Wykład biopsychologia 17.docx

Wykład: Biopsychologia z dnia 17.10.2010r.

D. Klawenek

Jest to wykład spisany z nagrania. Starałam się uporządkować to, co mówił p. Profesor, aczkolwiek nie było to łatwe. Trudno byłoby wklejać jeszcze definicje z książek i rysunki ze względu chociażby na objętość – wyszło mi 8 stron. Być może można to zrobić inaczej, może ktoś robił te wykłady i ma inny pomysł. Być może po przekazaniu pytań przez p. Prof. w niedzielę będziemy wiedzieć, jak podchodzić do wykładów. Nie do końca na razie wiadomo co ważne, a co nie. W Sadowskim jest to I rozdział od str.30 oraz materiał przy badaniu pamięci, nie ma jednak wszystkiego. Nie wiem też na ile jest to zrozumiałe, ale starałam się jak mogłam. Proszę o uwagi. Czy ktoś to jeszcze robi?

Warsztat badawczy biopsychologii.

Biologia wnosi bardzo wiele w zakresie wyposażenia  laboratorium biopsychologa w narzędzia, za pomocą których bada się mózg ludzki, układ nerwowy, wszelkie inne czynności układu nerwowego. Wg schematu przedstawionego na poprzednim wykładzie mamy: bodziec – czarną skrzynkę (mózg) – reakcję. Warsztat badawczy biologii pozwala zajrzeć do owej czarnej skrzynki i to w stopniu coraz większym. Żeby zrozumieć czym się zajmuje biopsychologia  i jak to robi należy zapoznać się z warsztatem badawczym biopsychologii. Należy poznać najbardziej podstawowe i powszechnie stosowane metody – w biologii i w psychologii, które w połączeniu stanowią warsztat, którym dysponuje biopsychologia.

Żadna z dziedzin eksperymentalnych, oprócz fizyki, nie korzysta tak wiele jak biologia ze zdobyczy rozwoju technologicznego XX i XXI wieku, zwłaszcza ze zdobyczy elektroniki, która osiągnęła wyżyny rozwoju, w czym najważniejsza jest miniaturyzacja. Umożliwia stosowanie urządzeń biologiczno-elektronicznych w badaniu zwierząt na odległość – nadajniczki wkłuwane  zwierzętom w celu badania ich migracji; małe urządzenia elektroniczne pozwalające na śledzenie wielu parametrów wewnętrznych organizmu. To wszystko składa się na aparaturę stosowaną w biopsychologii.

Zanim doszło do rewolucji technologicznej w biopsychologii (wówczas jeszcze biofizjologii) doszło do wydarzenia na miarę wprowadzenia mikroskopu pozwalającego wejrzeć w komórkę i zobaczyć co dzieje się w organizmie na poziomie najbardziej podstawowym. Pojawiła się metoda zwana stereotaksją - metoda pozwalająca na lokalizację wybranej struktury mózgu czyli na oznaczenie, wyznaczenie miejsca danej struktury i dostanie się do niej dzięki urządzeniu, który nazywa się aparatem stereotaktycznym.

Aparat służy do tego, żeby w czaszce (zwierzęcia, ale też człowieka – neurochirurgia) określić przy pomocy pewnych współrzędnych miejsce jej nawiercenia a następnie wprowadzenia przez otwór elektrody tak głęboko, w takim kierunku i z takiej odległości, żeby trafić właśnie w wybraną strukturę.

Aparat stereotaktyczny dla małych gryzoni – to nieduży stolik operacyjny, na którym leży uśpiony szczur, przywiązany do bolców. Nad stolikiem zbudowany jest stelaż z odpowiednimi śrubami, które pozwalają na posuwanie stelaża w płaszczyźnie przód - tył. W stelażu zamocowany jest uchwyt dla drucika, który staje się elektrodą, gdy wkłujemy go w odpowiednie miejsce w mózgu. Na stoliku jest podziałka milimetrowa, za pomocą której wyznaczamy pozycje stelaża wg trzech współrzędnych: płaszczyzna w przód - w tył, w bok – w bok, głębokość zanurzenia elektrody w momencie przebicia opon mózgowych, żeby dostać się do mózgowia.

Na obnażonej czaszce znajdują się szwy kostne pomiędzy poszczególnymi kośćmi, np. potyliczną i ciemieniowymi czy szew strzałkowy wydzielający dwie półkule. Szwy są naturalnymi wyznacznikami poruszania stelaża. Dla każdej struktury jest oznaczony punkt zero, od niego podane milimetry, części milimetra do przodu lub do tyłu, w lewo lub w prawo. Możemy to znaleźć zaglądając do specjalnych atlasów, w których każda struktura poznana przez człowieka została opisana przy pomocy tych współrzędnych.

Robiono to w sposób systematyczny i żmudny, badania wykonywali cytologowie, specjaliści morfologii i inni. Przepuszczano przez koniuszek elektrody( elektroda to drucik najczęściej wolframowy, izolowany na całej długości oprócz górnego i dolnego końca, jeden jest biegunem aktywnym, do drugiego dołącza się stymulator – urządzenie wytwarzające impulsy elektryczne stosowane do drażnienia ) prąd na tyle mocny, że poprzez następujący proces koagulacji (białko) zaznacza się miejsce położenia koniuszka elektrody, który jest aktywny. Pozostała jej część nie jest aktywna i powoduje tylko minimalne mechaniczne zniszczenia przy przechodzeniu przez inne struktury. Następnie pod mikroskopem oglądano ścinki mózgu badając jaka to struktura i odczytywano na podziałce współrzędne. Tak powstały mapy mózgu, gdzie każdy punkt ma swój zapis w atlasie stereotaktycznym – były to eksperymenty ostre przeprowadzane jednorazowo na zwierzęciu znajdującym się w stanie narkozy. Dzięki temu badacz może dostać się do danej struktury i wmocować elektrodę na stałe – elektroda wchodzi przez otwór, obudowuje się ją koreczkiem z preparatów dentystycznych, którego końcówka wystaje, i obszywa wcześniej odciągniętą skórą. Po kilku dniach szczur różni się od innych tylko wzgórkiem koreczka i wraca do swoich życiowych powinności. Jest to zabieg, eksperyment chroniczny pozwalający na wielokrotne używanie elektrody w celu drażnienia i rejestrowania zmian w zachowaniu. Można też zapisywać, rejestrować i oglądać to co na żywo biegnie z mózgu na poziomie zapisu bioelektrycznego za pomocą oscyloskopu – obecnie komputera. W komputerze wszystko jest uśredniane i powstaje gotowy obraz aktywności danego obszaru.

Możemy mówić o swoistej rewolucji technologicznej, metodologicznej i metodycznej, która pozwala psychologom fizjologicznym na badanie aktywności mózgu albo wpływanie na te aktywność poprzez drażnienie.

Pobudzanie ośrodków mózgowych:

- drażnienie elektryczne - prąd elektryczny jest najbardziej naturalnym, adekwatnym bodźcem, ponieważ sama tkanka nerwowa posługuje się właśnie bioelektrycznością w naturalnych procesach komunikowania się komórek . Impuls nerwowy z zewnątrz musi mieć odpowiednie natężenie, tak aby komórki nie zniszczyć.

Dane, które jako empiria wspomagają teorie psychologiczne pochodzą właśnie z takich doświadczeń.

- drażnienie chemiczne - korzystając z metody stereotaktycznej można elektrodę metalową zastąpić kaniulą – cienka rureczka, kapilar, nie grubsza niż drucik, który jest implantowany do danej struktury. Za pomocą kaniuli można podawać substancje chemiczne do określonych obszarów mózgu, nawet tylko do kilku komórek. Psychofarmakologia zajmuje się substancjami chemicznymi, farmakologicznymi, które zmieniają - polepszają lub pogarszają procesy odbywające się w układzie nerwowym.

- drażnienie termiczne – za pomocą miniaturowych urządzeń zwanych termodami. Termoda zmienia temperaturę koniuszka elektrody. To instrument ciepłotwórczy lub oziębiający, za pomocą którego możemy, np. wyłączać pewne obszary wyziębiając je. Aktywność obszaru spada wówczas do zera i można obserwować czy wpłynęło to na jakieś zmiany w zachowaniu czyli czy dana struktura bierze udział  w mechanizmach regulujących jakiś rodzaj zachowania.

W przypadku badań ludzi eksperymenty są bardzo ograniczone. Istnieje jednak dziedzina zwana psychofizjologią, która w odróżnieniu od biologii i psychologii zajmuje się poszukiwaniem współzmienności pomiędzy parametrami fizjologicznymi a behawioralnymi czyli zachowaniem. Stara się odpowiadać na pytania, np. czy w momencie, kiedy zmienia się zachowanie zmienia się również taki parametr jak tętno, ciśnienie, opór skóry, oddech, rytm, głębokość oddechu, ruchy gałek ocznych i wiele innych, a między innymi aktywność powierzchniowa kory mózgowej.

I do tego służy metoda zwana elektroencefalograficzną – EEG. Pierwsze doniesienia o niej pochodzą z lat XX-tych ubiegłego stulecia. Umożliwia rejestrowanie fal mózgowych przy pomocy aparatury - wzmacniaczy, które te małe prądy w mózgu przekładały na pisaki rejestrujące małe fale na zewnątrz na taśmie papieru poprzez przyłożone w odpowiednich częściach elektrody, np. w części potylicznej, ciemieniowej, czołowej. Jest to metoda nieinwazyjna, nie wymaga wiercenia czy borowania. Wystarczy odsunąć włosy, odtłuścić powierzchnię skóry i przyłożyć, przykleić specjalnym lakierem czasowo elektrody.

Co rejestruje EEG? Odbiera potencjały elektryczne mózgu za pomocą dużych elektrod – Sadowski. Jest to bardzo zgrubne rejestrowanie ponieważ przyłożona elektroda nie mierzy aktywności jednej komórki, która jest blisko w tym miejscu w korze mózgowej, ale całej puli k. nerwowych, w której każda komórka ma swoją aktywność. Wypadkowa aktywność tej całej puli neuronów jest zapisywana w postaci wahań pisaka na papierze.

Obecnie to badanie jest bardziej zaawansowane technologicznie poprzez komputery, które umieszczone są pomiędzy elektrodą a urządzeniem zapisującym i od razu zliczają to co interesuje badacza. Powstaje zapis gotowy do analizowania. W analizie zapisu wszystko ma znaczenie – amplituda - wysokość wychyleń, częstotliwość czyli ile wychyleń mieści się w jednostce czasu, regularności we wzmożeniach zapisu. Zapis w którym występuje pewna fraternizacja czyli pojawienie się wzorców powtarzających się nazywa się zapisem zsynchronizowanym. Synchronizacja oznacza, że komórki znajdujące się pod elektrodą pracują synchronicznie w tej samej fazie np. rozładowują się, bądź też pokazują wzmożoną aktywność. Z zsynchronizowanym zapisem mamy najczęściej do czynienia kiedy osobnik badany wprowadzony jest w stan kompletnego relaksu, rozluźnienia. Jest to rodzaj zbliżającej się fazy snu, ale nie sen. Jeżeli człowiekowi w stanie relaksacji powiemy: „Otwórz oczy” to nastąpi dopływ bodźców wzrokowych, które wędrują do kory potylicznej i tam natychmiast pojawi się desynchronizacja – każda komórka zajmie sie tym do czego jest powołana w zależności od tego w jakiej warstwie kory się znajduje. Desynchronizacja czyli zmniejszenie amplitudy, ostra nieporządna aktywność, bez żadnej powtarzalności.

Zapis zsynchronizowany w stanie zbliżonym do snu, pełnej relaksacji to zapis alfa. Fale alfa charakterystyczne są w zapisie ludzi i to nie wszystkich – pewien procent populacji nie wchodzi w fale alfa, pełną relaksację, ale w stan do nie zbliżony.

Zapis to elektroencefalogram, a metoda elektroencefalografia. Ma znaczenie przede wszystkim w klinice, w sprawdzeniu czy wszystko w mózgu dzieje się w granicach tzw. średniej normy. Jeśli w pewnym punkcie przyłożenia elektrody pojawiają się iglice z ang. „spaiki”, to może świadczyć, ale nie musi o jakiejś patologii. Neurolog od razu stara się sprawdzić ten zapis innymi metodami. Czyli jest to wstępne narzędzie diagnostyczne bardzo przydatne w epilepsji, np. w wykrywaniu ognisk. Metoda stosowana na ludziach, bez żadnych etycznych przekroczeń i wątpliwości.

Pierwsi którzy po nią sięgnęli byli biologami. Biopsycholodzy korzystają z tej metody ponieważ można zestawić rożnego rodzaju testowanie psychologiczne z tym co się dzieje w zapisie EEG. Można sprawdzić w jakim obszarze występuje aktywność po podaniu badanemu polecenia, np. wykonania operacji matematycznej.

Dzisiaj są metody, które pozwalają na wiele więcej, ale była to rewolucja w badaniach nieinwazyjnych mózgu.

Neurochirurdzy naukowcy uczestnicząc w operacjach mózgu czasami drażnią elektrodą odsłonięte punkty mózgu po to, żeby zobaczyć jaka jest łączność między różnymi efektorami np. mięśniami. Bazując na tym W. Penfield stworzył kilka cennych teorii, które do dzisiaj nie zostały obalone.  Wykorzystując możliwości dotykania słabym prądem różnych obszarów i obserwując peryferia czyli ciało osobnika badał, który punkt powoduje skurcz jakiego mięśnia. Wymapował powierzchnię kory mózgowej w części ruchowej (komórki są tu bezpośrednio połączone z jakimś mięśniem, rozkaz z nich płynący powoduje że mięsień się kurczy i tylko wtedy pracuje) pokazując reprezentację warg, dłoni, kciuka itd.

Narysował człowieczka Homunkulusa rozpiętego na obszarze kory ruchowej, narysował obszar jaki dana część ciała zajmuje w reprezentacji korowej. Jest to karykatura człowieka – nadreprezentacja  części gębowej, duże ręce, niewielki tułów i średnie nogi.

Bardziej zaawansowane metody pozwalające zaglądać nie tylko do powierzchniowej części mózgowia to:

Metoda obrazowania mózgu – pozwala na obserwowanie mózgowia w przekroju wewnątrz poszczególnych struktur, obserwowanie zmian aktywności tych struktur np. zmiany zabarwienia na ekranie obrazka, a które to zmiany w postaci aktywacji w jednych obszarach mózgu w porównaniu z innymi mogą nam mówić o tym jakie struktury są zaangażowane w daną czynność, którą badany wykonuje.

Tomografia komputerowa – wymagała użycia promieniowania rentgenowskiego. Natomiast dalsze – rezonans magnetyczny, tomografia pozytonowa to absolutnie bezinwazyjne obserwowanie tego co dzieje się w mózgu tu i teraz. Np. przy poleceniu: „powiedz wiersz, policz coś” czy przy przeżywanej emocji negatywnej u badanego patrzymy jakie obszary się uaktywniają.

Metodę obrazowania mózgu stosujemy nie tylko w psychologii uczenia się, w psychologii emocji, ale też w dziedzinie, która trudno poddaje się weryfikacji empirycznej czyli w psychologii poznawczej. Nie dotyczy zwierząt, ale trzeba wiedzieć że jest dostępna dla biopsychologia, jeżeli będzie chciał badać ludzi.

Badania na zwierzętach są podstawą biopsychologii, a ekstrapolowanie wyników na populację ludzką jest trudne i ograniczone wieloma warunkami. Przeprowadza się badania na szczurach, które o czym trzeba pamiętać to stworzenia nieznane nam, komunikujemy się z nimi za pomocą ich zachowań. Nadajemy dźwięki, sygnały i patrzymy jak odpowiada szczur. Po drodze są jeszcze elektrody, które pozwalają nam sprawdzić co dzieje się w mózgu czyli zmienne pośredniczące pomiędzy bodźcem i zachowaniem. Oprócz tej technologii biologicznej są testy, specjalne narzędzia do obserwacji, zapisu, generowania zachowań, ...