pomalé vlny
N-REM I z z z z z
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
N-REM II vřeténkový spánek oči bez pohybu mírná tonická aktivita na EMG EEG – spánková vřetena – zvýšení frekvence; Kkomplexy – zvýšení amplitudy z chování: klidný spánek bez motoriky, výrazně snížená reaktivita z vědomí: připomínky denních stereotypů bez emočního náboje z z z z
N-REM III a IV z z z z
spánek s pomalými vlnami nejvyšší práh probuditelnosti EMG – nízký tonus EEG – pomalé vlny s velkou amplitudou - delta
REM z z z z z
z z z
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
SPÁNKOVÝ CYKLUS z z
z z z z
zahájen N-REM I přechod mezi N-REM stádii někdy přerušen pohyby n. částečným probuzením celý cyklus 90-110 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, 1520% N-REM III a IV, 5% N-REM I
ONTOGENEZE SPÁNKU z z z z z z z
z
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
SPÁNEK v MOZKU z z z z
z z
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
VÝZNAM SPÁNKU úspora energie: zvýšený příjem potravy při spánkové deprivaci, pouhý oddych nestačí, snížení BM, lidé s vyšším energetickým obratem mají více delta spánku z kognitivní funkce: zhoršený intelekt po spánkové deprivaci, konsolidace v REM spánku z termoregulace: ochlazování organizmu, zvýšené ztráty tepla na akrech, bb. předního hypothalamu jsou aktivovány teplem z zrání CNS: REM hodně u novorozenců z
CHRONOBIOLOGIE z z 1. 2. 3.
prostorová a časová organizace živých organizmů rytmy - opakování biologických dějů s určitou periodou/frekvencí: ultradiáníí - < 24h, >1/den cirkadiánní – 24h, 1/den infradiánní - > 24h, <1/den
CIRKADIÁNNÍ RYTMY z z
z
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
CIRKADIÁNNÍ RYTMY z z
z
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
CIRKADIÁNNÍ RYTMY z z
z
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
CIRKADIÁNNÍ RYTMY z 1. 2. z z
z
„jet-lag“ – potíže způsobené časovým posunem při létání (poruchy spánku, únava, GIT potíže, bolesti hlavy): let na západ – zpoždění fáze rytmů, cyklus >24h, světelná fáze se prodlouží 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
Děkuji za pozornost
