3. Najprostsze schematy przepływu informacji.

Tu są tylko kawałki z innych wykładów, na razie nie ma notatek uporządkowanych.

Co możemy powiedzieć o działaniu mózgu bez wnikania w szczegóły jego budowy?
Najpierw trochę ogólnych informacji o jego budowie.
Niektóre nazwy mają łacińskie (od cerebrum) lub greckie (od encephalon) rdzenie.

Co zwiększa szanse przeżycia organizmu?

1. Sprawny system regulujący jego podstawowe funkcje metaboliczne.
2. Szybkie reakcje na zagrożenia, wyspecjalizowane zmysły.
3. Możliwość planowania, pamięć i orientacja, rozumienie związków przyczynowo-skutkowych.

Konieczność istnienia funkcji należących do tych trzech kategorii zauważył już Arystoteles, określając je mianem dusza wegetatywna, zwierzęca i rozumna.
Ewolucyjnie tak właśnie rozwijały się organizmy i ich mózgi.

Pień mózgu odpowiedzialny jest za regulację podstawowych funkcji organizmu: oddychanie, pracę serca, regulację ciśnienia krwi, temperatury organizmu, metabolizmu, odruchowe reakcje oka, reakcje kaszlu, integrację bodźców ruchowych i czuciowych, poziomu przytomności (twór siatkowaty), współprace z układem hormonalnym (przysadka mózgowa).

Układ limbiczny jest w większości pomiędzy pniem mózgu i podwzgórzem a korą nową, zalicza się do niego również korę zakrętu obręczy.
Kontroluje emocje i motywacje, popędy organizmu (instynktowne czynniki wpływające na zachowanie), pamięć ruchów, konsolidację pamięci.

Podział ogólny struktur mózgu: Przodomózgowie obejmuje większą część mózgu: kresomózgowie międzymózgowie, śródmózgowie i tyłomózgowie z rdzeniem przedłużonym. Ten podział jest rzadko używany jest w pracach medycznych czy neurofizjologicznych.
Kora mózgu, ośrodki podkorowe i pień mózgu. Kora nowa, neocortex (lub isocortex), ewolucyjnie najmłodsza, ma 6 warstw neuronów i leży na powierzchni mózgu. Kora stara, archicortex, ma tylko 3 warstwy neuronów, znajduje się w strukturach układu limbicznego (rąbkowego), układzie węchowym i hipokampie. Pień mózgu ma skupiska neuronów, którym w większości nie da się przypisać struktury warstwowej. Im starsze struktury tym są głębiej.
Cztery płaty kory mózgu: czołowy, ciemieniowy, potyliczny, skroniowy. W części przyśrodkowej jest kora zakrętu obręczy, a w dole bocznym mózgu, pod płatem skroniowym mamy korę wyspy; są to de facto dodatkowe płaty kory. Móżdżek - kontrola i koordynacja ruchów.

Najprostsze teorie działania mózgu:

• 2 półkule - lateralizacja funkcji.
• 3 struktury - spojrzenie ewolucyjne.
• Płeć mózgu: różnice męskie-żeńskie, ying-yang.
• Biochemia: równowaga hamowania i pobudzania.
• Podejście socjobiologiczne.

Nieco bardziej złożone teorie:

• 4 płaty lub 5 płatów: ogólne funkcje.
• 10 struktur (8 półpłatów+układ limbiczny+pień mózgu).
• Model cybernetyczny: definiuje moduły przetwarzające informację i ich współdziałanie, podejście systemowe.

Cybernetyka jest nauką o systemach sterowania, przetwarzaniu i przekazywaniu informacji w takich systemach. Można ją więc stosować zarówno do opisu zjawisk na poziomie przepływu informacji w mózgu jak i zjawisk społecznych (socjocybernetyka,
Cybernetyczne podejście wykorzystywane jest do kontrolowania ekonomii jako przepływu materiałów i środków finansowych; oparty na cybernetyce projekt Cybersyn w Chile służył kontroli całej gospodarki.

Znacznie bardziej złożone teorie wymagają omówienia szczegółowej roli różnych obszarów mózgu, warstwowej (laminarna) budowy kory, neurodynamiki badającej stany kolektywne dużych grup neuronów.
Szczegółowe modele symulacyjne omawiam na wykładzie Modelowanie Funkcji Mózgu.

Proste podejścia pozwalają zrozumieć działanie mózgu koncepcyjnie, są więc w tym sensie "lepsze" niż teorie zaawansowane, które dostarczają szczegółowych odpowiedzi ale nie ogólnych koncepcji.

Jak złożone są mózgi różnych zwierząt?
Liczba neuronów jest tylko jedną z miar tej złożoności, liczba synaps jest lepszą, ale trudno o dobre dane.
Najprostszy układ nerwowy ma robak C. elegans, tylko 302 neurony, znana jest dokładna struktura.

To są dane szacunkowe z pracy G. Rotha, U. Dicke, Evolution of the brain and intelligence. Trends in Cognitive Sciences 9(5), 250-257, 2005, doi:10.1016/j.tics.2005.03.005
Oceny z innych prac różnią się dość mocno, np. żaba wg tych ocen ma 16 mln neuronów, a raczej ma mniej niż mysz ...
Pokazuje to trudności w liczeniu neuronów, ale względne relacje nie powinny się zmienić, delfiny i szympansy mają podobną liczbę neuronów, psy mniej od kotów (bardziej skomplikowane ruchy), a pszczoły 10 razy więcej niż muchy.
85% komórek mózgu to komórki glejowe, a nie neurony!

Półkule mózgu rozdzielone są cienkim sierpem mózgu (flax cerebri), który stanowi przedłużenie opony twardej (po wyschnięciu wygląda to jak kość).
U ssaków łożyskowych (czyli wszystkich poza stekowcami i torbaczami) łączy je spoidło wielkie, wiązka około ćwierć miliona aksonów łączących homologiczne obszary w lewej i prawej półkuli. To właśnie tędy przepływa najwięcej informacji w mózgu.
Co się stanie gdy ten przepływ zostanie zatrzymany? Co się stanie gdy w jednej z półkul zniszczona zostanie lokalnie kora?

Pierwsze informacje o lateralizacji funkcji mózgu podał Paul Broka, w 1861 roku; historia i wątpliwości dotyczące tego doniesienia opisana jest w książce Draaisma (2009).

Uszkodzenia lewej półkuli powodują trudności z mówieniem, pisaniem, czytaniem, matematyką.
U ptaków tylko uszkodzenia lewej półkuli upośledzają śpiewanie, prawdopodobnie jest to więc specjalizacja ewolucyjnie bardzo stara.
Już u australopiteków i neandertalczyków dominowała praworęczność.
Uszkodzenia prawej półkuli powodują trudności z rozpoznawaniem struktur geometrycznych, twarzy, trudności z rysowaniem, percepcją muzyki.

Wiedza popularna:
Dominacja prawej półkuli - artyści, humaniści; lewa - naukowcy, umysły ścisłe.
Prawa półkula - wschodni mistycyzm, lewa półkula - zachodni racjonalizm (R. Ornstein).

Padaczka "grand mal" wymagała w latach 1950 i 60 przecięcia spoidła wielkiego - 200 milionów nerwów.
Jak to wpływa na zachowanie? Każda półkula działa niezależnie.
Ale ... są to osoby chore, z uszkodzeniem mózgu, spoidło przednie i spoidło hipokampa zwykle u nich zostaje, więc jest słaby przepływ informacji.

Budowa ciała i mózgu jest lekko asymetryczna.
Asymetria budowy widoczna jest już na etapie płodowym, dotyczy rozkładu materii białej i szarej, różnic w stężeniu dopaminy i noradrenaliny, budowie cytoarchitektonicznej.
Szczegóły tych różnic nie są tu dla nas istotne.
Mowa głównie zlokalizowana w prawej półkuli występuje u 4% praworęcznych.
U leworęcznych jest to 15%, a dodatkowo u 15% obie półkule analizują i tworzą mowę w jednakowym stopniu.
Mowa docierająca do prawego ucha jest nieco lepiej rozumiana, gdyż trafia z większą precyzją do lewej półkuli.
Asymetria mniej widoczna jest u kobiet.

Rozpoznawanie złożonych kształtów jest trochę lepsze w prawym polu widzenia (sygnał dociera do lewej półkuli).
Funkcje wzrokowo-przestrzenne są u niektórych małp w lewej półkuli.
Preferencje ssaków (prawdopodobnie i gadów oraz ryb) do obracania się w jednym kierunku są wynikiem różnic poziomu dopaminy w lewym i prawym prążkowiu. To wystarczy by powstały niesymetryczne skurcze mięśni.

Szlaki nerwowe prowadzące od narządów zmysłów do obszarów przetwarzających.

Skrzyżowane szlaki nerwowe dla bodźców dotykowych i sterowania motorycznego.	Bodźce słuchowe. Dźwięki z lewego ucha analizowane są w prawej półkuli i odwrotnie.
Bodźce wzrokowe. Lewe pole wzrokowe analizowane jest w prawej półkuli i odwrotnie. Specjalne okulary skierowują obraz tylko do prawej i lewej półkuli.	Bodźce węchowe nie przechodzą przez skrzyżowane szlaki - być może prawdziwe jest wyjaśnienie ewolucyjne. Opuszka węchowa powstałą z najbardziej wysuniętego do przodu zwoju nerwowego.

Eksperymenty prowadzone przez Rogera Sperry (Nobel 1981), i Michela Gazzaniga, obserwacje do tej pory, niewiele jest takich osób.
Usunięcie całej półkuli mózgu w dzieciństwie może nie zostawić łatwo zauważalnych skutków (ale pewne upośledzenie funkcji, w których specjalizuje się dana półkula zostaje).

Komisurotomia - przecięcie spoidła wielkiego.

W prawym polu widzenia obiekt jest rozpoznawany i identyfikowany.	W lewym polu widzenia pacjent nie potrafi nic powiedzieć, ale potrafi wybrać odpowiedni przedmiot.

Dwuczęściowe słowo, np. "HAT|BAND", przepaska na czoło.
Lewe oko widzi w lewym polu widzenia HAT, a prawe BAND, odczytywane.
Jaki "band"? Może "rubber band, jazz band".
Lewą ręką trzymaną wewnątrz pudełka pacjent pisze HAT, ale nie wie, co napisał!

Czy świadomość jest tylko w lewej półkuli? Przynajmniej werbalna narracja.

Szkicowanie obiektów:

Kopiowanie rysunku oglądanego przez prawą półkulę - tylko ogólny zarys; lewą półkulę - tylko szczegóły.
Skupienie się na literach D powoduje aktywację lewej półkuli; na kształcie L - prawej. Prawa półkula dostrzega las (niska zdolność rozdzielcza), lewa drzewa (wysoka zdolność rozdzielcza).

Test na działanie prawej półkuli

Test na działanie lewej półkuli

Gazzaniga (1970): płonący budynek pokazany w lewym polu widzenia wywołuje wzburzenie.
Racjonalizacja sytuacji - oskarżenie jednego z badaczy o wywołanie zdenerwowania.
Podobne doświadczenia z rozśmieszaniem, chociaż pacjent twierdzi, że nic nie widział.
Racjonalna, lewa półkula obserwując reakcje emocjonalne organizmu tworzy konfabulacje, ciągłość narracji wewnętrznej.
Gazzaniga wnioskuje "interpreter" w dominującej półkuli mózgu.

Konflikt "bimanualny" między półkulami: prawa ręka walczy z lewą!
Przypadek chłopca po operacji z niewielkimi zdolnościami mowy w prawej półkuli: znaczna integracja odpowiedzi, ale prawa półkula ocenia bardziej krytycznie, może mieć własne ambicje.

Ilustracja badań nad rozczepionym mózgiem, w technologi Flash.

Wniosek: świadomość jest wynikiem procesu dyskryminacji ciągłych stanów (reprezentacji) pamięci roboczej, komentarzem wewnętrznym stanu mózgu.
Prawidłowe odpowiedzi w eksperymentach wymagających integracji informacji.
Rozczepienie mózgu nie jest całkowite, pewna integracja nadal możliwa (np. oceny wymagające kategoryzacji).
Osoby już przed operacją nie miały całkiem normalnych mózgów ...

Przewaga lewej półkuli: zadania werbalne, prawej: wzrokowo-przestrzenne, analiza treści emocjonalnych.
Prawa półkula kojarzy przedmioty związane z oglądanym.
Rozpoznaje sens prostych słów, zwłaszcza emocjonalnych, np. przekleństw, obscenicznych.
Uszkodzenia lewej półkuli - afazje; prawej - aprozodie.
Aprozodia to zanik zdolności do rozumienia i generacji treści emocjonalnych wypowiedzi słownych, np. złości czy gniewu, monotonna mowa.

Złożone czynności wymagają kooperacji obu półkul.
Prawa półkula - subtelne analizy znaczenia, metafor, humoru, antycypacji, morału ...

Uszkodzenia lewej półkuli - depresja, poczucie winy, zamartwianie przyszłością.
Uszkodzenia prawej - optymizm, bagatelizowanie choroby, zadowolenie z siebie.
Prawa półkula bardziej zaangażowana w analizy stanów emocjonalnych.
Słowo "uśmiechnij się" pokazane lewej półkuli wywołuje uśmiech, prawej nigdy.

Uszkodzenia tylnej części płatu ciemieniowego prawej półkuli powodują jednostronne pomijanie ( zespół nieuwagi stronnej), lewa strona pola widzenia znika, nie można jej sobie wyobrazić!
Uszkodzenia płata skroniowego blisko potylicznego powodują prozopagnozję, niezdolność do rozpoznawania twarzy.
Prawa półkula dominuje w testach geometrycznych, oceny położenia czy głębi, zniekształconych kształtów lub dźwięków mowy.

Prawa półkula jest lepiej zintegrowana z układem emocji.
Filmy czy obrazy widziane lewym okiem wydają się mniej przyjemne, wrogie, niesmaczne.
Lewa półkula tłumi stany lekowe wywołane przez aktywność półkuli prawej.
W snach prawa półkula dochodzi do głosu, ale trudno to zwerbalizować.
Odkrycia we śnie, np. pierścieniowej struktury benzenu przez Kekulego (prawdopodobnie anegdotycznej): być może we śnie możliwe jest rozpoznawanie struktur.
We śnie istnieje czasem obserwator - czy jest to część lewej półkuli, "komentator" Gazzanigi?

Przepływ informacji wewnątrz mózgu nie jest doskonały i nie zawsze umożliwia jednoznaczną identyfikację stanów mózgu.
Niepokój emocjonalny to ignorowanie prawej półkuli, która postrzega, że "coś jest nie tak", ale nie wiemy co.
Zwykle chodzi o skupienie na czymś uwagi, uświadomienie sobie i zwerbalizowanie problemu.
Jeśli niepokój nie znika może dojść do nerwicy.
Aktywność intelektualna, skupienie się na jakimś problemie lub koncentracja na powtarzanych słwoach, tymczasowo może odwrócić uwagę i obniżyć poziom depresji.

Co oznacza powiedzenie "To jeszcze do mnie nie dotarło"? Zrozumienie tylko lewostronne, intelektualne? Dopiero integracja informacji z emocjonalną stroną daje wrażenie, że się zrozumiało w pełni.
Prawa półkula dokonuje ogólnej analizy w emocjonalnym kontekście, a lewa próbuje dociec o co chodzi prawej półkuli.
Teoretyzowanie prowadzi do konfabulacji i racjonalizacji, a nie odkrywania prawdy, dlatego psychoanaliza nie może być efektywna, lub ściślej, może być równie efektywna jak każde magiczne działanie, które może doprowadzić do silnego pobudzenia emocji, zwiększając neuroplastyczność mózgu.
"Interpretator" w lewej półkuli usiłuje stworzyć racjonalny model zachowania, ale taki model zawsze jest konfabulacją, nie istnieje jednoznaczna interpretacja, stany mózgu nie są w pełni werbalizowalne!

Czemu tak postąpiłeś? Sam się siebie pytam. Nie wiem, podkusiło mnie jakieś licho, to było silniejsze ode mnie.
Jak to należy rozumieć? Mój mózg "mnie" do tego zmusił, "ja" taki nie jestem.
"Ja" jest tu modelem, wyobrażeniem o sobie, które nie do końca zgadza się z działaniami mózgu.
Dopóki myślimy, że to "ja" mam mózg, a nie mózg ma mnie, takie paradoksy pozostaną.

Czy można w pełni zintegrować swój model "ja", poznając "siebie"?
Co to oznacza? Trening umysłu (mózgu), by reagował on tak, jak chcemy, np. zbliżał się do ideału.
Integracja osobowości wokół jakiegoś ideału czy symbolu jest celem wielu tradycji duchowych, chociaż zwykle wyrażanym w bardzo zawoalowany sposób; wyrastająca stąd terapia Big Mind jest chyba najbliższa jawnego zrozumienia procesu integracji, ale nie ma badań naukowych oceniających jej skuteczność.
Psychoterapia też może dążyć do integracji, np. proces indywiduacji, scalania jaźni, opisany przez Junga, który sądził, że alchemia zajmowała się takim symbolicznym procesem przemiany osobowości.
Umysł stawiający sobie cele duchowe pokazuje swoją autonomię, porównując się do jakiegoś ideału stara się zmienić przez trening mentalny powstające w mózgu odczucia, w pełni je zintegrować ze swoimi wyobrażeniami i celami.

Mózg ma ograniczone zasoby energii, procesy analityczne konkurują ze sobą wewnątrz mózgu.

Przykład: eksperyment ze znikającym kotem. Jednym okiem obserwujemy kota, drugie widzi jednolicie oświetloną powierzchnię ściany w lustrze.
Poruszamy ręką tak, by ja zobaczyć na jednolitym tle. Kot częściowo znika: uwaga, a więc moc mózgu poświęcona przetwarzaniu bodźców, skupia się nad sygnałami dochodzącymi z jednego oka.

Szybka, całościowa analiza wstępna, to intuicyjna aktywność prawej półkuli.
Żałowanie po fakcie to wynik ignorowania lewej. "Tak mi się wydawało".
"Podoba mi się, choć nie wiem dlaczego", to obserwacja zbyt złożona do analizy logicznej.
Dialog wewnętrzny umożliwia analizę i ocenę spontanicznego działania.
"Głęboko w sobie" (popularne w piosenkach "deep within you"), tzn w prawej półkuli, w którą trzeba się "wsłuchać"?
Drobne pomyłki, głupie uwagi, irytujące odczucia ... mogą być wynikiem powolnej współpracy między półkulami.
Usiłujemy tworzyć racjonalizacje wszystkiego, co wykorzystują specjaliści od reklamy.

Eksperyment: interferencja czynności: balansowanie kijem na wskazującym palcu (Kinsbourne and Cook, 1971).
Praworęczni milcząc dłużej balansują prawą niż lewą ręką.
Jeśli w czasie balansowania jednocześnie mówimy jest odwrotnie, mówienie wpływa na balansowanie prawą ręką silniej niż na lewą.
Korzyści ewolucyjne: oddzielenie mowy i obserwacji, minimalizacja interferencji.

Testy stronności mózgu: oczu, nóg, rąk.
Wielu ludzi (ponad 20%) często myli lewą i prawą stronę.
Prawdopodobny mechanizm opiera się na integracji informacji przestrzennej z kory ciemieniowej i sensu pojęć "lewy", "prawy" zakodowanego w korze skroniowej; jest to więc rodzaj anomii wynikającej z zaburzeń pracy lewego zakrętu kątowego.
Wynika to z neuroobrazowania pacjentów, którzy mają trudności z określeniem stron, pokazano też (Hirnstein i inn 2011), że zastosowanie stymulacji polem magnetycznym powoduje błędy w odróżnianiu lewego do prawego.

Specjalizacja półkul - obserwacje:
Nie ma transferu umiejętności jednej ręki do drugiej, wysiłek by nauczyć się pisać lewą ręką jest wyższy niż prawą u praworęcznych.
Myślenie werbalne, mówienie, przeszkadza w działaniach motorycznych, gimnastyce i muzyce, zwłaszcza jeśli jednocześnie czyta się nuty. Dotyczy to czynności, które wymagają planowania, a nie takich, które są automatyczne, grając setny raz utwór z pamięci może być trudno odgonić myśli pojawiające się w tle.
Plastyczność mózgu pozwala prawej półkuli przejąć część funkcji mowy.

W normalnym mózgu nie ma prostego podziału na specjalizację w zakresie mowy i niewerbalnych analiz wzrokowo-przestrzennych. Jak więc interpretować wyniki doświadczeń?
Asymetria z punktu widzenia działania: lewa półkula - analityczna, prawa holistyczne? Jak to określić?
Analiza częstości przestrzennych sygnału - prawa półkula reaguje lepiej na rozmyte, niskie częstości przestrzenne/czasowe, lewa lepiej precyzyjne sygnały.
Prawa ma niewyraźne wyobrażenie całości; lewa skupiania się na ważnych (emocjonalnie) szczegółach.
Optymalne wykonanie złożonej funkcji wymaga współdziałania obu półkul - dwa sprzężone układy stanowią całość.

Dlaczego dochodzi do specjalizacji? Na poziomie neuronalnym naturalne rytmy w prawej i lewej półkuli są odmienne, co zaobserwowano łącząc EEG i fMRI.
Lewa półkula wykazuje spontaniczne oscylacje w paśmie gamma, dopasowana jest do analizy fonemów.
Prawa półkula oscyluje znacznie wolniej, w paśmie teta, analizując informacje związane z prozodią (Giraud 2007).
Lewa półkula przechowując reprezentacje fonologiczne, może bardziej precyzyjnie kojarzyć symbole, prawa może za to znaleźć "intuicyjnie" bardziej odległe skojarzenia.

Wiele osób interpretuje zachowanie innych ludzi odwołując się do podziału na dwie półkule.
Dychotomania daje pozory zrozumienia, ale i tak lepsze to niż tłumaczenia psychoanalityków ...
Coś mnie podkusiło i zrobiłem głupio? To tylko Twoja prawa półkula ze swoimi własnymi celami, których nasze "ja", wewnętrzna teoria "siebie", nie akceptuje.
Narracyjna, logiczna historia naszego życia po prostu nie istnieje, bo nie wszystko da się zwerbalizować.

Teoria 4 fluidów, czyli "humorów" Hipokratesa (~ 460-377 pne.), była do XIX wieku podstawą medycyny europejskiej i arabskiej.
Krew, flegma, żółć, czarna żółć, w miały być w równowadze od której zależał temperament człowieka.

sangwiniczny (sanquis - krew): pogodny, zabawny, towarzyski, gadatliwy; choleryczny (od chole - żółć), czyli porywczy, energiczny, skłonny do przewodzenia; melancholiczny (od melas chole - czarna żółć): uczuciowy, wrażliwy, depresyjny. flegmatyczny (od phlegma - śluz): powolny, zrównoważony, obserwator;

Humory wiązały się z porami roku, pierwiastkami i organami ciała, czyli z sensem wszystkiego:

Współcześnie 4 humory można powiązać z psychologiczną teorią osobowości opartą na kwestionariuszu Myersa-Briggsa, uwzględniającą 4 cechy, nazywane wymiarami:

• Ekstrawersja/Introwersja, czyli nastawienie na zewnątrz lub do wewnątrz (dynamika wewnętrzna czy sterowana z zewnątrz).
• Poznanie szczegółowe, przez badanie czy poznanie intuicyjne (preferencje lewej i prawej półkuli, percepcjonista/intuicjonista).
• Myślenie/Odczuwanie, logika i przekonania, czy subiektywne reakcje emocjonalne w podejmowaniu decyzji (myśliciel/uczuciowiec).
• Osądzanie i planowanie czy obserwacja i elastyczne reakcje.

Dla 4 preferencji jest 16 możliwych kombinacji, więc można określić 16 typów osobowości oznaczanych kodami literowymi, np. trzy najpopularniejsze typy osobowości to:

• ISFJ (Introwertyk Percepcjonista Uczuciowiec Sędzia) to 13.8% populacji USA,
• ESFJ (Ekstrawertyk Percepcjonista Uczuciowiec Sędzia) to 12.3%, a
• ISTJ, Introwertyk Percepcjonista Myśliciel Sędzia to 11.6% populacji USA.

Podstawą działania mózgu są jednak procesy biochemiczne, warto więc rozpatrywać mózg na poziomie molekularnym.
Można wyróżnić podsystemy oparte na różnych neuroprzekaźnikach, niektóre z nich są też hormonami: równowaga ich działania odpowiedzialna jest za homeostazę.
Mamy dwa autonomiczne układy nerwowe, sterujące funkcjami wegetatywnymi: układ współczulny (pobudzający, w którym działa adrenalina i dopamina), i układ przywspółczulny (hamujący, głównie acetylocholina, która może też działać w niektórych obszarach mózgu pobudzająco).
Mamy dwa podsystemy mózgu, w których dominuje dopamina i acetylocholina, przesyłana przez długie aksony (projekcje) do poszczególnych obszarów móżgu:

• emocjonalny, gdzie dominują niespecyficzne projekcje dopaminergiczne,
• racjonalny, gdzie mamy niespecyficzne projekcje cholinergiczne.

Dopamina przyczepia się do wybranych (swoistych) receptorów w błonie neuronu. Jej rola zależna jest od miejsca działania: w układzie pozapiramidowym (jądra podstawy mózgu, istota czarna, 22) dopamina odpowiada za napęd ruchowy, koordynację oraz napięcie mięśni (niedobór powoduje chorobę Parkinsona, wahania poziomu zespołu Tourette'a); W układzie limbicznym odpowiada za procesy emocjonalne i mechanizm nagrody; w podwzgórzu (40) reguluje wydzielanie hormonów, a szczególnie prolaktyny (związanej z laktacją); dopamina w jądrze półleżącym (14) wywołuje poczuciem euforii, stąd gra rolę w uzależnieniach (np. kokaina stymuluje wydzielanie dopaminy). Dopamina uwalniana jest w kilku jądrach: miejscu sinawym pnia mózgu (48), istocie czarnej śródmózgowia (22), brzusznym polu nakrywki (33), podwzgórzu (40), jądrze półleżącym (14).

Acetylocholina jest najważniejszym neuromodulatorem w obwodowym układzie nerwowym, przyczepia się do receptorów nikotynowych lub muskarynowych. Acetylocholina powoduje: rozszerzenie naczyń krwionośnych skurcze mięśni gładkich oskrzeli, jelit i pęcherza moczowego zwężenie źrenicy zwiększenie wydzielania gruczołów skurcz mięśni prążkowanych (receptory nikotynowe) obniża ciśnienie krwi zwalnia częstość akcji serca zmniejsza siłę skurczu mięśnia sercowego W CUN działa jako neuromodulator, pobudzająco, w procesach konsolidacji pamięci, regulacji cykli snu, inicjacji snu REM. Uwalniana jest w: nakrywce pnia mózgu, w jądrze konarowo-mostowym nakrywki (35); jądrze podstawnym Meynerta (27) jądrze przyśrodkowym przegrody (16).

Osobowość jest wynikiem temperamentu, nieświadomych automatycznych reakcji uwarunkowanych genetycznie, oraz charakteru, określonego przez środowisko, świadomych reakcji.
Temperament i Cechy Osobowości w/g kwestionariusza Cloningera: 4 wymiary opisujące temperament i 3 cechy charakteru.

Poszukanie Nowości (PN), aktywna reakcja, dopamina. Unikanie Szkody (US), hamowanie działań szkodliwych, serotonina. Uzależnienie od nagrody (UN), podtrzymywanie działań przyjemnych, noradrenalina. Wytrwałość (WY), samodzielne podtrzymywanie podjętych działań. Samokierowanie (SD), celowość i pewność. Współpraca (CO), tolerancja, skłonność do pomagania. Przekraczanie siebie (ST), autotranscendencja, duchowość.

4 humorom odpowiadają więc 4 inne substancje, 4 neurotransmitery, acetylocholina, dopamina, serotonina i noradrenalina.

Inne modele osobowości również opierają się na podobnych cechach.
Najlepsze uzasadnienie neurobiologiczne (por. prace Colin G. DeYoung) ma obecnie model "wielkiej piątki" (Big Five), uwzględniający pięć czynników definiujących osobowość.
Są to biologicznie uwarunkowane czynniki mające istotne znaczenie przystosowawcze, w znacznym stopniu dziedziczne, niezmienne i uniwersalne (niezależne od płci, rasy, czy kultury).
Pięć wymiarów osobowości (nie są one całkiem niezależnymi czynnikami):

• Ekstrawersja-introwersja, intensywność, energia interakcji społecznych, czerpanie z tego pozytywnych emocji, w przeciwieństwie do zamknięcia się w sobie, ostrożności i nieśmiałości.
• Nastawienie ugodowe-antagonistyczne, współczujące i przyjacielskie, zamiast antagonistycznego i podejrzliwego.
• Sumienność i zorganizowanie, wytrwałość, planowanie, vs niedbałości, spontaniczności "jakoś będzie".
• Neurotyczność, niezrównoważenie emocjonalne, częsta ekspresja negatywnych emocji (gniewu, strachu, poczucia winy), silny stres w odróżnieniu od stabilności emocjonalnej, poczucia bezpieczeństwa i zaufania.
• Otwartość na nowe doświadczenia, przygody, ciekawość, chęć zmian vs. ostrożność i konserwatyzm.

Oceny osobowości różnych ludzi zwykle uwzględniają te 5 wymiarów, ale oceny polityków tylko dwa: czy są energetyczni i godni zaufania (Politicians' uniquely simple personalities, Nature, February 6, 1997).

Zdrowie psychiczne to kwestia delikatnej równowagi ...
Na osobowość może wpłynąć zmiana ukrwienia mózgu, np, mikroudar, który spowoduje brak dopływu krwi do jakichś struktur, lub znacznie silniej przeszczep serca, które będzie w inny sposób zasilać mózg.
Mogą też na nią wpłynąć zmiany w biochemii organizmu, np. usunięcie pęcherzyka żółciowego. Wszelkie zmiany w organizmie jak i zmiany środowiskowe mogą wpłynąć na zmiany funkcjonalnych relacji pomiędzy różnymi obszarami mózgu, a to wpływa na osobowość.
Można w ten sposób zrozumieć wiele ogólnych skłonności, form zachowania, ale czy to zrozumienie poprawne lub jedyne?

Każdy fakt ma proste wyjaśnienie, niestety zwykle błędne ...
Przykład: psychoanaliza. Brak możliwości weryfikacji, więc wyjaśnia wszystko i nic - pseudonauka, zwykle pomocna nie bardziej niż wieczór przy piwie w pubie.
A jednak psychoterapia (również psychoanaliza) może wywoływać pozytywne skutki, jeśli tylko człowiek pragnie się zmienić i silnie się pobudzi emocjonalnie, nieważne czy z prawdziwych czy czysto wyimaginowanych powodów, stwarza to szansę zmiany. p>

Kora nowa (łać. cortex = kora, neocortex) jest odpowiedzialna za wyższe czynności poznawcze.
Zawiera ponad 8 mld neuronów, chociaż są duże rozbieżności w ocenie tej liczby.
Ma grubość od 1.5 mm (kora wzrokowa) do 4.5 mm (kora ruchowa), w pionowym przekroju ok. 50-100 neuronów.
Powierzchnia kory wynosi ok. 0.2 m² (niektóre oceny nawet 1.5 m²), widoczna tylko 1/3 na powierzchni bocznej, pozostała część kory jest na powierzchni przyśrodkowej i podstawnej.
Kora ma wymiar fraktalny ok. 2.8, jest więc mocno pofałdowana.
Są 3 typy kory:

• Izokora, filogenetycznie młoda, ma 6 warstw (większość kory).
• Allokora - paleokora (np. kora węchowa) i archeokora (np. kora hipokampa), stara, 3 warstwy.
• Mezokora - kora pośrednia (np. w zakręcie obręczy, okolicach hipokampa), warstwy 2,3,4 zlewają się w jedną warstwę.

Zróżnicowane neurony: głównie są to neurony wstawkowe (interneurony, krótkie aksony) i neurony projekcyjne (długie aksony), takie jak neurony piramidalne.
Modularna budowa:

• Budowa laminarna: 3 lub 6 warstw o specyficznej organizacji.
• Minikolumny mają zwykle 80-120 neuronów, dwa razy tyle w korze wzrokowej.
• Kolumny korowe mają rzędu 10-100 tysięcy neuronów, czyli 100-1000 minikolumn.

A. Hofman (1985) uważa, że w minikolumnie jest 108 neuronów a makrokolumna lub moduł ma tyle minikolumn ile jest neuronów projekcyjnych; u człowieka jest ok. 70 minikolumn, czyli ok. 7600 neuronów w module, każdy połączony z ok. 1000 innych, w sumie około 3 mln modułów.
Chociaż liczba elementów jest znacznie mniejsza niż gdy patrzymy na pojedyncze neurony to liczba możliwych stanów wewnątrz tych modułów jest praktycznie nieskończona.

Biała materia, czyli długie aksony: ok. 3 mld, długość sumaryczna 150.000 km, ok. 200 mln przechodzi przez spoidło wielkie.
Szybkość rozchodzenia się sygnałów przez długie aksony: 10 m/sek, czyli w 20 ms informacja może się rozejść po całym mózgu.
Szybkość przewodzenia impulsów różni się w zależności od typu neuronu, najszybciej działają motoneurony alfa (120 m/s), najwolniej niektóre neurony czuciowe (0.5 m/s).
Najwięcej białej materii i najszybsze czasy reakcji mamy około 40 roku życia.

52 cytoarchitektonicznie jednorodne obszary kory nazywają się polami Brodmanna (1909 rok).

Izhikevich i Edelman, PNAS 2008

Kora podzielona jest na dwie półkule, 5 płatów, liczne zakręty i bruzdy.

Filmy (tylko lokalnie!)

• Powierzchnia boczna i podstawna kory, 4 płaty.
• Powierzchnia przyśrodkowa kory, widoczny płat limbiczny.
• Wyspa i wieczko (planum temporale).

Uszkodzenia rozwoju kory prowadzą do ciężkich upośledzeń.
Mity miejskie: pewien matematyk o wysokim IQ prawie nie miał kory (Szkocja). Okazało się to pomyłką.
Drugim źródłem jest doniesienie o obserwacjach J. Lorbera w Science 210 (1980), ale również nie potwierdzone, a zapowiadana praca naukowa nie została nigdy opublikowana.
Szybkie wnioski: bez kory umysł też istnieje! Myśli dusza!
Prawda (smutna?): jest wyraźna korelacja stopnia uszkodzenia kory i upośledzeń poznawczych i ruchowych.
Duża plastyczność kory pozwala przejąć jej pewne funkcje jeśli uszkodzenia nastąpiły we wczesnym okresie rozwoju.

Lokalizacja funkcji: frenologia (kranioskopia), niezwykle popularna w XIX wieku. "Odkryto" 37 obszarów: skłonności do stałości, ostrożności, duchowości, kochliwości, opiekuńczości, zdolności językowych... Franz Joseph Gall i Johann Spurzheim zebrali tysiące obserwacji potwierdzających ich system! Był to pierwszy krok w stronę lokalizacji funkcji i okazuje się, że humor jest nawet niedaleko od podanego przez nich obszaru. Poczatkowo odrzucano "lokalizację ducha", ale frenologia stała się niezwykle popularna i w postaci psychognomiki Bouta spotyka się ją do dziś! Z Chin i Bliskiego Wschodu wywodzi się pokrewna pseudonauka, fizjognomika, odczytująca charakter z kształtu twarzy. Praktykowana była w starożytnej Grecji, i do 16 wieku nauczana w Europie na uniwersytetach. W 1918 r. w Nowym Jorku H.W. Merton oferował oceny cech charakteru kandydatów do pracy na podstawie analizy 16 głównych stref twarzy, podzielonych 1296 części. W czasie II Wojny światowej japończycy korzystali z pomocy fizjonomika do określenia przydatności kandydatów na pilotów.

Frenologia nie ma szans by coś powiedzieć o mózgu, bo jest on dobrze chroniony i jego kształt nie uwidacznia się na powierzchni czaszki. Płyn mózgowo-rdzeniowy mieści się w przestrzeni między oponami i w komorach.

Odległe pobudzenia dochodzące do kory (aferentne): Włókna kojarzeniowe z tej samej półkuli (pęczki, obręcze) Włókna kojarzeniowej przeciwległej półkuli (spoidła) Projekcje z wzgórza. Projekcje z pnia mózgu.
Odległe pobudzenia wychodzące z kory (eferentne): Włókna kojarzeniowe z tej samej półkuli (pęczki, obręcze). Włókna kojarzeniowej przeciwległej półkuli (spoidła). Projekcje sensomotoryczne, skojarzeniowe i limbiczne do prążkowia. Projekcje ruchowe do nerwów czaszkowych, pnia mózgu (droga korowo-mostowa, korowo-siatkowa) i rdzenia.

Przekrój pokazujący włókna (projekcje) w mózgu.

Sterowanie mięśniami twarzy.
Uśmiech spontaniczny i uśmiech sterowany świadomie.
Tylko człowiek zdolny jest do ukrywania uczuć.

Trzy funkcje kory:

• Analiza danych przychodzących ze zmysłów.
• Kontrola ruchów.
• Wyższe czynności psychiczne: planowanie, myślenie, analiza emocji.

Pierwotne obszary zmysłowe (pierwszorzędowe obszary projekcyjne):

• czuciowy (ból, dotyk, wibracje) - płat ciemieniowy, tuż za bruzdą centralną
• wzrokowy - płat potyliczny
• słuchowy - płat skroniowy
• smakowy - płat ciemieniowy, część brzuszna, schowana
• węchowy - płat skroniowy, kora okołomigdałowata i okołosklepieniowa
• przedsionkowy (zmysł równowowagi i orientacji przestrzennej) - płat skroniowy.

Obszary pierwotne => szczegółowa analiza bodźców zmysłowych o określonej modalności.
Do obszarów pierwszorzędowych przylegają wtórne obszary projekcyjno-kojarzeniowe => analiza sensu, całości znaczeniowych bodźców, interpretacja.
Trzeciorzędowe obszary skojarzeniowe => integracja informacji o różnych modalnościach.

Obszary kory są wysoce wyspecjalizowane; mózg nie jest uniwersalnym komputerem!

Podstawowe mechanizmy przetwarzania informacji przez korę

• mapowanie topograficzne;
• kodowanie populacyjne.

Analiza sygnałów: odwzorowanie na powierzchni przy zachowaniu relacji topograficzne i redukcji wymiarowości.

Czy kora jest konieczna do normalnego działania?
Gryzonie pozbawione kory zachowują się prawie normalnie (Merker 2006).
Całkowite bezmózgowie kończy się śmiercią, ale mając hydranencefalię, brak kory można przeżyć (najstarsza osoba zmarła w wieku 32 lat), chociaż większość umiera w pierwszych latach życia.
Co ciekawe, pomimo wielkich problemów rozwojowych takie osoby zachowują się w sposób świadomy, orientują się w środowisku (głównie za pomocą słuchu), okazują emocje, ich zachowanie jest typowe dla ludzi.

Płat ciemieniowy: część górna: czucie dotyku, temperatury, bólu; umiejscowienie wrażeń czuciowych; prawa część dolna: pamięć robocza związana z orientacją przestrzenną, wyobraźnia, układ odniesienia względem swojego ciała konstruowany na podstawie wrażeń wzrokowych; lewa część dolna: modelowanie relacji przestrzennych ruchów palców, rotacja mentalna, ocena szybkości ruchu; pomiędzy i część przyśrodkowa: celowe ruchy; integracja ruchu i wzroku; integracja czucia i wzroku w jeden percept; manipulacja obiektami wymagająca koordynacji i wyobraźni przestrzenno/ruchowej. rozumienie języka symbolicznego, pojęć abstrakcyjnych, geometrycznych. Uszkodzenia płata ciemieniowego: całkowita niepodzielność uwagi; niezdolność do skupiania wzroku na określonym miejscu (apraksja wzrokowa); trudności w orientacji przestrzennej; trudności w integracji wrażeń wzrokowych w jedną całość (symultagnozja); trudności w koordynacji ruchu oczu i rąk; niezdolność do celowego działania wymagającego ruchu (apraksja), problemy w troszczeniu się o siebie; lewy - niezdolność do odróżnienia kierunków, lewa-prawa trudności w liczeniu (dyskalkulia) i matematyce, zarówno algebrze jak i geometrii; niezdolność do nazwania obiektu (anomia); okolice lewego zakrętu kątowego - niezdolność do tworzenia słów pisanych (agrafia, dysgrafia); problemy z czytaniem; prawy - brak świadomości niektórych obszarów przestrzeni i części ciała (jednostronne zaniedbanie); anozagnozja, zaprzeczanie niesprawności; trudności w rysowaniu; trudności w konstruowaniu obiektów; zaburzenia osobowości (zwykle lezje ciemieniowo-skroniowe).

Płat czołowy: działanie część górna - funkcje ruchowe, pierwotna kora ruchowa, kora przedruchowa, dodatkowa kora ruchowa; pamięć wyuczonych działań ruchowych, np. taniec, nawyki, specyficzne schematy zachowań, wyrazy twarzy; lewy płat - obszar Broki (mowa, rozumienie zachowań); pola czołowe oczu (ruch gałek ocznych zależny od woli); część przedczołowa: "zdawanie sobie sprawy"; planowanie i inicjacja działania w odpowiedzi na zdarzenia zewnętrzne; oceny sytuacji; przewidywanie konsekwencji działań - symulacje w modelu świata; konformizm społeczny, takt, wyczucie sytuacji; analiza i kontrola stanów emocjonalnych, ekspresji językowej; uczucia błogostanu (układ nagrody), frustracji, lęku i napięcia; lewy płat - kojarzenie znaczenia i symbolu (słowa), kojarzenie sytuacyjne; pamięć robocza; wola działania, podejmowanie decyzji; relacje czasowe, kontrola sekwencji zdarzeń. część podstawna, kora oczodołowo-czołowa: liczne funkcje Pole 25: dużo serotoniny, gęste połączenia z podwzgórzem, pniem mózgu (regulacja snu i apetytu); ciałem migdałowatym i korą wyspy (lęki, nastroje); hipokampem (pamięć epizodyczna); korą czołową (rola w samo-ocenie). Efekty uszkodzeń płata czołowego: utrata możliwości poruszania częściami ciała; afazja Broki; niezdolność do planowania wykonania sekwencji ruchów przy wykonywaniu czynności; niezdolność do działań spontanicznych; schematyczność myślenia; "zapętlenie", uporczywe nawracanie do jednej myśli; trudności w koncentracji na danym zadaniu; trudności w rozwiązywaniu problemów; niestabilność emocjonalna; zmiany nastroju; nieakceptowalne zachowania społeczne; zachowania agresywne; lewy płat - depresja, prawy - zadowolenie; prawy tylny - trudności w zrozumieniu kawałów i śmiesznych rysunków, preferencje dla niewybrednego humoru; zmiany osobowości.

Literatura

The brain from top to bottom, świetna strona podsumowująca wiele zagadnień.
Atlas mózgu z podziałem na pola Brodmana.

Atlasy i informacje o mózgu z Washington University.

Pola Brodmanna: interaktywna mapa oraz interaktywny atlas i spis funkcji w powiązaniu z polami.
Mark Dubin, Brodmann Areas in the Human Brain with an Emphasis on Vision and Language.
Schemat obszarów kory związanych z językiem i afazjami.
Aktywacje mózgu przy wykonywaniu różnych funkcji (Loyd 2007), mapowane na pola Brodmanna.

1. Anderson M. L., „Evolution of Cognitive Function via Redeployment of Brain Areas”, Neuroscientist 13(1)/2007, ss.1–9;
2. Anderson M. L., „Neural reuse: A fundamental organizational principle of the brain”, Behavioral and Brain Sciences 33/2010, ss. 245–313;
3. Anderson M. L., „The Massive Redeployment Hypothesis and the Functional Topography of the Brain”, Philosophical Psychology 20(2)/2007, ss. 143–174;
4. Budohoska W, Grabowska A, Dwie półkule - jeden mózg, Wiedza Powszechna, Warszawa 1994
5. Draaisma D, Rozstrojone umysły. PIW 2009
6. Duch W. (2010) Architektury kognitywne, czyli jak zbudować sztuczny umysł. W: Neurocybernetyka teoretyczna, Wyd. Uniwersytetu Warszawskiego, Rozdz. 14, pp. 329-361, ed. R. Tadeusiewicz
7. Garey L, Korbinian Brodmann (PDF).
8. Gazzaniga M, O tajemnicach ludzkiego umysłu. Biologiczne korzenie myślenia, emocji, seksualności, języka i inteligencji. Książka i Wiedza 1997
9. Gazzaniga M, The Mind's Past. University of California Press 2000
10. Giraud AL, Endogenous cortical rhythms determine cerebral specialization for speech perception and production. Neuron. 2007 Dec 20;56(6):1127-34.
    Górska T., Grabowska A., Zagrodzka J., red, Mózg a zachowanie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997
11. Hirnstein, M., Bayer, U., Ellison, A. & Hausmann, M. 2011. TMS over the left angular gyrus impairs the ability to discriminate left from right. Neuropsychologia 49(1): 29-33
12. Ingram J, Płonący dom. Odkrywając tajemnice mózgu. Prószyński i Ska, 1997.
13. Lloyd D, What do Brodmann areas do? Or: Scanning the neurocracy, 2007.
14. Mroziak J, Równoważność i asymetria funkcjonalna półkul mózgowych. Uniwersytet Warszawski, Warszawa 1992
15. Salu Y, Mikropsychology.
16. Sporns O, Networks of the brain, 2010 (podsumowanie projektu konektomu).
17. Zilles K, Amunts K, Centenary of Brodmann's map - conception and fate. Nat Rev Neurosci. 11(2): 139-45, 2010.

Prezentacje studentów: Agnieszka Bańkowska, Edyta Ciechowicz
Pola Brodmanna, funkcje i współdziałanie (PPTX)
Neural reuse (PPT)