Enuntati temele principale de întelegere si acceptare pentru studiul neurostiitelor.

Acceptarea) Creierul este sursa solutiilor de viată si a suferintei generate de

adaptare.b) A întelege cum functionează mintea este primul pas spre întelepciune.

Întelegerea) Cunoasterea principalelor structuri si functii nervoase (neuron,

sinapsă, structuri subcorticale, amigdală, celule gliale s.a.b) Cunoasterea metodelor de explorare si a mecanismelor

neurofiziologice care stau la baza experientei noastre constiente (explorare chimică, anatomică, electrică, care este rolul neurotransmitătorilor, impactul acestora asupra activitătii constiente).

1. Enuntati competentele pe care trebuie să le aibă un student după parcurgerea materiei “Introducere in neurostiinte”.

Abilităti de orientare a lecturilor proprii în domenii de interes pentru neurostiinte (se poate lua o decizie informată dacă merită sau nu să aprofundati subiecte).

Abilităti de bază de recunoastere a manifestărilor normale sau patologice ale activitătii cerebrale si mentale (se pot descoperi manifestări mai mult sau mai putine neobisnuite ale creierului – putem gândi în termeni de afectare lezională, impulsivitate sau de tulburare a dispozitiei pe filiera neurotransmitătorilor.

2. Enumerati pasii relevanti în evolutia domeniului neurostiintelor. Evolutia stiintelor abstracte cuprinde o progresie istorică de la stiintele logice

(matematică) la cele fizice sau neînsufletite (fizică, astronomie, chimie) si apoi la cele psihice (biologie, sociologie, psihologie).

Domeniul neurostiintelor este relativ nou, nu mai vechi de deceniul VI al secolului XX. Neurostiintele îsi trag seva din neurologie, discplină medicală numită în secolul al XVII-lea.

Relatia între creier si procesele mentale este încă insuficient înteleasă. Ca un rezultat al progreselor atât neuropsihiatria cât si neurostiintele sunt într-o pozitie de apropiere. Odată cu psihofarmacalogia, psihiatria s-a schimbat iar această schimbare a adus-o înapoi în familia medicinei academice.

Întreg sec XIX a fost o încercare de a găsi o unificare între creier si minte, în special în ce priveste tulburarea mintii. Bolile mintii sunt aduse la nivelul celorlalte boli ale corpului uman – mintea si corpul sunt miscate de aceleasi cauze si sunt subiect ale acelorasi legi.

1

Neurologia si psihiatria pot fi alăturate similar caracterizării pe care a facut-o W. Churchill Statelor Unite si Marii Britanii. Recent a scos la iveală o complexitate uimitoare si celor mai simple sisteme nervoase.

3. Definiti principalele discipline si ramuri care compun domeniul neurostiintelor.

Neurologia – o specialitate medicală care se ocupă cu diagnosticul si tratamentul bolilor sistemului nervos central, periferic si autonom, inclusiv cele care implică celulele gliale si de mielină, vascularizatia sistemului nervos si tesutul efector, adică musculatura.

Psihiatria– o specialitate medicală care se ocupă cu diagnosticul si tratamentul tulburărilor mintale.

Psihologia fiziologică– o ramură a psihologiei care se ocupă de studiul substratelor biologice ale comportamentelor si proceselor mintale.

Neuropsihologia – studiază structura si functile creierului în corelatie cu procese psihologice si comportamentale specific.

Psihologia clinică – presupune studiul si aplicarea principiilor psihologice la întelegerea, prevenirea si tratarea disconfortului si disfunctiei psihologice.

Neurobiologia– este o ramură a biologiei care se ocupă cu studiul structurii, functiei, dezvoltării, originii, evolutiei si taxonomiei sistemelui nervos.

4. Explicati diferentele între curentele din neurostiinte (neurostiinte moleculare, medicale, comportamentale, cognitive, sociale), precum si obiectivele acestora.

Epifenomenalism – afirmă că fenomenele mintale sînt produse de procese fizice, gîndurile, emotiile sau senzatiile fiind într-o oarecare măsură iluzii sau “simptome” ale unei cauze fiziologice (comune) care stă la baza comportamentelor.

Dualismul proprietătii – cu toate că creierul este constituit dintr-un singur fel de substantă, există două proprietăti ale substantei – proprietăti fizice si proprietăti mintale. Proprietătile mentale (cum ar fi credintele sau emotiile) tin de un substrat fizic, influenta fiind reciprocă.

Materialism emergent – atunci cînd materia este organizată în structuri complexe, emerg noi proprietăti care nu pot fi explicate de constituentii de bază. Proprietătii mentale sînt deci un rezultat al complexificării mintii.

Materialism eliminativ – fenomenele mentale pentru care nu există un substrat neuronal dovedit (cum ar fi credintele sau dorinta) nu există – conceptele

2

psihologice experentiale sînt valide atîta timp cît ele pot fi reduse la o explicatie biologică.

Panpsihism – este o formă extremă care afirmă că materia detine un punct de vedere si o formă de inteligentă (există un suflet si o intentie în fiecare părtică a materiei – deci orice are minte chiar dacă noi părem mai “mintosi”)

5. Explicati diferenta între epifenomenalism si dualismul proprietătii în abordarea problematicii creier-minte.

Epifenomenalismul consideră că fenomenele mintale sunt iluzii ale unei cauze fiziologice care stă la baza comportamentelor

Dualismul proprietătii consideră că creierul este constituit dintr-un singur fel de substantă care are 2 proprietăti: fizice si mentale. Cele mentale tin de un substrat fizic influenta fiind reciprocă.

6. Materialismul emergent, eliminativ si panpsihismul în abordarea neurostiintifică. Când materia este organizată în structuri complexe apar (emerg) noi proprietăti.

Proprietătile mentale sunt deci un rezultat al complexificării mintii. Fenomenele mentale pentru care nu există substrat neuronal dovedit cum ar fi

credintele sau dorinta nu există. Psihismul poate fi redus doar la o explicatie biologică.

Panpsihismul consideră că materia detine inteligentă (suflet si intentie).7. Neuronul – consideratii generale.

Neuronii sînt unitătile de bază ale sistemului nervos. Neuronii sînt organizati într-o vastă retea, comunicînd unii cu altii de-a lungul unor fante minuscule numite sinapse.

Neuronul este constituit dintr-un corp neuronal, posedă mai multe dendrite si are o terminatie unică numită axon.

8. Neuronul – functii si conectivitate. Dendritele aduc informatii (prin intermediul curentului electric) centripet. Axonul conduce informatia (electrică si apoi, de cele mai multe ori , prin

intermediul eliberării de neurotransmitători) centrifug. Suma (milisecundă de milisecundă) a semnalelor excitatorii sau inhibitorii primite

de un neuron vor determina dacă acesta va declansa sau nu un semnal ulterior. Declansarea semnalului înseamnă un val electrochimic care străbate rapid axonul,

cu eliberarea de neurotransmitător în sinapsă si cu transmiterea unui semnal inhibitor sau excitator pentru neuronul următor.

Semnalul neuronal este accelerat de prezenta mielinei, o substantă grasă care izolează axonii.

Substanta cenusie a creierului nostru este în mare măsură comusă din corpii neuronali.

Substanta albă este constituită din axoni si celule gliale. Celulele gliale au anumite functii legate de productia de mielină sau de reciclarea

neurotransmitătorilor. 9. Creierul – considerente generale.

Fiecare creier contine 1,1 miliarde de miliarde ce celule, dintre care 100 de miliarde sunt neuroni . În medie, fiecare neuron este conectat cu aproximativ alti 5000 de neuroni prin conexiuni numite sinapse. Creierul este principalul suport al mintii. Activitatea lui este atît de intensă, încît consumă aproximativ 20-25% din

3

totalul oxigenului si glucozei, chiar dacă nu reprezintă decît aproximativ 2 procente din totalul greutătii corpului. Creierul este ca o instalatie care consumă cam aceeasi cantitate de energie indiferent dacă gazda lui doarme adînc sau gîndeste intens. Numărul posibil de combinatii ale celor 100 de miliarde de neuroni activati sau nu este de 10 la puterea milion, sau un 1 urmat de un milion de zerouri. Pentru a avea o perspectivă adecvată, numărul total de atomi din universul observabil este “numai” 10 la puterea 80 .

Creierul functionează ca un sistem unitar. Atribuirea unei functii, cum ar fi atentia, memoria sau emotia, unei singure părti este de obicei o simplificare, chiar dacă are anumite utilităti practice de multe ori. Mintea si creierul sînt cel mai bine întelese ca un sistem unitar, co-dependent, de tipul minte/creier .

10. Creierul în evolutie. Viata a apărut cu aproximativ 3-5 miliarde de ani în urmă. Creaturile

multicelulare au apărut acum aproximativ 650 milioane de ani. Primele vietăti cu un sistem suficient de complex nervos sînt meduzele, apărute cu aproximativ 600 de milioane de ani în urmă. Organismele primitive nu posedă un sistem nervos polarizat (în sensul că nu creier si un sistem nervos periferic)

Pe măsură ce regnul animal a evoluat, “cartierul general” al sistemului nervos s-a concentrat la nivelul creierului. Organizarea sistemului nervos a ajuns să fie, la speciile mai recente, una complexă, care cuprinde sistemul nervos somatic (sistemul nervos central si cel periferic) si sistemul nervos autonom sau vegetativ. Felul în care sistemul nervos a evoluat poate fi văzut, ca progresie, si în interiorul creierului. Paul MacLean (1990)1 a descris trei nivele ale creierului – creierul reptilian, paleomamalian si neomamamlian.

Țesutul cortical recent este complex, relativ lent, conceptualizant (adică operează cu concepte), difuz motivational. Scoarta cerebrală înveleste structurile subcorticale, care sînt simpliste, concrete, rapide si extrem de intens motivationale. Cortexul are o mare influentă asupra restului creierului, modulînd functiile de parenting , comunicare, cooperare si iubire.

Creierul este constituit din două emisfere conectate printr-o punte numită corpul calos. De-a lungul evolutiei noastre, pentru majoritatea oamenilor, emisfera stîngă este responsabilă de procesare secventială si lingvistică iar cea dreapăt de procesare holistică si vizuo-spatială.

Majoirtatea structurilor cerebrale sînt duplicate (existînd una pentru fiecare emisferă). Cu toate acestea, conventional, ne referim la ele ca la o singură structură (de exemplu vorbim de hipocamp sau de amigdală, si nu de hipocampul stîng sau drept).

11. Creierul triunic – considerente generale. Neurologul Paul MacLean a sugerat că nu avem unul, ci trei creiere

interconectate, fiecare reprezentînd un strat distinct evolutionar. Aceste trei creiere operează ca “trei computere biologice interconectae, fiecae dintre ele cu o inteligentă specială, cu o subiectivitate aparte, cu propria senzatie a timpului si spatiului si cu o memorie proprie”. Fiecare dintre aceste trei creiere este conectat la celelalte două, dar operează ca un sistem cerebral cu capacităti distincte.

1

4

Perpectiva lui MacLean asupra creierului a schimbat perceptia ierarhiilor cerebrale – se acceptă astăzi că nu cortexul “conduce” jocul, ci că, de multe ori, sistemul limbic, care coordonează emotiile, poate să scurtcircuiteze si să preia conducerea asupra functiilor mentale superioare. Perpectiva lui MacLean are o oglindire intuitivă în traditiile spirituale (kabala, platonism etc.), care vorbesc despre spirit (minte), suflet si corp ca entităti distincte si cu o “minte” proprie.

Creierul neomamalian (neocortexul) cuprinde întreaga scoartă a celor două emisfere, precum si cîteva grupuri subcorticale. Ceea ce îl diferentiază pe om de alte animale este corelat în principal cu functiile superioare corticale. La om neocortexul ocupă două treimi din totalul masei cerebrale, comparativ cu alte vertebrate, unde mărimea cortexului este mult mai redusă. Mai mult decît atît, un soarece fără cortex poate să aibă un comportament aparent normal, pe cînd un om fără cortex este o legumă.

12. Arhipalium – functii, componentă. Creierul reptilian (arhipalium) – include metencefalul , mezencefalul , globus

pallidus , bulbii olfactivi . La reptile, acest creier este dominant. Acest tip de creier este rigid, compulsiv, ritual si paranoid, repetînd aceleasi miscări la infinit, si niciodată învătînd din greselile trecute. Creierul reptilian controlează musculatura, echilibrul si functiile autonome cum ar fi respiratia să bătăile inimii. Această parte a creierului este tot timpul activă, chiar si în somnul profund.

13. Descrieti localizarea si functia metencefalului, mezencefalului, paleostriatului si a bulbilor olfactivi.

Metencefalul sau creierul posterior cuprinde puntea cerebrală si cerebelul – metencefalul are un rol definitoriu în controlul respiratiei, iar prin cerebel a coordonării miscărilor musculare, a mentinerii posturii si de integrare a informatiei de la urechea internă si de la proprioceptori (receptori ai senzatiilor interne) din muschi si articulatii.

Mezencefalul sau creierul de mijloc este o portiune a sistemului nervos central cuprinsă între puntea cerebrală si diencefal (talamus si hipotalamus). Mexzencefalul este responsabil cu controlul motor, cu regalarea termică si cu controlul motor legat de vedere si auz.

Globus pallidus (sau paleostriatul) este o structură sub-cortical a creierului implicată în reglarea miscărilor voluntare la nivel subconstient. Globus pallidus are în principal o actiune inhibitorie care echilibrează actiunea excitatorie a cerebelului asupra miscării.

Bulbii olfactivi – la majoritatea vertebratelor, bulbii olfactivi sînt cele mai înaintate structuri ale creierului. Anatomia specială a cutiei craniene umane face ca acesti bulbi olfactivi să fie mai degrabă situati pe partea inferioară. Neuronii din bulbul olfactiv primesc informatii de la neuronii receptori olfactivi si transmit prin axoni unor neuroni numiti neuroni mitrali către coretxul olfactiv. De asemenea, bulbul olfactiv primeste aferentatii (fibre nervoase care sînt directionate spre structură) multiple, care determină mai multe functii, printre care discriminarea între mirosuri, potentarea sensibilitătii la detectarea unor mirosuri, filtrarea unor mirosuri specifice si facilitatera unor arii cerebrale superioare de directionare a atentiei pentru a discrimina anumite mirosuri.

14. Creierul paleomamalian – localizare si functii.

5

Creieul paleomamalian (sistemul limbic) – corespunde dezvoltării creierului întîlnit la mamifere. Creierul limbic este responsabil de emotii si de instincte cum ar fi cel de hrănire, de fugă, de luptă sau de comportamentele sexulae. În cadrul acestui sistem emotional, totul se judecă în termeni de agreabil si dizagreabil. Deviza acestui creier este că supravietuirea depinde de evitarea durerii si repetarea plăcerii. Stimularea electrică a acesti părti a creierului produce o serie de emotii (bucurie, furie, durere, plăcere). Sistemul limbic este compus din hipotalamus , hipocamp si amigdală . Această zonă a creierului determină o anumită valentă dată evenimentelor, fenomenelor, oamenilor sau obiectelor (dacă simti pozitiv sau negativ fată de ceva) si, de asemenea, salienta lucrurilor (dacă ceva îti atrage sau nu atentia). Dacă am “gîndi” numai cu sistemul limbic, gîndirea noastră ar fi dogmatică si extrem de emotională, plină de judecăti de valoare. De asemenea, de multe ori, sistemul limbic este privit ca un “critic” al neocortexului, acea instantă care decide dacă la nivel cortical am avut o idee bună sau nu, sau dacă anumite actiuni sau lucruri sînt “în regulă”, “juste” sau nu.

15. Hipotalamusul, hipocampul si amigdala – localizare si functii. Hipotalamus este o portiune a creierului care contine o serie de mici nuclei care

au functii variate, dintre care una dintre cele mai importante functii este aceea de a stabili o legătură între sistemul nerovs si cel endocrin, prin controlul hipofiziei. Hipotalamuls controlează temperatura corpului, senzatia de foame si sete, somnul si ciclurile circadiene (cicluri somn-veghe).

Hipocampul are un rol foarte important în consolidarea informatiei de la memoria pe termen scurt la memorie pe temen lung. Hipocampul, alături de alte structuri care constituie lobul temporal medial (amigdala, cortexul peririnal, parahipocampic si entorinal), sînt responsabile de memoria explicită (declarativă): memoria semnatică (amintirea semnificatiilor) si memoria episodică (amintirea evenimentelor). Memoria de lucru si cea implicit-procedurală nu se bazează pe structuri ale lobului temporal medial. De asemenea, hipocampul are un rol foarte important în memoria spatială si în navigatie/orientare.

Amigdala reprezintă o structură situată adînc în interiorul creierului, de formă rotund-alungită, constituită dintr-o grupare de nuclei. Nucleii centrali si mediali sînt uneori clasificati ca ganglioni bazali. La vertebratele superioare, amigdala are un rol primar în formarea si depozitarea de amintiri asociate unor evenimente cu încărcătură emotională. De asemenea, amigdala este implicată în consolidarea memoriei în alte regiuni ale creierului. Volumul amigdalian corelează pozitiv cu complexitatea si mărimea unei retele sociale. De asemenea, amigdala procesează reactii la violarea spatiului personal.

16. Metode de studiu în neurostiinte – domenii de interes, generalităti. Studiul psihologiei comportamentale implica efortul oamenilor de ştiinţă în mai

multe domenii cum ar fi psihologia, neuroanatomia, biochimia, endocrinologia şi histologia. Realizarea unui proiect de studiu în neurostiinte necesită cunoaşterea diferitelor tehnici experimentale. Pentru că procedurile produc destul de des rezultate contradictorii, investigatorii trebuie sa fie familiari cu avantajele şi limitările metodelor experimentale pe care le folosesc.

Metode sunt alese pentru a răspunde unor întrebări. Deseori răspunsul pe care îl obţinem este neasteptat, numai pentru a realiza mai tîrziu că nu ne-am pus

6

intrebarea potrivită. Cele mai bune concluzii nu sunt formulate folosind o singură metodă, un singur experiment, ci folosind o scara largă de experimente, sau un program de cercetare care ne ajuta să comparam rezultatele mai multor studii care abordeaza aceiaşi problemă prin metode diferite.

17. Metode de studiu în neurostiinte – metode histologice. Pentru a putea studia ţesutul în aceiaşi formă în care era atunci cînd organismul a

murit, trebuie să distrugem enzimele autolitice şi să prevenim descompunerea lui de către bacterii şi mucegaiuri . Aceste doua obiective se realizează folosind un fixator, cel mai folosit fiind formolul.

După fixare ţesutul se feliază (microtomul) şi se colorează pentru a putea observa diferitele detalii celulare. Dacă ne-am uita la o secţiune a creierului care nu a fost colorată nu am putea observa detalii celulare fine, din acest motiv studiul microscopic al neuroanatomiei necesita colorarea specifică a ţesuturilor studiate.

La sfîrşitul secolului XIX Franz Nissl, un neurolog german, a descoperit o substanţă numită albastru de metil, folosită pentru a colora corpurile celulare ale ţesutului cerebral. Există numeroase substanţe cu care se pot colora tesuturile. În afară de albastru de metil, cea mai des folosita este violetul de genţiana.

18. Metode de studiu în neurostiinte – metode de urmărire a traseelor nervoase (etichetarea anterogradă).

Aceasta metoda va urmari neuronii care pleacă de la NVM (nucleul ventro-medial) spre alte structuri ale creierului. Ea implică folosirea unor substanţe care vor fi utilizate de dendrite si de corpurile celulare şi apoi vor fi transportate de-a lungul axonilor spre butonii terminali. Una dintre aceste substanţe este lectina, o proteină care este produsa de fasolea verde.

Pentru a afla destinaţia neuronilor eferenti, se injecteaza cu ajutorul unui aparat o anumita cantitate din aceasta substanţă in NVM. În cateva zile, cînd neuronii vor fi complet plini de aceste molecule de lectină, animalul va fi omorît, creierul va fi secţionat şi apoi observat la microscop.

19. Metode de studiu în neurostiinte – metode de urmărire a traseelor nervoase (etichetarea retrogradă).

Urmărirea neuronilor eferenţi ne spune numai o parte din povestea traseelor implicate în comportamentul sexual al femelelor de sobolan. Se poate ca NVM sa fie implicat şi în analiza informaţiilor senzoriale (miros, atingere, vedere). Pentru a descoperi circuitele neuronale implicate care se află înainte de NVM, adică conexiunile aferente, se foloseşte metoda de etichetare retrogradă.

Metoda este similară celei anterioare. Se injecteaza o substanţă numita fluorogold in NVM. In cateva zile substanţa va fi transportată retrograd in neuroni, animalul va fi omorît, creierul secţionat si observat la microscop.

20. Metode de studiu în neurostiinte – metode de urmărire a traseelor nervoase (etichetarea transneuronală).

Metodele anterioare, de etichetare anterogradă şi retrogradă, evidenţiază o singură legătură într-o întreagă reţea neuronală, neuronii a căror axoni intră sau ies dintr-o anumită regiune cerebrală. Metodele de etichetare transneuronală identifică o serie de doi, trei si chiar mai mulţi neuroni dintr-o serie de conexiuni sinaptice. Cea mai eficientă dintre aceste metode este cea care foloseşte virusul pseudo-turbarii (o forma porcină de herpes virus care a fost slabită şi care a fost iniţial

7

folosită ca vaccin). Virusul este injectat în regiunea creierului care se doreste studiată şi el se raspîndeşte în neuronii care formează conexiuni sinaptice. Aceasta metodă poate fi folosită în ambele direcţii, anterograd si retrograd.

21. Metode de studiu în neurostiinte – studii lezionale. Ablatiile experimentale – functia comportamentală a unei zone cerebrale poate fi

dedusă din comportamentul pe care nu-l mai desfăsoară animalul. De exemplu, dacă după distrugerea unei parţi a creierului, animalul nu mai poate realiza sarcini care necesită văzul, concluzionam că animalul este orb şi că zona lezionată deţine un rol in realizarea imaginii .

Scopul studiilor lezionale este de a descoperi ce funcţii sunt deservite de diferite regiuni cerebrale şi de a întelege cum sunt aceste funcţii combinate pentru a realiza comportamente specifice. Distincţia între funcţiile creierului şi comportament este foarte importantă. Nici o regiune a creierului sau un circuit neuronal nu este singur responsabil de un anumit comportament. Fiecare regiune deserveşte o funcţie sau un set de funcţii care contribuie la realizarea comportamentului. Munca cercetatorului constă în a înţelege care sunt funcţiile necesare pentru a realiza un anumit comportament şi a determina ce circuit de neuroni este responsabil pentru fiecare din aceste funcţii.

22. Metode de studiu în neurostiinte – studiul creierului pe viu. Prima metodă descoperită de studiere a creierului viu este tomografia

computerizată (din greacă tomos = a tăia şi graphein = a scrie). Această procedură funcţioneaza prin plasarea capului peroanei într-un inel de forma unei gogoaşe. Inelul conţine un tub cu raze X şi în partea exact opusă un detector de raze X. Razele X trec prin capul pacientului şi detectorul masoară cantitatea de raze care trece prin el. Raza scanează creierul din toate unghiurile iar calculatorul transpune numerele pe care le primeşte în imagini ale craniului si conţinutului său. Imaginile din slide-ul 4.14 aparţin unui pacient care a suferit un accident vascular cerebral ce se poate observa în imaginea 5 ca o pată albă in colţul din stînga jos.

O imagine şi mai detaliată a ceea ce este în interiorul capului unei persoane se realizează prin rezonantă magnetică . Imagistica prin rezonanţă magnetică se aseamană cu cea din tomografia computerizată însă nu foloseşte raze X. În schimb ea face să treacă prin capul persoanei un cîmp magnetic foarte puternic. În acel moment nucleii unor atomi ai organismului se învîrt cu o orientare specifică. Dacă apoi o undă de frecvenţă radio este trecută prin corp, aceşti nuclei vor emite ei inşişi unde radio. Diferite molecule vor emite energie la frecvenţe diferite. Scanerul de rezonanţă magentică este programat să detecteze radiaţiile atomilor de hidrogen. Deoarece aceşti atomi se găsesc în concentraţii diferite în ţesuturi diferite, scanerul va folosi aceste informaţii pentru a realiza imagini ale secţiunilor creierului.

23. Metode de studiu în neurostiinte – înregistrarea si stimularea activitătii neuronale (înregistrarea cu micro si macroelectrozi).

Inregistrarea şi stimularea activităţii neuronaleo Funcţiile creierului implică activitatea diversă a circuitelor neuronale,

astfel încît diferite percepţii şi răspunsuri comportamentale vor implica

8

diferite patternuri de activitate cerebrală . Cercetătorii au dezvoltat metode de înregistrare sau de reproducere artificială a acestor patternuri de activitate. Axonii produc potenţiale de acţiune iar butonii terminali transmit potenţialele postsinaptic în membrana celulelor cu care aceştia formează sinapse. Aceste evenimene electrice pot fi înregistrate iar variaţiile lor dintr-o anumită regiune pot fi folosite pentru a determina dacă regiunea joacă un rol în variaţiile comportamentale.

Inregistrarea cu microelectrozio Microelectozii sunt nişte electrozi foarte fini care ajută la înregistrarea

activităţii individuale a neuronilor. Spre exemplu am putea înregistra variaţia activităţii neuronilor serotoninergi şi dopaminergici în timpul somnului, plecînd de la faptul că, medicamentele care influenţează activitatea acestor neuroni influenţează somnul REM. Realizînd acest lucru vom observa că rata de transmitere a impulsului nervos se apropie de 0 în timpul somnului REM, aceasta sugerînd că aceste tipuri de neuroni au o activitate inhibitorie. Adică, somnul REM nu poate avea loc pîna ce aceşti neuroni nu se opresc din semnalizare.

Înregistrarea cu macroelectrozio Această tehnică se foloseşte atunci cînd vrem sa înregistrăm activitatea

unei regiuni a creierului ca un întreg şi nu activitatea individuală a neuronilor. Cel mai des activitatea electică a creierului este înregistrată prin electorzi plasaţi pe scalp. Această va reprezenta activitatea unui număr extrem de mare de neuroni a căror semnal electric trece prin meninge, craniu şi piele pîna ajunge la electozi.

o Înregistrarea şi afişarea cu un oscilograf cu cerneala se realizează cu ajutorul unui aparat numit poligraf. Acesta este un mecanism care mişcă de-a lungul unei hîrtii foarte lungi o serie de creioane care se mişcă în sus şi în jos ca răspuns la semnalele electrice primite de la electrozi.

o Aceste înregistrări se numesc electroencefalograme. Ele pot fi folosite pentru diagnosticul epilepsiei sau tumorilor cerebrale sau pentru studierea fazelor somnului şi a starii de veghe. De asemenea pot fi folosite ca modalitate de monitorizare în timpul unor intervenţii chirurgicale care au risc crescut de a modifica activitatea creierului.

24. Metode de studiu în neurostiinte – înregistrarea si stimularea activitătii neuronale (magnetoencefalografia).

Atunci cînd curentul electric trece prin conductori se produce un cîmp magnetic. Acelasi lucru se întîmplă cînd potenţialele de acţiune trec de-a lungul axonilor. Acesti curenti electrici sînt extrem de mici, dar s-au dezvoltat aparate care pot detecta şi înregistra aceste cîmpuri. Magnetoencefalografia se realizează cu ajutorul unui neuro-magnetometru.

25. Metode de studiu în neurostiinte – înregistrarea si stimularea activitătii neuronale (înregistrarea activitătii metabolice cerebrale si a activitătii sinaptice).

Semnalele electrice nu sunt singurele semnale ale activităţii creierului. Atunci cînd activitatea neuronilor într-o anumită zonă creşte, creşte şi activitatea metabolică, ca rezultat al funcţionării pompelor de ioni în membrana celulară. Această activitate metabolică crescută poate fi înregistrată. Se injectează 2 –

9

deoziglucoza (2-DG) în sînge şi pentru că substanţa se aseamănă cu glucoza ea va fi absorbită de celule, astfel încît celulele cu cea mai mare activitate metabolică vor absorbi cea mai mare cantitate de substanţă. Dar, pentru că această substanţă nu poate fi metabolizată, ea va rămîne în celule. Animalul va fi apoi omorît, creierul îndepărtat, feliat şi pregătit pentru autoradiografie. Autoradiografia poate fi explicată ca „scrierea cu propria radioactivitate”. Secţiuni din creier sunt montate pe sticla, apoi sunt învelite cu emulsie fotografică. După cîteva săptămîni acestea sunt developate, exact ca fotografiile, iar moleculele de 2-DG radioactiv se vor vedea ca pete de argint în emulsia developată pentru că radioactivotatea expune emulsia, aşa cum fac razele X sau lumina.

O altă metodă de identificare a zonelor active ale creierului se bazeaza pe faptul că atunci cînd neuronii sunt activaţi anumite gene din nucleu sunt pornite şi se sintetizează o serie de proteine care se leagă cu cromozomii din nuclei. Prezenţa acestor proteine nucleice indică că neuronul tocmai a fost activat. Una dintre aceste proteine care poate fi urmărită şi evidenţiată printr-o procedură specială de colorare se numeşte proteina Fos.

Activitatea cerebrală a diferitelor zone ale creierului poate fi masurată si la oameni printr-o metodă care se numeşte tomografie cu emisie de pozitroni. Pacientului i se injectează 2-DG radioactiv, apoi capul acestuia se plaseaza intr-un aparat similar cu cel de tomografie computerizată. Cînd particulele de 2-DG se descompun ele vor emite particule subatomice numite pozitroni care vor fi detectate de scaner. Una dintre cele mai recente descoperiri ale imagistii cerebrale este RMN-ul funcţional. Modificări ale aparatelor anterioare de imagistică prin rezonanţă magnetică permit obţinerea rapidă de imagini şi măsurarea activităţii metabolice regionale prin nivelul de oxigen din vasele de sînge ale creierului.

26. Metode de studiu în neurostiinte – înregistrarea si stimularea activitătii neuronale (măsurarea nivelului neurotransmitătorilor).

Uneori suntem interesaţi nu de activitatea metabolică generală a creierului ci doar de cea a anumitor neurotransmitători sau neuromodulatori ce acţionează în anumite regiuni. De exemplu, ştim că neuronii acetilcolinergici participă în controlul somnului REM. Una dintre caracteristicile somnului REM este paralizia musculară care ne împiedică să acţionăm conform a ceea ce visăm. Ca urmare, se propune măsurarea secreţiei acetilcolinei intr-o anumită zonă a măduvei spinării, care conţine neuroni ce secretă glicină, glicina inhibînd neuronii motori din maduva spinării. Pentru a realiza acest lucru folosim o procedură numită microdializă . Această metodă analitică este atît de sensibilă încît poate determina neurotransmiţătorii care au fost eliberaţi de către butonii terminali şi care au scăpat din fanta sinaptică în restul lichidului extracelular. Vom găsi astfel că cantitatea de acetilcolină aflată în lichidul extracelular creşte in timpul somnului REM.

27. Metode de studiu în neurostiinte – înregistrarea si stimularea activitătii neuronale (stimularea electrică a activitătii cerebrale).

Stimularea electrică se foloseşte atunci cînd dorim sa observam activitatea unei anumite regiuni a creierului în mod artificial. De exemplu, femelele şobolan se împerechează cu masculii doar dacă sunt prezenţi anumiţi hormoni sexuali. Dacă îndepărtăm ovarele acestora, comportamentul sexual nu va mai avea loc. Am

10

observat în studiile anterioare că activitatea NVM influenţează activitatea sexuală. Poate că prin stimularea acestei zone se va putea compensa activitatea hormonilor sexuali. Această stimulare se poate realiza electric, cu ajutorul electrozilor implnataţi în zona dorită sau chimic, folosind amino acizi excitatori ca acid kainic sau glutamic.

Principalul dezavantaj al stimularii chimice este complexitatea procedurii în comparaţie cu stimularea electică, însă avantajul major este că activează doar corpul neuronal nu şi axonii. Stimularea creierului unui animal care se mişcă produce de cele mai multe ori un răspuns comportamental, ca de exemplu, mîncatul, băutul, atac, imperechere. Uneori există însă probleme, în special cînd se foloseşte stimularea prin curent electric. Acesta nu poate niciodată duplica procesul natural de transmitere a impulsului nervos.

După cum ştim activitatea cerebrală induce cîmpuri magnetice care pot fi detectate prin magnetoencefalografie. Similar, cîmpurile magnetice pot fi folosite pentru a stimula activitatea creierului. Stimularea magnetică transcraniană foloseşte o bobină de fire aranjate de obicei sub forma cifrei 8. Bobina este plasată deasupra scalpului astfel încît punctul de intersecţie al 8-lui sa fie situat deasupra zonei care se doreşte a fi stimulată. Stimularea magnetică transcraniană a fost folosită pentru tratarea unor tulburări de sănătate mintală ca depresia.

28. Metode de studiu în neurostiinte – înregistrarea si stimularea activitătii neuronale (metode neurochimice).

Pînă acum am descris deja cîteva metode neurochimice în contextul lezionării, al stimulării creierului sau în cel al măsurării activităţii cerebrale. Acum mulţi ani în urma oamenii de ştiinţă au observat că agricultorii expuşi la anumite tipuri de insecticide aveau vise intense şi ciudate şi acuzau halucinaţii cît timp erau treji. Explicaţia constă în faptul că organofosfatele din insecticide activează circuitele neuronale responsabile de somn şi producerea visurilor. Ele inhibă de fapt acţiunea acetilcolinesteraze, ceea ce va împiedica distrugera acetilcolinei dupa ce aceasta este eliberată în fanta sinaptică. Ştim că organofosfatele acţionează în cadrul sinapselor acetilcolinesterazice. Pentru a putea evidenţia însă locul exact de acţiune am putea folosi mai multe căi. Am putea căuta neuronii ce conţin acetilcolină, am putea căuta acetilcolinesterazele sau am putea căuta receptorii acetilcolinici.

Pentru a putea localiza neurotransmiţători sau neuromodulatori există două căi, localizarea substanţelor însăşi sau localizarea enzimelor care le produc. Imunocitochimia este o metodă prin care se pot localiza peptidele sau proteinele. Astfel, secţiuni de ţesut cerebral sunt expuse la anticorpii anumitor peptide care sunt legaţi de o vopsea fluorescentă. Fragmentele sunt apoi examinate la microscop folosind o lumină cu o anumită lungime de undă .

29. Metode de studiu în neurostiinte – înregistrarea si stimularea activitătii neuronale (metode genetice – metode gemelare).

Metode genetice o Comportamentele sunt determinate de interacţiunea individului cu mediul.

Multe caracteristice ale comportamentului ca talentul, personalitatea, şi tulburările familiale par să aibă agregare familială. Acest fapt sugerează că factorii genetici joacă un rol în dezvoltarea diferenţelor fiziologice care

11

sunt responsabile de aceste caracteristice. În unele cazuri legătura genetică este foarte clară. O genă defectivă intervine în dezvoltarea creierului şi o anormalitate neurologică determină deficite comportamentale. În alte cazuri legătura între ereditate şi comportament este foarte subtilă şi este nevoie de metode genetice speciale pentru a le evidenţia.

Sudiile gemelare o O metodă puternică de a estima influenţa eredităţii pentru o anumită

trăsătură constă în a o compara cu rata de concordanţă a acesteia la gemeni monozigoţi si dizigoţi. Gemenii monozigoţi au genotipuri identice. În contrast, similaritatea genetică pentru gemenii dizigoţi este de 50%.

o Investigatorii caută cazurile de gemeni în care cel puţin unul prezintă trăsătura respectivă, de exemplu o tulburare de sănătate mintală. Dacă amîndoi au fost diagnosticaţi cu aceiaşi tulburare aceştia se numesc concordanţi, iar dacă numai unul e diagnosticat se numesc discordanţi. Astfel încît, daca tulburarea are baze genetice procentul de gemeni monozigoţi concordanţi pentru diagnosticul dat va fi mai mare decît al celor dizigoţi.

o De exemplu în schizofrenie, rata concordanţei este de 4 ori mai mare la gemenii monozigoţi decît la cei dizigoţi.

o Studiile gemelare au evidenţiat numeroase trăsături care au influenţe genetice ca trăsăturile de personalitate, prevalenţa obezităţii, incidenţa alcolismului şi o mare parte a tulburărilor mintale.

30. Metode de studiu în neurostiinte – înregistrarea si stimularea activitătii neuronale (metode genetice – studii pe adoptii).

O altă metodă de estimare a eredităţii unei trăsături comportamentale specifice constă în a compara oameni care au fost adoptaţi la o vîrstă foarte mică cu părinţii lor biologici şi cu cei adoptivi.

Toate trăsăturile comportamentale sunt intr-o oarecare măsură de factori genetici, de factori de mediu şi de interacţiunea dintre aceşti factori. Factorii de mediu sunt si biologici si sociali. Dacă copilul este adoptat imediat după naştere atunci factorii de mediu postnatali vor fi asociaţi doar cu părinţii adoptivi, factorii genetici cu părinţii biologici iar factorii prenatali de mediu vor fi asociaţi cu mama biologică.

31. Sisteme de recompensă – rolul dopaminei. Sistemul dopaminergic (constituit din neuronii care eliberează dopamină) devine

activ cînd luăm contact cu recompense din trecut (de exemplu, o amintire plăcută din copilărie), cu recompense posibile din viitor (promisiunea unui cadou costisitor) sau cu recompense din prezent (un moment plăcut cu persoană apropiată).

Activarea neuronilor dopaminergici determină o tendintă activatoare puternică – în cazul în care recompensa este la nivelul astepat, cortexul cingulat (vezi figura) mentine constant nivelul de dopamină. Dacă nu, semnalele provenite de la cortexul cingulat determină o scădere a nivelului de dopamină – percepută ca insatisfactie, nemultumire si uneori craving – dorinta de a readuce recompensa la nivelul asteptat de recompensă.

32. Sisteme de recompensă – sistemul neuromodulator opioid.

12

Al doilea sistem de recompensă are o functie neuromodulatoare – în sensul că întăreste posibilitatea unor descărcări neuronale simultane (a unor circuite neuronale) care face o legătură între plăcerea recompensei si un anumit comportament sau eveniment. De exemplu, dacă a anumită miscare de dans îmi produce plăcere, momentul în care am reusit să o produc “la perfectie” va fi însotit de o crestere a nivelului de plăcere care, la rîndul lui, va duce la întărirea circuitului neuronal perceptual-motor care a dus la înfăptuirea miscării. Pe viitor, modularea pe tipic al plăcerii îmi va permite să reproduc miscarea (pentru că circuitul neuronal a fost întărit de sistemul neuromodulator), iar miscarea va fi însotită de o trăire plăcută.

Acest al doilea sistem de recompensă are o logică foarte simplă – orice ti-a produs plăcere la un moment dat merită să fie repetat, iar comportamentele care te duc la recompensă vor fi întărite.

33. Sisteme de pedeapsă cerebrale – rol evolutionist, relatie cu sistemele de recompense. Dacă se pune problema competitiei între pedeapsă si recompensă, pedeapsa are

întotdeauna întîietate. Una din regulile de bază ale evolutionismului este că evitarea amenintării, alerta în fata potentialului pericol sau pregătirea pentru atac sau fugă sînt mult mai urgente si mai importante decît căutarea plăcerii sau a recompensei.

Principala modalitate de a anticipa sau de a ne pregăti pentru iminenta pericolului este aceea de a fi vigilenti într-un fel foarte special – într-un cuvînt, de a trăi anxietate.

În esentă, starea de fond a activitătii cerebrale corespunde unei functii de căutare a posibilelor pericole. De multe ori, această activare nu ne permite să fim relaxati în locuri străine sau în fata străinilor.

Prezenta semenilor (tocmai pentru că avem, ca specie, un îndelungat obicei de a ne trata cu violentă unii pe altii) determină activarea automată a acestui sistem de activare, modulat în mare parte de epinefrină, si, dacă are vreun rol la nivel cerebral, de cortizol .

Sistemele cerebrale (în special cele subcorticale, amigdaliene) detectează mai rapid informatiile negative decît cele pozitive. Sîntem programati să percepem mai rapid expresia negativă sau amenintătoare a unor fete decît cele pozitive sau bienvoitoare. Cercetările arată că, de multe ori, amigdala este activată chiar dacă noi nu sîntem constienti de o anumită expresie negativă facială.

Odată ce a fost etichetat ca negativ, hipocampul înmagazinează evenimentul pentru o rememorare ulterioare. “creierul nostru este ca banda Velcro pentru experiente negative si ca Teflon-ul pentru experiente pozitive – chiar dacă majoritatea eperientelor noastre sînt probabil neutre sau pozitive” .

Evenimenele negative au un impact asupra creierului si comportamentului mai mare decît cele pozitive. Este mai usor să deprinzi emotiile de neajutorare învătată după cîteva esecuri decît de a de-deprinde acele emotii, chiar după o serie de succese (Seligman, 2006) .

Oamenii depun un efort mai mare în evitarea pierderii decît în căutarea sau obtinerea recompensei. În cadrul relatiilor, este nevoie de aproximativ cinci interactiuni pozitive pentru a sterge efectele unei singure interactiuni negative.

13

Dez-învătarea unei experiente negative lasă urme de nesters la nivelul creierului. Acest reziduu va rămîne acolo dorman, si se va reactiva în cazul în care un eveniment negativ similar cu cel anterior se va produce.

Experientele negative creează cercuri vicioase care ne fac pesimisti, hiperreactivi si înclinati spre negativitate.

34. Sisteme de pedeapsă cerebrale – rolul cortizolului si adrenalinei. Cortizolul, hormonul stresului cronic în organism, nu are rol direct la nivelul

transmiterii sinaptice (asa cum are adrenalina si noradrenalina, hormonii stresului acut la nivelul organismului). Cu toate acestea, cortizolul are un rol, alături de adrenalină, în memorie, influentînd amigdala si hipocampul. În stresul acut, cortizolul contribuie la retinerea evenimentului amenintător – flash-back-urile din stresul posttraumatic sînt facilitate de actiunea cortizolului si epinefrinei asupra amigdalei. Influenta cronică a cortizolului asupra creierului duce la actiuni toxice ale acestuia asupra hipocampului, tradusă prin tulburări la nivelul memoriei.

Hormonul epinefrină, cunoscut şi sub numele de adrenalină, este un fluid eliberat de glanda suprarenală. Acesta joacă un rol important în încercarea organismului de a reacţiona în situaţii de urgenţă. Adrenalina acţionează ca un neurotransmiţător. Un neurotransmiţător transferă şi reglementează semnale între neuroni şi alte celule ale corpului. Răspunsul „fight-or-flight" al corpului este iniţiat de secreţia de epinefrină. Sistemul nervos simpatic, o subdiviziune a sistemului nervos autonom, este responsabil pentru generarea răspunsului.

35. Istoricul neurostiintelor – conceptii antice despre creier si minte. “Lumea ar trebui să stie că de la creier si numai de la creier provin plăcerile

noastre, bucuriile, rîsul, amuzamentul, dar si regretele, durerea, doliul si lacrimile… creierul este ceea ce ne înebuneste sau sursa delirului, inspiratia noastră în nenorocire si frică, cel care aduce cu sine fie zi fie noapte insomnia, greselile nevoite, îngrijorările fără scop, momentele de rătăcire sau actele împotriva obisnuintelor…” - Hippocrates "The Sacred Disease"

Pe de altă parte, Aristotel considera sediul minitii în inimă, iar creierul ca un radiator care răceste sângle.

Sufletul (si mintea) sînt în inimă - Aristotel Sufletul (si mintea) sînt în ventriculi - scoala alexandrină, sustinută după secole de

Leonardo36. Istoricul neurostiintelor – de la Vesalius pînă la Franz Gall.

Vesalius ne duce la teatru (anatomic).Primele disectii stiintifice – concluzia este că masa relativ mai mare a creierului – comparativ cu ventriculii – pare să fie responsabilă pentru procesele mentale (mijlocul sec. XV)

Decartes si dualismul. Glanda pineală – ca organ nepereche, în centrul creierului, este sediul logic al abilitătilor mentale. Sistemul ventricular permite “scurgerea spiritelor” .Mintea ca atare e diferită de creier.

Alti candidati la gîndire. o Thomas Willis (sec XVII) – facultătile mintale sînt stabilite în corpul

striat.o Giovanni Lancisi (sf. sec. XVII) – corpul calos este sediul facultătilor

mintale.

14

Frenologia lui Franz Gall (sec XVIII-XIX). Facultătile mintale sînt înnăscute si depind de stucturi topice ale creierului. Mărimea unei zone cerebrale dovedeste gradul de “pricepere” al individului.

37. Istoricul neurostiintelor – Phineas Cage si localizationismul. Phineas Cage este adesea mentionat ca fiind unul dintre cele mai renumite cazuri

în care creierul a fost lezat. O tijă de fier a intrat prin craniul său distrugând o mare parte a lobului frontal. Gage supravietuit în mod miraculos accidentului, dar a fost schimbat astfel încât, multi dintre prietenii săi l-au descris ca un om aproape în întregime diferit.

Localizationismul: o 1861 – Paul Broca leagă o zonă cerebrală (regiunea postero-inferioară a

lobului frontal stîng) de vorbirea “motorie”o 1874 – Carl Wernicke descrie afazia receptivă în sectiunea posterioară a

girusului superior temporal. Reguli ale localizationismului:

o Regula “dublei asociatii” Conditia 1 – distrugerea unei anumite zone a creierului duce la

pierderea unei functii Conditia 2 – distrugerea produsă în orice altă zonă a creierului nu

cauzează acelasi deficit38. Istoricul neurostiintelor – descoperiri legate de neuron si de sinapsă.

1839 – cartea lui Theodor Schwann “Mikroskopische Untersuchungen ueber die Uebereinstimmung in der Strucktur un dem Wachstum der Tiere und Pflanzen”

1891 – Wilhelm von Waldeyer propune “doctrina neuronului” 1840 – Claude Bernard face primele experimente cu curară, dorind să

investigheze rolul jonctiunii neuro-musculare. Sinapsa: 1897 – Sherrington utilizează pentru prima dată termenul de sinapsă

(care în greaca veche înseamnă “a strînge”).

39. Sinapsa – transmitera sinaptică, clasificarea sinapselor. Din punct de vedere al modalitătii de transmitere

o sinapse chimiceo sinapse electrice - acestea sunt foarte rare.De obicei au o fantă sinaptică

foarte redusă (2nm), prin care circula foarte usor ionii. Astfel de sinapse se mai numesc si gap junction.

Din punct de vedere al neurotransmitatorului

15

o sinapse colinergice - acetilcolinăo sinapse adrenergice - noradrenalină (norepinefrina)o sinapse dopaminergice - dopaminăo sinapse serotoninergice - serotoninăo sinapse gabaergice - GABA.

Din punct de vedere al neurotransmitatoruluio sinapse colinergice - acetilcolinăo sinapse adrenergice - noradrenalină (norepinefrina)o sinapse dopaminergice - dopaminăo sinapse serotoninergice - serotoninăo sinapse gabaergice - GABA.

40. Sistemul nervos – schemă generală.

Sistemul nervos simpatic intervine permanent. Dar rolul său important se evidentiază în special în situatii neobisnuite, cînd pregăteste organismul pentru "fugă sau luptă". Extirparea totală a lantului simpatic paravertebral permite supravietuirea doar în conditiile unui mediu cu constante putin variabile, dar nu mai poate fi realizată adaptarea la conditii variabile si în special la frig.

Sistemul nervos parasimpatic exercită actiuni mai discrete, dar mult mai extinse comparativ cu cele ale simpaticului, intervenind in reglarea activitătii vegetative în conditii obisnuite de viată.

16

17