H14 Flashcards
Leren
Relatief permanente verandering in gedrag als gevolg van ervaring –> gedefinieerd op gedragsniveau
–> We nemen aan dat deze functionele gedragsveranderingen gerelateerd zijn aan structurele veranderingen in ons zenuwstelsel
Geheugen
Het vermogen om eerdere ervaringen te herinneren of te herkennen –> gedefinieerd op gedragsniveau
–> We nemen aan dat deze functionele gedragsveranderingen gerelateerd zijn aan structurele veranderingen in ons zenuwstelsel
Mentale representaties
Geheugen sporen/ memory traces als resultaat van fysieke verandering in brein op synaptisch (synaptogenese) als structureel celniveau (neurogenese)
NB: het brein veranderd de wereld, en de wereld veranderd het brein
Klassieke conditionering
- Neutrale stimulus koppelen aan ongeconditoineerde stimulus –> ongecoonditioneerde respons
- Neutrale stimulus wordt geconditioneerde stimulus –> geconditioneerde respons
- angst conditionering in amygdala
- motorische conditionering in basale ganglia/ cerebellum
NB: beide types conditionering zijn vorm van impliciet leren (onbewust)
Operante conditionering
- Leren door bekrachtiging
- gevolgen verhogen/verlagen kans op herhaling gedrag
–> bijv. knop indrukken (gedrag) krijgt eten (beloning)
NB: beide types conditionering zijn vorm van impliciet leren (onbewust)
Expliciet geheugen (declaratief)
- “bewust”
- semantisch (feitenkennis), episodisch (persoonlijk)
- “top-down” hogere-orde, conceptueel gedreven cognitieve processen
- weten DAT/WAT
- e.g. kennis voor een tentamen, bewust zoeken naar specifiek object en andere objecten negeren
Impliciet geheugen (procedueel)
- “onbewust”
- vaardigheden, gewoontes
- “bottom-up” aangestuurd door sensorische input (‘data-driven’)
- weten HOE
- e.g. gewoonten, vaardigheden als fietsen maar ook objecten kunnen herkennen
Verlies van expliciet geheugen
Geen bewuste herinnering WAT er gebeurde
Intact impliciet geheugen
(Bij verlies van expliciet)
Wel onbewust weten HOE incomplete figuren te herkennen
Anterograde amnesie
Geen opslag van nieuwe herinneringen
Retrograde amnesie
Verlies van bestaande herinneringen (kan ook incompleet zijn)
Syndroom van Korsakoff
Retrograde en antergrade amnesie met aangetast korte termijn geheugen (progressief)
- door langdurig vitB1 (thiamine) tekort, meestal door langdurige kwalitatieve ondervoeding icm chronisch alcohol misbruik
- afsterven cellen in tussenhersenen, waaronder mediale thalamus en corpora mammillaria in hypothalamus, ook corticale atrofie (algeheel verlies van hersenweefsel)
NB: Mensen met Korsakoff hebben weinig ziekte-inzicht en vaak geen besef van hun beperkingen (frontaalkwab dysfunctie vanwege atrofie) –> verzinnen vaak plausibele verhalen over dingen die ze hebben meegemaakt gebaseerd op echte ervaringen uit het verleden
Consolidatie van geheugen
- Encoderen
- Opslag (storage)
- Ophalen (recall)
Encoderen
Consolidatie van geheugen
Fragiele staat, sterke competitie van bestaande en nieuwe herinneringen en daardoor groot risico op uitwissen of ‘vervliegen’ (meestal overdag)
Opslag (storage)
Consolidatie van geheugen
Relatief permanente representatie, vereist structurele veranderingen in de hersenen –> essentieel om dingen te leren (meest effectief in prikkelarme omgeving/slaap)
Ophalen (recall)
Consolidatie van geheugen
Ophalen van herinneringen, integratie met bestaande herinneringen, open voor verdere consolidatie –> re-consolidatie (meestal overdag, misschien ook tijdens slaap)
NB: dezelfde ruimte gebruiken om te studeren reduceert waarschijnlijk de kans op ongewenste veranderingen van herinneringen (kennis) ten gevolge van re-consolidatie
Lokaliseren van geheugensporen
Karl Lashley
- Zocht 30 jaar lang (1920-1950) naar de locatie van fysieke geheugensporen ‘memory traces’ in de hersenen
- Hij maakte duizenden (!) verschillende laesies in het brein van ratten en bekeek vervolgens wat het effect daarvan was op het geheugen (fysiologische psychologie)
- Hij vond niet waar de geheugensporen zich precies bevinden
- Hij vond wel een relatie tussen de omvang van de laesie en de ernst van de geheugenproblemen
- Conclusie: geheugen kan niet worden toegeschreven aan één specifiek hersengebied, maar lijkt gedistribueerd te zijn over meerdere hersengebieden
Neuroanatomie kortetermijngeheugen
reverberatie –> ‘resonerende’ actiepotentialen
- Vooral frontaalkwab (prefrontale cortex)
Neuroanatomie langetermijngeheugen
consolidatie –> structurele veranderingen
Neuroanatomie expliciet geheugen
- Vooral mediale temporaalkwab (waaronder hippocampus en amygdala)
- Semantisch: default mode network
- Episodisch: hippocampus, ventromediale
prefrontale cortex (vmPFC)
Neuroanatomie impliciet geheugen
Vooral basale ganglia (motorisch leren), ook cerebellum
Patient HM
- Ernstige epilepsie met oorsprong in mediale temporaalkwab
- Chirurgie: bilaterale hippocampectomie
Na operatie
- Ernstige anterograde amnesie (geen nieuwe herinneringen)
- Weinig of geen retrograde amnesie (intacte oude herinneringen)
- Weinig of geen problemen met impliciet geheugen (intacte vaardigheden)
Conclusie
Hippocampus bevat een mechanisme om nieuwe herinneringen “op te slaan” in expliciet geheugen
NB: operatie veroorzaakte niet alleen laesies in hippocampus, maar ook omliggende structuren in mediale temporaalkwab, waaronder amygdala
Anatomie mediale temporaalkwab
Connecties in mediale temporaalkwab zijn wederkerig -/> tweerichtingsverkeer
Perirhinale cortex
visueel obiect geheugen (input van visuele ventrale stroom)
Parahippocampale cortex
visuospatieel geheugen (input van pariëtale gebieden)
Entorhinale cortex
integratie van visueel geheugen (eerste symptomen Alzheimer)
Hippocampus
voornamelijk spatieel geheugen (plaatsen, object locaties)
Neurale plaatsbepaling
- Place cellen in hippocampus vuren alleen als het dier op een bepaalde plaats is, onafhankelijk van (hoofd)oriëntatie
- Head direction cellen in hippocampus vuren wanneer het hoofd in een specifieke richting staat (vestibulaire systeem)
- Grid cellen in entorhinale cortex vormen een virtueel raster ‘grid’ om de omvang van de omgeving in te schatten
- Border cellen in entorhinale cortex vuren alleen bij randen en grenzen van de omgeving
Neurale netwerken voor expliciet geheugen
Prefrontale cortex reverberatie (van actiepotentialen)
- Kortetermijngeheugen, recentheid, volgorde van events
- Frontaalkwab ontvangt input van alle sensorische systemen
- Bevat veel multimodale cellen die complexe informatie verwerken.
Neurale netwerken voor expliciet geheugen
Prefrontale cortex naar mediale temporaalkwab
Van kortetermijngeheugen naar langetermijngeheugen
Wederkerige connecties –> bi-directioneel ‘tweerichtingsverkeer’
Neurale netwerken voor expliciet geheugen
Mediale temporaalkwab projecteert terug naar neocortex
- Houdt ervaringen ‘in leven’: neurale representatie van ervaringen overleeft de daadwerkelijke ervaring –> We blijven ons bewust van hetgeen verwerkt wordt en is opgeslagen (maakt ophalen van herinneringen uit expliciet geheugen mogelijk)
Geheel verlies van expliciet geheugen
Clive Wearing (“30-second Clive”)
Symptomen
- Anterograde amnesie
- Retrograde amnesie
- Ernstige beperkingen kortetermijngeheugen (—30 seconds)
Oorzaak
- Schade aan de hippocampus, temporaalkwab en frontaalkwab ten gevolge van herpes simplex virusinfectie in het hersenweefsel (encefalitis)
NB: nog wel in staat om piano te spelen en nieuwe stukken te leren, dus impliciet geheugen nagenoeg intact –> dissociatie tussen impliciet en expliciet geheugen
Patient JK
- Bovengemiddeld intelligent (ingenieur)
- Gediagnostiseerd met ziekte van Parkinson
- Basale ganglia dysfunctie
Symptomen
- Intact expliciet geheugen (dagelijkse gebeurtenissen, lange termijn)
- Beperkingen in impliciet geheugen (vaardigheden, gewoontes) Bijv: kon niet onthouden hoe het licht aan te zetten, of welke afstandsbediening bij welk apparaat hoorde.
Conclusie
Basale ganglia belangrijkste hersenstructuur voor impliciet geheugen
NB: J.K. veel minder goed onderzocht dan H.M.
Neurale netwerken voor impliciet geheugen
Neurale connecties voor impliciet geheugen zijn uni-directioneel –> ‘eenrichtingsverkeer’
NB: geen terugkoppeling naar neocortex –> impliciet geheugen is onbewust
Substantia nigra zorgen voor de ‘brandstof’ voor basale ganglia (dopamine)
Basale ganglia worden beschouwd als de ‘volumeknop’ van motorische hersengebieden –> impliciet geheugen (vaardigheden, gewoontes) is gelinkt aan actie
Neurale netwerken voor emotioneel geheugen
Amygdala is essentieel voor emotioneel geheugen: –> beoordeelt sensorische informatie op emotionele en motivationele betekenis
Emotioneel geheugen kan zowel expliciet als impliciet zijn (specifieke angst (expliciet), gegeneraliseerde angst (impliciet))
NB: exacte neurale mechanismes van emotioneel geheugen grotendeels onbekend
Laesies in amygdala: geen emotioneel geheugen, maar intact expliciet en impliciet geheugen
Grid cellen
Grid cellen in entorhinale cortex vormen een virtueel raster ‘grid’ om de omvang van de omgeving in te schatten
Place cellen
Place cellen in hippocampus vuren alleen als het dier op een bepaalde plaats is, onafhankelijk van (hoofd)oriëntatie
Border cellen
Border cellen in entorhinale cortex vuren alleen bij randen en grenzen van de omgeving
Head direction cellen
Head direction cellen in hippocampus vuren wanneer het hoofd in een specifieke richting staat (vestibulaire systeem)
Long Term Potentiation
Sterke ‘burst’ van hoge-frequentie stimulatie (e.g. 100 Hz) veranderd synaptische transmissie dusdanig dat daaropvolgende zwakke stimulatie een grotere EPSP induceert (tot —90 min daarna)
- Verbetert de transmissie tussen bestaande synapsen (verhoogt neurotransmitter afgifte)
- Verbetert communicatie tussen neuronen (verhoogt post-synaptische sensitiviteit)
Long-Term Potentiation (LTP)
AMPA
AMPA receptoren reageren op zwakke stimulatie en produceren een initiële EPSP –> Na+ influx
Long-Term Potentiation (LTP)
NMDA
NMDA receptoren worden normaal gesproken geblokkeerd door magnesium ionen
LTP
LTP –> potentieel cellulair mechanisme voor Ieren en vormen van nieuwe herinneringen
- AMPA receptoren reageren op zwakke stimulatie en produceren een initiële EPSP –> Na+ influx
- NMDA receptoren worden normaal gesproken geblokkeerd door magnesium ionen
- Sterke ‘burst’ van hoge-frequentie stimulatie (e.g. 100 Hz) kan magnesium ionen verwijderen van NMDA receptoren
- NMDA receptoren reageren nu ook op zwakke stimulatie –> influx van Ca2+ –> second messenger –> functionele toename en/of toename in aantal AMPA receptoren –> grotere EPSP
NB: Sterke burst van lage-frequentie stimulatie (e.g. 5 Hz) resulteert in kleinere EPSP = Long-Term Depression (LTD)
LTD
LTD – > potentieel cellulair mechanisme voor wissen van bestaande herinneringen
Synaptogenese
Modificatie van bestaande netwerken
neurogenese
Creatie van nieuwe cellen en netwerken
- Hippocampus en reukorgaan (‘olfactory bulb’)
Neurale plasticiteit –> omgevingsinvloeden
Opgroeien in een ‘verrijkte omgeving’ leidt tot structurele veranderingen:
- toename in hersengewicht (—10%)
- groter dendritisch netwerk (‘boom’)
- meer dendritische uitsteeksels (‘spines’)
- meer bloedvaten
NB: toename in connectiviteit kan het gevolg zijn van toename in sensorische, motorische en sociale ervaringen geïnduceerd door verrijkte omgeving
Neurale plasticiteit –> motorisch leren
Experimenteel bewijs
- Training van fijne motorische vaardigheden verandert de somatotopische organisatie in de motorische cortex: –> Grotere representatie van de vingers na training van moeilijke motorische taak versus eenvoudige taak
Observaties in mensen
- E.g., grotere motorische gebieden (corticale representatie) voor vingers van linkerhand bij professionele vioolspelers versus controles –> kan worden gedemonstreerd met TMS, MEG, MRI
Fantoompijn
Perifere stimulatie van het gezicht produceert sensatie van aanraking in geamputeerde arm
Ontstaat doordat ‘ongebruikte’ (“afgesneden”) gebieden in de somatosensorische cortex (bijv: voor geamputeerde arm) na verloop van tijd reageren op input van aangrenzende gebieden (bijv: voor het gezicht) –> op corticaal niveau is het ‘armgebied’ nu gelinkt aan het gezicht
Voorbeeld van corticale reorganisatie
Neurale plasticiteit — chemische en hormonale invloeden
Hormonen
Kunnen synaptische organisatie beïnvloeden
- Langdurige blootstelling aan hoge niveaus van glucocorticoïden (stresshormonen) kan leiden tot celdood in hippocampus
- Estrogeen fluctuaties (menstruatie cyclus) kan aantal dendritische uitsteeksels (en synapsen) beïnvloeden
Neurale plasticiteit — chemische en hormonale invloeden
Neurotrofe factoren
- Stimuleren ontwikkeling van stamcellen in neuronen of gliacellen
- Induceren ook synaptische (re)organisatie
Neurale plasticiteit — chemische en hormonale invloeden
Psychoactieve middelen/psychofarmaca
Sensitisatie t.g.v. herhaaldelijke inname van farmaca kan gedragseffect verhogen door toename in dendritische uitsteeksels –> “drug-induced behavioral sensitization” (bijv: in amfetamine)
Neurale plasticiteit — herstel na hersenbeschadiging
“The three-legged cat”
- Gedragsaanpassingen, e.g., Ieren schrijven met linker i.p.v. rechterhand
- Nieuwe manieren aanleren om problemen op te lossen –> compensatie strategieën
Neurale plasticiteit — herstel na hersenbeschadiging
Reorganisatie van bestaande neurale circuits
- Interventies: (cognitieve)gedragstherapie, neurotrofe farmaca, hersenstimulatie, deep brain stimulation (DBS)
- Leren om meer te doen met minder neuronen –> bijv: constrained-induced therapy
Neurale plasticiteit — herstel na hersenbeschadiging
Vervangen van beschadigde neuronen
- Transplantatie van foetale stamcellen van geaborteerde embryo’s –> vooralsnog alleen matig effect, veel ethische issues
- Meer recentelijk: transplantatie van eigen stamcellen of stimulatie van bestaande stamcellen in sub ventriculaire zone –> nog in (dier)experimenteel stadium (e.g. diermodellen van Parkinson)
