Sinnen i samverkan Sensory integration and interference

1. Sinnen i samverkanSensory integration and interference Bo Rydqvist, Institutionen för Fysiologi & Farmakologi, Karolinska Institutet • Innehåll: • Introduktion • Integration av sensoriska modaliteter. • Associativa kortex. • Direkt samverkan mellan sinnen • Synestesi • Habituering • Referenser

2. Inledning Representationen av sensorisk information, som är av avgörande betydelse för att skapa en effektiv bild av den omgivande världen, har varit en kraftfullt drivande kraft i utvecklingen. Nu levande organismer har en imponerande uppsättning av specialiserade sensoriska system som tillåter dem att samtidigt analysera en mängd information från omgivningen. Denna parallella bearbetning av multipla intryck möjliggör inte bara en effektiv detektion av stimuli men också, eftersom varje karakteristika av föremålet förmedlas av specifika nervbanor, en ökad sannolikhet att föremålet identifieras korrekt. Så kan stimulus som är lika i en fysikalisk dimension, tex hur de låter, identifieras på grundval av en andra fysikalisk dimension, tex hur det ser ut. Men om en koherent representation av omgivningen skall åstadkommas och ett ändamålsenligt svar skall genereras måste hjärnan/nervsystemet syntetisera informationen som kommer från de olika modaliteterna (sinneskanalerna). Organismen åstadkommer detta genom att receptorerna som aktiveras så småningom via specifika nervcells grupper konvergera på nervcellsgrupper som hämtar information från flera modaliteter.

3. Banor för sensorisk information till kortex Primära sensoriska neuron till rygg-märgen Bansystem som leder information till thalamus den centrala sensoriska omkopp-lingsstationen Banor från thalamus till de primära sen-soriska kortex-områdena Kandel, E. Schwartz, J.H., Jessel, T.M. Principles of neural science. McGraw-Hill, New York, 2001

4. Integration av sensorisk information från olika modaliteter • primär sensorisk kortex, tex visuell, taktil, etc • unimodal associativ kortex, tex visuella för färg, form, rörelse • multimodal associativ kortexarea, integration av mer än en sensorisk modalitet Kandel, E. Schwartz, J.H., Jessel, T.M. Principles of neural science. McGraw-Hill, New York, 2001

5. Principer som styr associationsareorna • Sensorisk information processas genom bansystem som för informationen till specifika sensoriska areor, unimodala associationskortex, till multimodala associationskortex i den posteriella delen av hemisfärerna: de bakre parietala och temporala delarna. • Sensorisk information som representerar olika modaliteter konvergerar på kortikala areor som integrerar informationen till polysensoriska händelser. • De bakre associationsareorna som processar sensorisk information är kopplade till främre associations areor som planerar rörelser: konverterar planer för beteende till konkreta motoriska program. De multimodala areorna kan uppdelas i specifika areor för tex analys av ansiktsformer, spatial igenkänning av föremål, läsa ord etc.

6. Associationsareor - samverkan Hos nyfödda och små barn är dessa specifika areor hopkopplade men med ökande ålder kommer de att dissocieras genom att synaptiska förbindelser elimineras. Vissa hypoteser hävdar att grunden till tex synestesi ligger i bibehållen kontakt mellan olika kognitiva moduler. Flera forskare har också hävdat att alla människor i unga år upplever synestesi och att barn i allmänhet har mindre differentiering mellan sinnena. Intressant forskningsområde speciellt med hänsyn till olika media-uttryck vad gäller barns upplevelser.

7. Reticular activating system • De flesta sensoriska system i det somato-sensoriska systemet och det autonoma sensoriska systemet verkar gemensamt via det sk retikulära aktiveringssystemet: • afferenta primärsensoriska neuron till ryggmärgen • 2:a ordningens neuron till hjärnstammen (formatio retikularis) • till thalamus och vidare spridning generellt till hela cortex. • Funktion: att höja vakenheten generellt. Viktig komponent för reglering av vakenhet och sömn. • Smärta det mest effektiva sensoriska system för att höja vakenheten.

8. Selektiv uppmärksamhet avgör vilka sinnesintryck som registreras Neuron i posteriella associativa kortex hos en apa svarar intensivare om apans uppmärksamhet är riktad mot föremålet. Kandel, E. Schwartz, J.H., Jessel, T.M. Principles of neural science. McGraw-Hill, New York, 2001

9. Stroop effekt Beskriver kognitiv interferens av sensoriska information. En dimension av ett stimulus interfererar med en behandlingen av en annan dimension. När tex en försöksperson personer skall ange färgen på orden av färgerna blir svaren långsammare om färgen är inkongruent med ordet av färgen tex blå färgat rött. RödBlåGulGrön Blå RödGulGrön HundBokFönsterStol

10. Direkta förbindelser mellan sensoriska systemVestibularis - Synen Kandel, E. Schwartz, J.H., Jessel, T.M. Principles of neural science. McGraw-Hill, New York, 2001 Rydqvist m.fl. Vestibulär Nystagmus - snabb ögonrörelse

11. Övre och undre kollikeln kopplar om syn (övre) och hörsel (undre) Kandel, E. Schwartz, J.H., Jessel, T.M. Principles of neural science. McGraw-Hill, New York, 2001 • Ett flertal axon (subpopulation ganglieceller) passerar laterala knäkroppen och ”landar” i övre kollikeln. Axoner av kortikala celler i visuella kortex ”landar” också i övre kollikeln. • Övre kollikeln tar också emot signaler från: • Somatosensoriska – taktil etc • Fibrer från hörselsystemet !!! (från undre kollikeln) • Övre kollikeln skickar fibrer till synkortex (18,19) • Funktion osäker • Orientering av huvudet med utgångspunkt från visuella eller hörselstimuli. • Vissa ögonrörelser • Viss kvarvarande syn efter förstörelse av synkortex.

12. Synestesi Med synestesi menas att samtidigt som man upplever en sensorisk modalitet man också samtidigt upplever en annan modalitet. Tex att se färger då man hör en ton. Förekommer hos 1:2000 till 1:25000 högre hos barn. Kanske vanligare. Vanligare hos kvinnor än hos män. Genetiska faktorer av betydelse Synestetiska exempel A.R. Luria. The Mind of a Mnemonist 1967, 1987: S : Journalist som hade ett enormt minne. Han hade förmåga att upprepa extensiva nummerserier, stavelser formler etc. Han hade förmåga att minnas dem under lång tid! Han hade också synestetisk förmåga: Tex testades han med toner: 30 Hz, 100 dB = “han såg en remsa 12-15 cn vid, färg gammalt ärgat silver - senare förvandlades bandet tll glänsande stål - ytterligare senare ändrades färgen till skymmning

13. Synestesi 2 50 Hz, 100 dB = “ “S såg en brun remsa mot en mörk bakrund som hade tunglika röda kanter. Han kände smak som söt och sur borscht, en smak som omfattade hela tungan 3000 Hz, 128 dB = tvättsvabb i häftiga färger medan stången delades i flera bitar. Röster = tex “vilken crumbly gul röst ni har” Andra exempel från personer med synestesi: Tisdag är gul. Jag har en allmän känsla (awareness) av gulhet i relation till ordet. Jag undviker att spela vanligt C då jag spelar piano eftersom tonen har en sådan jordig, svampig lukt som jag inte gillar Cytowic: “The man who tased shapes” - smaker har form. (Fler exempel i artikeln Nature Review Neuroscience)

14. Synestesi 3 • Synestesi har också rapporterats i samband med: • vissa neuropatologiska tillstånd: epilepsi speciellt temporallobs-EP ger ofta komplexa synestesier - ofta baserade på minnen. • i samband med droger - hallucinatoriska (LSD, mescalin etc) • sensory deprivation (Lilly´s “tranquility tank”) • mindre omfattande sensorisk förlust kan ge sensoriska “hallucinationer” - synestesier. Tex nedsatt syn eller hörsel ger ofta syn respektive hörselhallucinationer. Så har tex upplevelser att telefonen ringer då man står i duschen.

15. Aktivering av kortex vid färgseende, föreställning av färg och färgsynestesi. Tester för att undersöka färgsynestesi är varianter på Stroop-effekten. Jfr Fig 2, Artikel Nature Reviews, Neuroscience.

16. Kognitiv modell för färggrafisk och färgfonemisk synestesi Modellen baseras i huvudsak på den modulära uppbyggnaden av vårt medvetande (se tidigare) Rich, A.N. & Mattingley, J.B. Anomalous perception in synaesthesia: A cognitive neuroscience perspective. Nature Reviews, Neuroscience, 3, 43-52

17. Habituering Habituering, som kan anses vara den enklaste formen av inlärning, är den process med vilken en organism anpassar sitt svar på ofarliga stimuli. En organism svarar först på ett nytt stimulus med ett orienteringsreflex men lär sig så småningom att ignorera stimulus om det är ofarligt eller onyttigt. Hos människa fungerar habituering på flera nivåer från enkla reflexer till reflexer som integreras på högre, kortikala, nivåer. Orsaken till denna typ av inhibition ligger i nervsystemets förmåga att plastiskt förändra kopplingen mellan nervceller - synapserna. Både korttids och långtidspåverkan förekommer. Praktiskt innebär detta att sensorisk information av ett slag kan undertryckas och filtreras bort - exempelvis talet av en föreläsare när man koncentrerar sig på en bild. Kopplat till “attention”.

18. Referenser: James, W. (1890). The Principles of Psychology. New York: Holt. Luria, A.R. The mind of a mnemonist. Hrward University Press, Cambridge, MA, 1968. Kandel, E. Schwartz, J.H., Jessel, T.M. Principles of neural science. McGraw-Hill, New York, 2001 Baron-Cohen, S. & Harrison, J.E. Synaesthesia.Classical and Contemporary readings. Blackwell, Oxford, 1997. Cytowic, R.E. The man who tasted Shapes. MIT Press. Cambridge, Massachusets, 1998 Rich, A.N. & Mattingley, J.B. Anomalous perception in synaesthesia: A cognitive neuroscience perspective. Nature Reviews, Neuroscience, 3, 43-52.