Modul 4 - Högre hjärnfunktioner

Kognition = Kognition handlar om hjärnans förmåga att ta emot, lagra, bearbeta och plocka fram information. Både medvetet och omedvetet. Kognition innebär ej viljestyrt.

Kognitiv neurovetenskap = Kognitiv neurovetenskap representerar den del av neurovetenskapen som studerar den biologiska grunden för kognition.

Att tänka, planera och fatta beslut

Hjärnan bearbetar information i parallella och reciproka storskaliga nätverk.

Ingen region arbetar isolerat och bestämmer funktionen självständigt.

Istället är hjärnfunktioner en konsekvens av hela nätverkets informationsbearbetning.

Däremot har regioner ofta en relativ specialisering som del av denna bearbetning.

Orbitofrontala pannloben + rostrala främre cingulum + ventromediala pannloben: Värdera:  förstå och reglera upplevelser

Dorsolaterala pannloben + ventrolaterala pannloben + kaudala främre cingulum + Mediodorsala pannloben: Agera: reglera beteende för att nå mål

Ventromediala pannloben (vmPFC) och rostrala främre cingulum (rACC)

vmPFC

  1. Omvandlar olika former av värde av stimuli till samma enhet (”samma valuta”). “Common currency” teorin. Sociala belöningar och pengar aktiverar samma områden i hjärnan.
  2. ...och adderar flera positiva och negativa värden till ett ”totalvärde”.
  3. Totalvärdet används därefter som grund för ens val.
  4. Dopaminsystemet är starkt representerade i vmPFC.

rACC

  1. rACC styr emotionella processer.
  2. Både opioidsystem och dopaminsystem är starkt representerade i rACC.

Orbitofrontala pannloben

  1. Alla sensoriska modaliteter (syn, hörsel, beröring, lukt) är representerade.
  2. Nära kontakt med Hippocampus (minne).
  3. I kontakt med områden som är involverade i belöning och bestraffning.
  4. Stark påverkan av dopamin.
  5. Sparsam kontakt med motoriska områden.

Del av ett system som skapar en kognitiv karta (eller en modell) av omvärlden och av sig själv. Den kognitiva kartan är en grund för att sedan skapa ett subjektivt värde(”evaluering”) och en subjektiv upplevelse. Modeller av världen och oss själva ligger som grund till vår subjektiva upplevelse. Subjektiva värden är viktiga för komplexa val.

Experiment: Två vin som testas i olika prisklasser. Dyra vin upplevs som godare trots att det är samma vin som serveras. Skillnaden mellan hur bra vinen smakade korrelerade med aktivitet i orbitofrontala pannloben.

Placebo

Hjärnan försöker hela tiden förstå sin omvärld. En tolkning av omvärlden baserat på de modeller och uppfattningar vi har om världen.

När man säger att man ger smärtlindring men ändå känner smärta. Felsignaler skickas (det man känner stämmer inte överens med förväntan) och dessa signaler försöker minimeras t.ex. Genom top-down modulering.

Instruerad inlärning

Klassisk betingningsinlärning: Ansikte som associeras med elstöt. “Bottom up” inlärning

Instruerad inlärning: Text som säger att personen kommer ge dig elstöt eller inte som associeras med ett ansikte. “Top-down” inlärning.

Kognitiv omstrukturering

Ser bild av en kvinna som gråter. Ombes att själv tänka om gällande omständigheterna, t.ex. Gråter för att hon är glad. -> Aktivitet i amygdala minskar och aktivitet i orbitofrontalkortex ökar.

 Dorsolaterala pannloben

1. Inkommande information från belönings- och sensoriska system.

2. Utgående signaler till motoriska system oc hdorsala främre cingulum.

3. Arbetar i nära samarbete med parietalkortex.

Del av system som skapar reglerna för att nå ett (komplext) mål och styr beteendet mot målet. Karakteriseras av kontroll av andra processer och flexibilitet (”switchar spår”). Reglerar beteendet aktivt (jmf med orbitofrontala cortex som endast skapar en ”kognitiv karta”). Viktig komponent i arbetsminne.

Mediodorsala pannloben + kaudala främre cingulum

  1. Monitorerar olika bearbetningsprocesser i hjärnan och hittar ”konfliker” mellan dem.
  2. Vid en ”konflikt” skapas en ”felsignal” som skickas till pannloben där ny strategi väljs.
  3. Förbereder motoriska svar.
  4. Del i bearbetningavsmärta och obehag – motorisk komponent?

Exekutiva funktioner

Basala exekutiva funktioner:

  1. Inhibition (Strooptestet: Blå =kongruent Röd = kongruent Grön = inkongruent 1(konflikt monitorering, Hög konflikt) Gul Inkongruent 2(Konflikt-resolution, låg konflikt))
  2. Kognitiv flexibilitet, ex ändring av strategi. Bra att studera i sport.
  3. Arbetsminne,

Högre exekutiva funktioner:

  1. Strategiskt tänkande
  2. Rationellt tänkande
  3. Kreativt flöde

Supervisory attentional system (SAS)

Ventrolaterala pannloben

Insula

Representerar den inre miljön av vår kropp.

Posteriort: primärsensoriskt område för kroppsliga signaler -> Anteriort: Subjektiva känsloupplevelser

Somatic marker hypothesis: Våra val påverkas av våra känslor. T.ex. om en tidigare händelse har fått oss att känna oss glada kommer vi vara mer motiverade att utföra samma handling igen. Denna hypotes kan testas med Iowa gambling task. Två olika kortlekar presenteras för testpersonen där den ena ger många små vinster och få stora förluster och den andra ger många små förluster och få vinster. Concurrent measurement of galvanic skin response shows that healthy participants show a "stress" reaction to hovering over the bad decks after only 10 trials, long before conscious sensation that the decks are bad.[5] By contrast, patients with amygdala lesions never develop this physiological reaction to impending punishment. In another test, patients with ventromedial prefrontal cortex (vmPFC) dysfunction were shown to choose outcomes that yield high immediate gains in spite of higher losses in the future

Posterior cingulate cortex i posteriora parietalloben

Hjärnans dopaminsystem

Dopaminsystemet:

Opioidsystemet:

Komplexa hjärnfunktioner, kap 27

Broca’s area: production of language, ansluter till motor cortex

Werncícke’s area: Förståelse av språk, ansluter till broca’s area

fMRI = functional magnetic resonance imaging

Neuron som “arbetar” använder mer blod. I fMRI kan man följa blodflödet och syreförbrukningen och på det sättet kan man se vilka områden som har högre aktivitet än andra.

Fusiform face area = område som aktiveras när ansikten visas.

Anterior cingulate cortex = Involverad i nästan allt, smärta, uppmärksamhet, reward anticipation, decision making, ethics, morality, impulse control.

Precuneus area =

Connectome = comprehensive map of neuronal pathways/connections in the brain. Can be studied at different scales in different species.

The fronto-parietal attention network

DM/N - The default mode network

The dorsal attention network

Corticocortical connections: Connections made between cortical areas in the same hemisphere, or between corresponding areas in the two hemispheres via the cerebral commissures.

Cytoarchitectonic areas: Distinct regions of the neocortical mantle identified by differences in cell size, packing density, and laminar arrangement. Most prominent in humans is the 6-layered neocortex. The evolutionary older archicortex has 3-4 layers, and the ancient paleocortex has 3 layers.

Laminae: Cell layers that characterize the neocortex, hippocampus, and cerebellar cortex. The gray matter of the spinal cord is also arranged in laminae.

 

Synesthesia: A sensory anomaly in which individuals conflate experiences in one sensory domain with those in another.

Associativa hjärnbarken jämfört med primär sensorisk bark:

Parietal association cortex: Important for attending to stimuli in the external and internal environment

Temporal association cortex: recognizing objects and conditions

Frontal association cortex: Selecting and planning apporopriate behavioral respones. Är den “Viktigaste loben” då den utför flest funktioner. Kan sägas representera “personlighet”.

Neocortex: cortex som har 6 cellular layers or laminae.

Kortikala tillstånd, kap 28

Dygnsrytm styr inre biologiska funktioner som t.ex. ämnesomsättningen, födointaget och växlingar mellan vila och aktivitet.

Suprachiasmatic nucleus (SCN) i hypothalamus, fungerar som en klocka

BMAL1 och CLOCK formar dimers. Dessa dimmers binder till sekvenser i DNA som kallas E-boxes.

Gener som BMAL1 och CLOCK dimmer binder till:

Rev-erbα -> Rev-erbα protein -> Nedreglerar BMAL1 och CLOCK

Cry -> CRY protein

Ccg -> CCG protein -> Kontrollerar daglig metabolisk aktivitet.

Per -> PER protein -> PER protein + CRY protein formar dimmer som binder till CLOCK/BMAL1 dimmer och inhiberar dess funktion. (Negative feedback loop.) -> proteinsyntesen avslutas -> PER/CRY degraderas med tiden i en loop som tar ca 24h.

Koncentrationen av dessa proteiner är högst på natten och lägst på dagen???

Zeitgebers är intryck som kan anpassa dygnsrytmen som t.ex. ljus.

Från hypothalamus skickas signaler till tallkottkörteln som tillverkar hormonet melatonin. När det är ljust hålls produktionen tillbaka. På kvällen när det är mindre ljust stiger halten av melatonin och vi blir trötta.

Vakenhet: Ett dagligt återkommande hjärntillstånd där en individ är medveten och engagerar sig och reagerar på den yttre världen.

Locus coeruleus har noradrenergic neurons

Raphe nuclei har serotonergic neurons

Tuberomammillary nucleus har histamin-containting neurons

Orexin

Varför sova?

EEG, elektroencefalogram: När många nervceller aktiveras samtidigt bildas en liten obalans i hjärnans laddade partiklar i just det området. Man kan mäta denna obalans genom elektroder som placeras på huvudet.

REM-sömn: Drömmer mest under denna fas. Inaktiv kropp men aktiv hjärna.

NREM-sömn: non-REM sömn. Delas upp i stadium I till IV där IV är djupast sömn. Inaktiv hjärna men aktiv kropp.

Steg III - IV kallas också för Slow wave sleep.

Sleep spindles: Intermittent förhöjd amplitude i EEG under steg 2 som varar i 1-2 sekunder.  

Koma: är ett medvetandetillstånd av djup medvetslöshet då hjärnans kontroll över kroppens övriga funktioner är mer eller mindre utslagen. Personen kan inte väckas. Alla reaktioner är dock inte utslagna.

Temporär koma: som inte skiljer sig nämnvärt från vanlig medvetslöshet

Permanent koma: som kan vara i månader eller år. Efter så långa perioder i koma krävs mycket rehabilitering

Locked in syndrome: som innebär att patienten är medveten om allt i omgivningen men inte kan röra sig eller meddela sig med omvärlden.

Konstgjort koma: uppstår efter att en person har utsatts för totalbedövning. T.ex. genom nedkylning eller narkosmedel. Kan vara nyttig för hjärnan att läka efter t.ex. hjärntrauma eller drunkningsolycka.

Default mode network (DMN): Neurala nätverk som förknippas med vila. Hjärnnätverk sammansatt av: mediala prefrontal cortex, posterior cingulate cortex/precuneus och angular gyrus.

Pontine reticular formation: Collections of neurons in the pons hta receive input from the cerebral cortex and send their axons across the midline to the cerebellar cortex ica the middle cerebellar peducle.

Reticular activating system: Region in the brainstem tegmentum that, when stimulated, causes arousal; involved in modulating sleep and wakefulness.

Sertonergic neurons: neurons that contribute to the neuronal basis of wakefulness.

Attention

(Balint’s syndrome: A neurological syndrome, caused by bilateral damage to the posterior parietal and lateral occipital cortex, that has three hallmark symptoms: 1. simultanagnosia, the inability to attend to and/or perceive more than one visual object at a time, 2. optic ataxia, the impaired ability to reach for or point to an object in space under visual guidance; and 3. oculomotor apraxia, difficulty voluntarily directing the eye gaze toward objects in the visual field with a saccade. Simultanagnosia is the sigh most closely associated with the syndrome, and the one most studied from a cognitive neuroscience standpoint.,

Frontal-parietal attention network: A postulated cortical network for controlling attention.

Sprague effect: Hemispatial neglect induced by a parietal lesion in humans can be mostly compensated by a lesion of the superior colliculus on the other side.

Supramodal attention: The focusing of attention on stimulus information across multiple modalities at the same time. )

Attention definition: the conscious or unconscious function of the brain that focuses on some external or internal stimulus at the expense of fully processing other information.

Overt attention: The focusing of attention (typically visual) by voluntarily shifting gaze.

Covert attention: The focusing of visual attention toward a location or item in the visual field without shifting the direction of gaze. Can apply to other sensory modalities or to attentional paradigms.

Exogenous attention: Bottom-up. Attention is automatically guided by something in the environment. T.ex. in response to a sudden change in stimulus.

Endogenous attention: Top-down. A form of attention in which processing resources are directed voluntarily to specific aspects of the environment; typically prompted by experimental instructions or, more normally, by an individual’s goals, expectations, and/or knowledge.

Attention dysfunction: Same symptoms caused by many disorders:

Hemispatial (or contralateral) neglect syndrome: Neurological condition in which the patient does not acknowledge or attend to the left visual hemifield or the left half of the body.

Frontal eye fields: A region of the frontal lobe that lies in a rostral portion of the premotor cortex and that contains cells that respond to visual and motor stimuli. Lesioner i detta område kan störa funktionen att initiera ögonrörelser till mål på den kontralaterala sidan.

Proposed network structures:

Who decides where we direct our attention?

Executive control: the cognitive functions that allow flexible and goal-directed control of thought and behavior.

Alternativa koncept till executive controller

Minne, kap 30

Engram: A term used to describe the physical basis of a stored memory.

Priming: a change in the processing of a stimulus due to a previous encounter with the same or a related stimulus, with or without conscious awareness of the original encounter.

Declarative memory: Memories available to consciousness that can be expressed by language.

Nondeclarative memory: Unconscious memories such as motor skills and associations. Also called procedural memory.

Immediate memory: sensory impressions that last only a few seconds.

Short-term memory: memories held briefly in mind that enable a particular task to be accomplished. Also called working memory.

Long-term memory: Memories that last days, weeks, months, years, or a lifetime.

Conditioned learning/betingat lärande: Skapandet av en ny respons som gradvis framkallas genom att upprepat paras ihop med ett nytt stimulus med stimulit som normalt framkallar responsen. Det skapas en ny stimuli/respons association. .

Classical conditioning/Klassisk betingning: Inlärning av ofrivilliga responser. T.ex. experiment på hundar. Salivering som normalt är kopplat till hunger kopplades det istället till en klocka. Stimulit från klockan ledde till salivering.

Operant conditioning: Upplever vi att konsekvenserna av ett beteende är behagligt/positivt så sker en inlärning av beteendet. Sannolikheten att vi visar samma beteende ökar. Upplever vi däremot att konsekvenserna är obehagliga minskar sannolikheten att vi upprepar beteendet. Positiv/negativ förstärkning.

Skillnad mellan glömska och amnesi

Hippocampus roll gällande deklerativt minne

Åldrande och minne

Emotioner, Kap 31

Emotioner: en sammansättning av subjektiva känslor, fysiologiska svar och beteende som gör det möjligt för människor och andra djur att reagera adaptivt på inre och yttre stimuli.

Limbiska systemet 

Limbiska systemet förmedlar upplevelse av olika känslor och emotioner som ångest och aggressivitet. Reglerar stämningsläge och social anpassning och blir det en obalans mellan de olika delarna i limbiska systemet kan det leda till psykiska problem.  

Samspel mellan amygdala och pannloben

Vad är kroppens reaktion på stress?

Amygdala -> Hypothalamus -> Sympatiska nervsystemet -> Noradrenalin/adrenalin utsöndring från binjuremärgen.

Hypofysen -> ACTH -> kortisol utsöndring från binjurebarken.

Kan man bli sjuk efter ett trauma?

Kriterier för PTSD Kriterier:

Typ av trauma och risk för posttraumatisk stressyndrom:

Epidemiologi:

Vad händer i hjärnan vid PTSD?

Förklaringsmodell: Klassisk betingning; 1. Trauma + stimuli (ex blå keps, skarpt ljud) -> negativa känslor -> 2. Stimuli (ex blå keps, skarpt ljud) -> negativa känslor.

Behandling: Traumafokuserad behandling, exponera patienten för det mest störande traumat. Rädslorna försvinner inte utan nya associationer tillkommer. Nya banor, nya tankar ersätter de farofyllda. Frontalloben viktig i denna process.

Arousal: level of excitement

Valence: Om emotionen är negativ eller positiv.

Beroende

Substansbrukssyndrom kriterier:

  1. Kontrollförlust
  2. Försökt sluta
  3. Tar mycket tid
  4. Starkt begär efter drogen
  5. Misslyckas med att fullgöra skyldigheter
  6. Återkommande sociala problem
  7. Överger andra aktiviteter
  8. Drogintag i farliga situationer
  9. Fortsätter trots att det ger hälsoproblem
  10. Abstinens
  11. Tolerans

Beroende kan man säga har tre olika faster:

Djurmodeller; hjärnans belöningssystem är fylogenetisk välbevarat. Alla vertebrater söker sig till i stort sett samma droger som vi. Det finns flertal djurmodeller med god translationell validitet.

Mesolimbiska dopaminsystemet

Abstinens är som en spegel av ruset. Ofta motsatt effekt till drogens effekt.

Långtidsförlopp leder till lägre nivåer av dopaminreceptorer i belöningssystemet. Mindre dopaminfrisättning såväl i  striatum och frontal cortex. Många som har varit beroende har problem med nedstämdhet som kan beror på nedregleringen av dopamin.

Drogsug (craving) utlöses vid:

Tal och språk, kap 33

Språk: Ett symboliskt system som används till att kommunicera konkreta eller abstrakta betydelse oberoende av modalitet.

Dysartri: talsvårighet där talmotoriska processen är påverkad av hjärnskada. Förmågan att använda rösten och artikulera.

Lateralisering: Fördelning av komplexa och samtidiga kognitiva funktioner = effektivisering och specialisering.

Visual word form area är viktig för vår förmåga att läsa hela ord istället för att läsa bokstav för bokstav. “Helordsläsning”

Vid dyslexi har man svårigheter med detta.

Höger hjärnhalva har viss språkförståelse och kan uttrycka t.ex. genom att måla men har svårt att uttrycka det i ord.

Höger hjärnhalva är främst ansvarig för prosodi, dvs språkets melodi. Ex, tomten eller tomten.

Wada test: Inhiberar en sida av hjärnan för att testa hjärnas lateralisering.

“Kritisk period”: En kritisk period då man tillägna sig ett språks ljud och grammatik före tonåren.

Brocas och wernickes areor ligger på vänster sida.

Brocas

Wernicke

Ord kan lokaliseras i hjärnan och aktiverar olika delar beroende på dess betydelse. T.ex.”boll” kan aktivera motoriska områden som har med att sparka boll.

Afasi: Språklig förmåga har blivit påverkad av en hjärnskada.

Farmakologi

Oro, ångestdämpande och sömnläkemedel

Insomnia

Orsaker till sömnstörning:

Melatonin och melatonin-receptor agonister (M1, M2)

Antihistaminer

Bensodiazepiner

Bensodiazepin lika substanser

Ångestsjukdom

Komplicerade ångestsyndrom (ex. paniksyndrom, generaliserat ångestsyndrom, rädsla för offentliga platser och social fobi)

Akut ångest:

Sedativa/Lugnande

Antihistaminer (H1-antagonist)

Klometiazol, okänd verkningsmekanism men benzodiazepin lik effekt

Antipsykotiska läkemedel - Neuroleptika

Används framförallt vid schizofreni

Symptom:

Psykos = En psykos innebär att du upplever verkligheten förändrad och annorlunda, och har svårt att skilja på fantasi och verklighet.

Tidig Hypotes:

Hjärnans dopaminsystem:

Nu tror man att schizofreni beror på:

Glutamatbrist-hypotesen (PCP-modellen)

Fencyclidin (PCP, angels dust) är ett narkotikum som hos friska individer ger helt identiska symptom som schizofreni. Drogen förvärrar de symptom en individ med schizofreni redan har.

Samspel mellan glutamat/dopamin vid schizofreni (Dagens rådande förklaringsmodell)

Glutamatbana som går ned från prefrontalcortex till dopaminceller i VTA.

Normalt projicerar denna bana tillbaka upp till prefrontalkortex

Glutamatet kopplar om först via en GABA cell (gul stjärna) (Glutamat -> GABA -> Dopamin)[b]

Typiska antipsykotika (first generation)

Atypiska antipsykotika (second generation): Klozapin är det enda atypiska antipsykotika. Sen finns det andra second generation antipsykotika som man ibland kallat atypiska men som per definition inte är atypiska. De läkemedel som försöker efterlikna klozapin kallas atypiska antipsykotika.

I första hand

  1. Aripiprazol (2a generation, partiell D2 agonist och ger en stabiliserande effekt på dopaminnivåerna)
  2. Klozapin (2a generation)

Biverkningar av antipsykotiska läkemedel

Övriga indikationer för antipsykotika:

Typical antipsychotics have effects also on negative and cognitive symptoms, where the atypicals have no effect.

ADHD

Symptom:

Beror på brister i exekutiva funktioner:

Behandlingsstrategier:

Depression

Symptom depression:  → Överdödlighet och andra följdsjukdomar

Riskfaktorer:

Iproniazid (mot TBC)

Imipramin (antipsykotikum)

Monoaminhypotesen: depression beror på en funktionell brist på monoaminer

Behandling av depression:

Bipolär sjukdom

Epidemiologi: 1% av befolkningen

Stark ärftlighet

Debut runt 20-30 års ålder

Depressioner och manier/hypomanier

Stämningsstabiliserande medicinering: Litium.

Beroendeframkallande medel[d]

Droger aktiverar det mesolimbiska dopaminsystemet på olika sätt.

Hög koncentration av drog till hjärnan snabbt, snabbare tillslag desto mer beroendeframkallande.

Tolerans:

Psykoaktiva substanser:

  1. Opiater (Morfin, heroin)
  2. Centralstimulantia (Amfetamin, metamfetamin)
  3. Kokain
  4. Cannabinoider (Hash, marijuana, syntetisk cannabis)
  5. Hallucinogener (LSD, meskalin, psilocybin)
  6. Sedativa/Hypnotika (benzodiazepin läkemedel, alkohol)
  7. Nikotin

Opiater

Amfetamin

CNS effekt:

Verkningsmekanism:

Behandling:

Toleransutveckling till viss grad och kraftigt psykologisk beroende.

Abstinens: plågsam dysfori

Kokain

Akuta effekter i CNS:

Cannabinoider

Verkningsmekanism:

Biverkningar:

Abstinenssymptom: Huvudvärk, muskelvärk, snuva, sömnstörning, ökad drömaktivitet, ensamkänsla och depression.

Sedativa/hypnotika - Alkohol

Alkohol verkningsmekanism:

Farmakologisk behandling

Alkoholabstinens → krampanfall och delirium

Nikotin

Verkningsmekanism:

Effekt:

Abstinensbesvär: Yrsel, koncentrationsproblem, sömnsvårigheter, irritabilitet och ökad hosta.

Beroendet är kraftigt kopplat till ritualen vid intag.

Behandling:

Antiemetika läkemedel

Chemoreceptor trigger zone (CTZ) i area postrema är viktigast för reglering av kräkning. Kemoreceptorer i detta område kan leda till kräkningens effekter.

Antihistaminer

Muskarina antagonister

5-HT3 receptorantagonister

D2 receptorantagonister

Aprepitant, NK1 antagonister

IRAT/TRAT

Delayed response task: Får nån typ av stimuli och ska vänta lite innan man svarar på det. Något som kräver arbetsminne.

Applicering

Dopaminnivån stiger innan “akten”

Hebbian learning: Förstärkning mellan två synapser. → Signalen går snabbare

Om receptorer ändras i antal räknas det som synaptisk placsticitet.

Consolidation: Lagring av minne

Acquisition: Nytt minne

Extinction: Utsläckning av minne, behandling vid PTSD. Associerar händelse med “inget”. T.ex. råtta som har associerat en lampa med en stöt. Om man fortsätter att visa lampan om och om igen utan att det sker någon stöt kommer rädslan av stöten långsamt att försvinna.

[a]Lägga till i anki?

[b]Ej vedertagen, men försöker kombineras med dopaminhypotesen ovan.

[c]Ej i anki, ej i lärandemål?

[d]Anki