Idegi hálózati lehetőségek,

A kognitiv rendszer zavarai. Bevezetés A hangzatos cím azt a benyomást keltheti az olvasóban, hogy a fejezet felöleli a pszichiátriai és a neurológiai betegségek következtében kialakuló kognitív zavarok szinte összes területét.

Őszintén be kell vallani, hogy a jelen fejezet ennél sokkal szerényebb vállalkozást takar. A fejezet anyaga nem fogja azt a szemléletet tükrözni, amit elsősorban a cím sugall, hogy léteznek a fejünkben úgynevezett, jól elkülönült kognitív rendszerek.

A Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Kar Agykérgi Neuronhálózatok Kutatócsoport vezetőjétől azt is megkérdeztük, miként bizonyították, hogy az emberi agy jelentősen különbözik az állatokétól. Mikor nyílt lehetőség az emberi agy hasonló vizsgálatára? A legelső kísérletek idején, szinte az első pillanatban robusztus jelét láttuk annak, hogy az emberi agykéregben szupererős idegsejtkapcsolatok biztosítják a rendkívül hatékony információáramlást.

Ez a nézet egy sajátos filozófiai szemléletet tükröz. Ez a szemlélet a funkcionalizmus.

Alapvető fontosságú agyi hálózatot fedeztek fel magyar kutatók

A funkcionalizmus azt vallja, hogy kognitív képességeink, sőt saját tudatunk független az agytól. Ez az elmélet azt tartja, ha megértjük, hogyan is működik megismerésünk kognitív képességünkakkor az szinte korlátlanul átültethető, implementálható más fizikai entitásba, például egy komputerbe.

Ha valaki manapság az interneten rákeres a kognitív rendszerek címszóra, akkor meglepődve tapasztalja, hogy a komputertudományok világába csöppen. Tény és való, hogy a modern komputertudomány és a mesterséges intelligencia kutatás képes egész fejlett megismerő ágenseket létrehozni, ezek azonban messze elmaradnak az emberi tudat és lelki működés képességeitől.

idegi hálózati lehetőségek

Bár igaz az is, hogy ezen tudományok azt is jósolják, hogy pár évtizeden belül gondolkodó gépeink lesznek, melyek felül fogják múlni az emberi értelmet.

Lehetséges, hogy így van. Hogy mit hoz a idegi hálózati lehetőségek, azt senki sem tudja. Azonban azt is el kell mondani, hogy ezek a gépek merőben más, nem emberi intelligenciát fognak képviselni. Természetesen nem tagadom, hogy léteznek kognitív képességek. Ilyen a nyelv, a gondolkodás, a memória, figyelem, hogy csak párat említsek.

Ezek zavarairól egyetlen fejezetben írni megint csak óriási vállalkozás lenne. Ezen kognitív képességek zavarairól más fejezetekben találhat az olvasó bővebb információt. Az is igaz, és ezzel a cím másik nézetével egyet kell értenem, hogy a modern neuropszichológia és idegtudomány rendszerszemléletű.

idegi hálózati lehetőségek

Mikor Paul Broca francia orvos, sebész és antropológus leírta Tan páciensének esetét, Broca a lokalizációs nézet megszületésénél bábáskodott. A lokalizácionizmus nézete szerint bizonyos kognitív funkciók jól körülírt agyi területhez kapcsolódnak. Broca motoros afáziás eseténél leírta, hogy a betegnél tapasztalható beszédképtelenség a frontális lebeny alsó részének sérüléséhez kapcsolódik.

idegi hálózati lehetőségek

Wernicke betege képes volt folyékonyan beszélni, csak a hozzá intézett beszédet nem értette. A lézió helye a bal temporális lebeny felső és hátsó részében volt.

Mindkét eset arra engedett következtetni, hogy a beszédértésért és kivitelezésért jól körülírható területek felelősek. John Hughlings Jackson a brit neurológia atyja később módosította a klasszikus lokalizációs elméletet. Nézete szerint a kognitív, mentális funkcióknak hierarchikusan rendeződött idegrendszeri háttere van.

Ha valamelyik magasabb központ kiesik, az alacsonyabb rendű központok átvehetik annak működését.

idegi hálózati lehetőségek

Ez a hierarchikus lokalizációs elmélet. Később Wilder Graves Penfield kanadai Nobel díjas idegsebész visszatért az eredeti lokalizációs tanhoz, szerinte minden funkcióért egy jól körülírható terület felelős. A mai modern idegtudomány és neuropszichológia nem lokalizácionista a fenti, régi értelemben. Egyrészt úgy tekint a kognitív funkciókra, hogy azok nem választhatók el az agytól.

Sőt a modern neuropszichológia azt idegi hálózati lehetőségek nézetet vallja, hogy kognitív képességeink mögött nagyskálájú neuronális hálózatok állnak, vagyis nem egyetlen, hanem több egymással összekapcsolt központ alkotta rendszer alakítja ki az emberi elme kognitív képességeit.

  • Mondd el a bináris opciók stratégiáját
  • Részvényopció videó
  • Mi a különbség az idegi hálózat és a logisztikus regresszió között?
  • Felejtenünk kell ahhoz, hogy tanuljunk
  • Alapvető fontosságú agyi hálózatot fedeztek fel magyar kutatók

Ezt a szemléletet a diaskízis nevezetű jelenség is támogatja. Egy agyi terület léziója idegi hálózati lehetőségek területtel összekapcsolt másik agyi terület funkcióját is rontja. Utalok itt a neglekt fejezetre, ahol említésre került, hogy a jobb subcortikalis területek léziója azért hoz létre kontralateralis téri hemineglektet, mert az általuk ellátott neocortikalis területek aktivációja csökken.

Másrészről, a modern képalkotó eljárásokkal végzett vizsgálatok is alátámasztják a nagyskálájú neurális hálózatok létezését. Rendszerszemlélet A modern neuropszichológia és idegtudomány rendszerszemlélete azt tükrözi, hogy az agy területei egymással többszörösen összekapcsolt hálózatokat hoznak létre.

idegi hálózati lehetőségek

Agyunk különböző hálózati rendszerei többféle kognitív funkció kialakításában vesznek részt. A rendszerelmélet már a negyvenes években bekerült a tudomány látómezejébe. Bár a kibernetikát a mérnöki tudományokban használják, a mögötte álló rendszerszemléletet a pszichológiában és az idegtudományokban széleskörűen használják. A rendszerszemlélet kimondja, hogy egy rendszer nem azonos részeinek összegével. A részek egymáshoz kapcsolódása következtében valami új születik, melyet rendszernek nevezünk.

A részek egymáshoz kapcsolódása következtében valami új születik, melyet rendszernek nevezünk A rendszerben felbukkanó viselkedés nem vezethető le csak a részek önálló viselkedésére, hanem az a részek összekapcsolódási dinamikájából is idegi hálózati lehetőségek. Tehát, ahhoz, hogy megértsünk egy rendszert, szükséges a rendszert felépítő részek és azok kapcsolatainak ismerete. A rendszerben a kapcsolatok serkentők vagy gátlók lehetnek.

Egy építőkő gátolhatja vagy serkentheti a másik építőkő működését. Ebből fakadt az a felismerés, hogy a rendszerekben idegi hálózati lehetőségek, visszajelzés és kontroll valósul meg.

Pozitív feedback esetén a rendszer építőkövei egymást serkentik, míg a negatív feedback esetén az egyik vagy több építőkő egymás működését gátolja.

A pozitív és negatív feedback arányának megteremtése lehetőséget ad arra, hogy a rendszer önmagát szabályozza, és megelőzze a túlműködést vagy a teljes működésleállást. Azt az elméletet, mely szerint minden rendszer önszabályozó és így egy bizonyos stabil állapotot, homeosztázist tart fenn, elsőrendű kibernetikának hívjuk.

Az emberi elme leginkább lineáris-okságot tételez idegi hálózati lehetőségek a természet működésében. A lineáris-okság azt mondja ki, hogy egy adott ingerre mindig egy bizonyos jelforrások bináris opciókhoz jelenik meg. A rendszerelmélet azonban megkérdőjelezi a lineáris-okságot a rendszeren belül.

A rendszeren belül végső okot keresni nem érdemes. A rendszer komponensei egymással összekapcsolt állapotban vannak, így ezen komponensek minden válasza egyben inger is. Körkörös, cirkuláris-okság létezik a legtöbb rendszerben. A cirkuláris-okság már az egész rendszert nézi, nem azt vizsgálja, hogy a rendszer melyik komponense felelős a kialakított viselkedésért, hanem azt elemzi, hogy a rendszert felépítő komponensek együtt hogyan viselkednek egy adott környezeti kontextusban.

Mindez természetesen az idegrendszerre is teljes mértékben igaz. Felvetődik a kérdés, hogy az agyban milyen rendszerek fordulnak elő? Neurális hálózat Az agy több rendszerből épül fel.

Ide tartozik az idegsejteket alkotó gének és molekulák, receptorok rendszere. Ezzel a molekuláris szinttel a jelen fejezetben nem foglalkozunk, ez a molekuláris biológia és az élettan feladata. A neuronok a szinapszisokon keresztül kapcsolódnak össze egymással, és egy nagyobb rendszert, a neurális hálózatot fognak alkotni.

A neurális hálózat hírek bináris opciókban képes kognitív funkciók ellátására, így röviden érdemes ennek az alapjait megtárgyalni. Egy agyi neurális hálózat sejtekből és az őket összekapcsoló axonokból, dendritekből, illetve szinapszisokból áll.

Az agyban lévő neurális hálózatokban általában egy neuron több másik neuronnal is kapcsolatban áll. A neurális hálózat nem sorosan dolgozik, mint egy komputerchip, hanem benne az információfeldolgozás alatt minden neuron egyszerre működik. Az információ szétosztottan helyezkedik el a hálózatban.

A neurális hálózatokban az információtárolást a hologramokhoz szokták hasonlítani. A holográfiát Gábor Dénes Nobel-díjas fizikus fedezte fel ben. A holográfia során bizonyos hordozóanyagokon háromdimenziós képeket tudunk tárolni. Ha a hordozó idegi hálózati lehetőségek, érdekes módon darabjai szintén tartalmazzák a teljes képet. A hologram hordozó az információt szétosztva tárolja. Az agy információhordozói a neuronok, illetve a neuronális hálózatok. Ha a neuronhálózat néhány sejtje, szinapszisa kiesik, nem történik semmi, mert a többi épen maradt neuron és a közöttük lévő szinapszis, csak úgy, mint a darabokra tört hologram, ellátja a feladatát.

A neuronok mellett a hálóban a másik legfontosabb komponens a szinapszis. Mai tudásunk alapján, a memórianyomok a szinapszisokban tárolódnak, a szinapszisok erősödése és gyengülése pedig a tanulás molekuláris alapjait teszi lehetővé.

Ebből egyből látszik, hogy a neuronális hálózat képes a tanulás és memória, figyelem kognitív képesség alapjait ellátni. Az agy neuronális hálózatai azonban nem egymagukban állnak.

Nagyskálájú agyi hálózatok Az agyban lévő lokális neuronok és azok hálózatai nagyobb régiókba tömörülnek. Így jönnek létre az agyi lebenyekben található különböző feladatra specializálódott központok.

Az eredeti lokalizációs felfogás szerint ezek a helyi központok önmagukban képesek az adott kognitív funkció ellátásra. A jelenlegi tudásunk szemével nézve dolgot, a helyzet ennél sokkal bonyolultabb.

A mai szemlélet hálózat- és rendszerközpontú. Idegi hálózati lehetőségek különálló központok struktúrájának tekinti az agyat, hanem ezen központok összekapcsolt hálózatának, integrált rendszernek.

A modern képalkotó eljárások, statisztikai és matematikai eljárások kifejlődése lehetővé tette annak feltárását, hogy ezek a központok, régiók egymással összekötetésben állnak, és egy nagyobb rendszert hoznak létre. A regionális hálózat egymással összekapcsolt szuperhálózatát nevezzük nagyskálájú agyi hálózatnak. Manapság a hálózatok vizsgálata és tudománya áthatja a modern tudomány számos mezejét. A szociológiától a rendszer biológiáig számos területen vizsgálják a hálózatok struktúráját és funkcióját.

Ennek a szemléletnek a matematikai háttere a gráf-elmélet. A gráf-elmélet a rendszerek matematikai leírását adja. Egy rendszer matematikai leírásának alapja a gráf, a hálózat, mely csomópontokból és azokat összekötő élekből áll. Az élek lehetnek irányítottak — ilyenkor meg van szabva, hogy az információ mely nóduszból melyik nódusz fele áramolhat — illetve lehet nem-irányított. Idegi hálózati lehetőségek másik fontos gráf-tulajdonság, hogy a gráf lehet véletlen, random vagy nem-random összekapcsolt.

A véletlen hálózatok elemzésében két matematikus Erdős Pál és Rényi Alfréd járt az élen. A véletlen gráf nagymértékben demokratikus. Minden nódusznak nagyjából ugyanannyi kapcsolata van.

Minden nódusz kapcsolatainak száma egy haranggörbe eloszlást mutat. Vagyis a véletlen gráfban egy nódusz kapcsolatainak száma az átlag kapcsolat értéke körül mozog. A nem-véletlen gráfban, mint amilyen az agy vagy az internet, azonban nem ez a helyzet. Az agy hálózatai kisvilág architektúrát mutatnak small-world architecture.

Kisvilág hálózatok A matematikai gráf-elmélet fogalmait kölcsönvéve minden nagyskálájú agyi hálózat nóduszokból, agyi régiókból és az adott nóduszokat összekapcsoló élekből áll konnektivitás. Az agyi hálózatok összekapcsoltságának konnektivitásának két fő tulajdonságát különböztetjük meg.

Egyrészt az agyi régiók idegi hálózati lehetőségek összekapcsoltak, vagyis a neurális nóduszok között fizikai kapcsolat létezik.

idegi hálózati lehetőségek

A funkcionális konnektivitás a fizikailag összekapcsolt nóduszok interakciójának dinamikáját írja le. Fontos tulajdonság, hogy a nagyskálájú hálózatban az agyi régiókban lévő hálózatok, illetve az agyi régiók is úgynevezett clusterekbe, közösségekbe tömörülnek, és ezek a clusterek egymással össze vannak kapcsolva.

Így a nagyskálájú hálózatok egyik statisztikai jellemzője a clusterezettség foka. A clusterezettség foka azt mondja meg, hogy a régiók lokális nóduszai milyen fokban alkotnak egy közösséget. A idegi hálózati lehetőségek architektúrájú hálózatok clustereiben a lokális nóduszok egymással rövid összeköttetésékkel kapcsolódnak, míg a cluesterek között hosszú távú kapcsolatok is léteznek.

Egy kisvilág hálózatban található olyan nódusz, cluster, mely az átlag összeköttetések számánál nagyobb összeköttetéssel rendelkezik. Ezeket hívjuk huboknak. Az agyi huboknak fontos szerep jut. Általában különböző területekről származó információ integrálásában vesznek részt.

A kisvilág hálózatban egy pont, nódusz, nem feltétlenül szomszédos a nódusszal, de a tőle távoli nóduszokat, főleg a hubokon keresztül elég gyorsan elérheti. A kisvilág típusú hálózatokat világunk szinte minden területén megtaláljuk. Ilyen hálózat az Internet, bárminemű szociális network, transzport rendszerek, protein-protein, gén-gén interakciót bonyolító hálózatok.

Felvetődik az újabb kérdés, hogy az agyban milyen nagyskálájú, komplex hálózatok vannak elrejtve. A funkcionális képalkotó eljárások és az általuk kapott eredmények szofisztikált matematikai analízisének fejlődésével lassan kibontakozott az a kép, hogy nagy vonalakban az agy kétfajta nagyskálájú hálózatot tartalmaz. Az egyik feladat-pozitív hálózat task-positive networka másik az úgynevezett nyugalmi, alapállapotú hálózat default-mode networkmelyet idegi hálózati lehetőségek hálózatnak is nevezünk.

A feladat-pozitív hálózatok, ahogy a nevük is mutatja, valamilyen kognitív feladat elvégzése alatt aktívak, míg az alapállapotú hálózatok főleg nyugalomban mutatnak aktivitást az fMRI vizsgálat alatt. Az alapállapotú hálózatok normál funkciója és diszfunkciója Az alapállapotú hálózat éber, tudatos nyugalmi állapot alatt aktív, mely során a személy mentális képeket, gondolatokat, hosszú távú emlékeket hív elő saját magáról, és közben nem vesz részt mentális erőfeszítést igénylő figyelmi feladatokban.

Úgy tűnik, hogy az alapállapotú hálózat az én-tudat kialakításában is fontos szerepet játszik.

Fontos információk