מבנים ותהליכים תשע"א 2011 -2010

מבנים ותהליכיםתשע"א 2011-2010 מרצים: פרופ' שלמה בנטין ד"ר אלי ורטמן

אדמיניסטרציה • אתר הבית: http://pissaro.soc.huji.ac.il/Shlomo/links/courses.html • רקע נדרש: • קורס יסודות הנוירופסיכולוגיה (או קורסים מקבילים) • פרקים רלוונטיים מתוך Heilman & Valenstein (2003) Clinical Neuropsychology • פרקים רלוונטיים מתוך Boller & Grafman (2000) Handbook of Neuropsychology • מאמרים נוספים לפי הרשום באתר • מבנה הקורס: • הרצאותמורים והרצאות תלמידים • דיונים • מבחנים וציון: שני מבחנים (80%) + השתתפות והרצאות (20%)

מטרות הנוירופסיכולוגיה • נוירופסיכולוגיה יישומית: • לאבחן ולאפיין חסרים התנהגותיים בעקבות נזק מוחי. • להתאים שיטות שיקום קוגניטיבי לפרופיל החסרים אשר אובחן (בשיתוף פעולה עם מערך רפוי בעיסוק, ריפוי לשוני, ופסיכולוגי שיקומי). • נוירופסיכולוגיה קוגניטיבית: • להבין את דרך הפעולה של המערכת הקוגניטיבית התקינה, מתוך לימוד דרך הפעולה של המערכת הקוגניטיבית הפגומה. • להבין את ארגון היכולות המנטאליות ועקרונות התפקוד המוח על ידי לימוד דרך הפעולה של המערכת לאחר פגיעה מוחית.

מבוא: עקרונות יסוד ושיטות מחקר

עקרונות יסוד • הכללה:הארכיטקטורה הפונקציונאלית דומה בין בני אדם • מודולריות תפקודית • איזומורפיזם (מודולריות אנטומית, correspondence) • הפחתה (Subtractivity, Fractionation) • המערכת הקוגניטיבית הפגומה מהווה את המערכת התקינה ללא המודול הפגום; הנזק אינו מוסיף חלקים חדשים או ארגון מחדש. • שאלת הפיצוי (Constancy): החולה משתמש באסטרטגיה שונה מבריאים אך קיימת ברפרטואר שלהם. • שקיפות(Transparency) • הביצוע הלקוי משקף בצורה נאמנה את המרכיב במערכת התפקוד המוחי שנפגע (המודולה שניזוקה).

שטות מחקר - יסודות • נוירופסיכולוגיה כמדע ויישומו הקליני • מחקר נוירופסיכולוגי קליני – מתאמים בין אנטומיה לקליניקה/תפקוד • תסמונות, תסמינים ואבחונם. • חקירת מקרים בודדים • חקירת קבוצות והגדרת תסמונות. • פתוח שיטות אבחון ויצירת נורמות • מדעי המוח הקוגניטיביים ונוירופסיכולוגיה קוגניטיבית • חקירת פגועי מוח ואנשים עם מוח בריא. • דיסוציאציות ודיסוציאציות כפולות לסיכום: הקשר בין אנטומיה לתפקוד הוא יותר קורלציה בין שתי רמות תיאור מאשר מיקום תפקוד מסוים באזור מסוים.

מודולריות תפקודית • ארכיטקטורה תפקודית של המערכת הקוגניטיבית: • יכולות מנטאליות מאונכות (Francis Gall). • למשל תפיסת פנים או תפיסה פונטית. • דוגמה לארכיטקטורה במוח מזערי: דבורת הדבש • מודולריות צרופה (Fodorian). • יכולות מנטאליות מאוזנותLichtheim (1885) • למשל זיכרון (Socrates’ birdcage). כל הזיכרונות הן באותו המקום. דוגמאות נוספות – קשב, קבלת החלטות, וכו'). • לצורך הנושא שלנו יכולת מנטאלית מאוזנת היא מערכת תפקודית הפועלת מעבר לתחומי תוכן. • Massive Modularity (e.g.. Steven Pinker) Any large computation should be split up into a collection of small, nearly independent, specialized sub-processes (Marr, 1982)

Franz Joseph Gall (1758-1728) והפרנולוגיה • שולל קיומן של תפקודים מאוזנים (אין דבר כזה כמו "זיכרון" או "קשב". יש רק נטיות (propensities and dispositions), יכולות (aptitudes, qualities and fundamental powers) – לדוגמה מוזיקה. • המנגנון הפסיכולוגי המאפשר/תומך ביכולת אחת שונה מזה המאפשר/ תומך ביכולת אחרת.(כלומר לכל יכולת רכיבים שונים.) • קיימים מרכזים מוחיים ייחודיים לכל תפקוד מנטאלי “Perception and memory are only attributes common to the fundamental psychological qualities, but not faculties in themselves; and consequently they can have no proper centers in the brain” “We have to discover the fundamental powers of the mind, for it is only these that can have separate organs in the brain”

מפות פרנולוגיות

מדידת יכולות מנטאליות – המכונה הפרנולוגית מודולריות תפקודית

Cognitive architecture in a mini-brain: the honeybee Menzel & Giurfa, TICS 2001 מודולריות תפקודית

מיקום ותפקיד מנגנונים מודולרים בארכיטקטורה קוגניטיבית “Input systems function to get information into the central processors; specifically, they mediate between transducer outputs and central cognitive mechanisms by encoding the mental representations which provide domains for operations of the later” Fodor (1983) Modularity of mind, page 46.

מאפייני מודול לפי פודור • Modules are domain specific. • Modules are innately specified. • The operation of modules is mandatory. • Modules are computationally autonomous (informational encapsulated). • Modules have “shallow” outputs. • Modules are hardwired

תפיסה פונטית כדוגמה למנגנון מודולארי תפיסה אקוסטית לעומת תפיסה פונטית מודולה לא קשורה לאופנות McGurk Phenomenon מודולריות תפקודית

איזומומורפיזם (Neurological specificity) The discovery that the various capacities which independently contribute to intellectual performance do correspond to the spatial distribution of cerebral mechanisms represents a step towards the recognition of similar organization in neurological and mental events (Lashley, 1941) The older neurologists, end even some today thought that the different varieties of aphasia produced by lesions in different situations could be classified in psychological terms…. But this presupposes first that in the nervous system speech is organized in such a way that anatomical centers correspond to psychological functions, and then that the destruction of such a center merely impairs a particular psychological element of speech. This view has largely been abandoned. (Brain, 1964).

מודולריות אנטומית FG Bentin et al., 1998 Hasson et al., 2003

איזומורפיזם ברמת העצב הבודד? תאי סבתא? Quiroga et al., Nature 2005 Quiroga et al., 2008 עקרונות יסוד

דיסוציאציות לא מספקות את כל התשובות החולה DF על אף הקושי העצום לזהות צורות מסוגלת לתפעל אובייקטים במרחב בצורה נכונה: שאלה:האומנם תפעול ותפיסת אובייקטים לא תלויה ביכולת זיהוי צורתם? האם יכולות אלו נשענות על מנגנונים עצביים שונים?

מה ביצוע חולה פגוע מוח משקףCaramazza(1984)? • תרומה "אמיתית" של המנגנון המוערך כפגוע (המודולה שנפגעה). • שונות בין אישית. • השפעתם של מנגנוני פיצוי. • השפעת פגיעה אפשרית במנגנוני עיבוד מידע אחרים (diaschisis) שיטות מחקר

תצפיות ומחקר קליני – קשר בין תפקוד לאנטומיה • הרציונאל (הנאיבי): • הארכיטקטורה הקוגניטיבית מודולארית (כללית) ומתקיים תנאי האיזומורפיזם • קיים קשר בין תסמין לתפקוד • (לדוגמה – אנומיה משקפת קושי בשליפת מלים מהלקסיקון) • ההפרעה התפקודית נגרמת בשל נזק באזור מוגדר • האזור הניזוק קשור לביצוע התפקיד במוח הבריא • המציאות: • נזקים שונים עלולים לגרון לאותו חסר תפקודי • נזק באותו אזור עלול להתבטא בדרך שונה בנבדקים שונים • בעיה נוספת: רמת התיאור של אירועים מנטאליים ושל מנגנונים מוחיים שונה באופן איכותי. • גורמים נוספים המשפעים עת המתאם: • זמן בין מועד הפגיעה המוחית ומועד הבחינה • אטיולוגיה של הפגיעה (סוג הפגיעה) “… complex cognitive processes, depends on the concerted operation of multi-component, large-scale neural systems. The anatomical components are often widely dispersed and each acts as a partial contributor to a complicated process…” Antonio Damasio, 1998 שיטות מחקר

תסמונות ותסמינים תסמינים: בלבול בין שמאל לימין אגנוזיה לאצבעות אקלקוליה אגרפיה + + + = תסמונתגרסטמן (Gerstman syndrome) תסמינים: Simultagnosia Oculomotor apraxia Optic ataxia + + =תסמונתבלינט (Balint syndrome) אבל... מה עם אפזיה? אמנזיה? אגנוזיה? הזנחת צד? סוגיאסוציאציה בין תסמינים והאינטרפרטציה שלהן

חקירת מקרים בודדים לעומת קבוצות • חקירת מקרים בודדים – יתרונות: • אין בעיה של הומוגניות הקבוצה ו/או בחירת נבדקים • הסתברות רבה יותר לדיסוציאציות בין תפקודים קוגניטיביים • יכולת טובה יותר לברור אסטרטגיות תפקוד ובחינת היבטים תיאורטיים. • תבנית מחקר יותר גמישה – קל יותר לעשות שינויים online • חקירה לאורך זמן ובדיקות חוזרות קלה יותר • חקירת מקרים בודדים – חסרונות: • אין אפשרות לדיסוציאציה כפולה ולכן המרב שניתן להסיק על הקשר בין אנטומיה לתפקוד הוא ברמה של תנאי הכרחי אך לא תנאי מספיק. • קושי מסוים בהשוואת מקרים בודדים לקבוצות ביקורת

Single-case studies שיטות מחקר

תסמונות ומחקרי קבוצות • מושג התסמונת (צרוף תסמינים הקשורים למקום אנטומי אחד) התערער: • נזקים מחוץ לאזורים הקשורים לתסמונת עלולים לגרום לתסמינים רלוונטיים (למשל subcortical aphasia). • קיום מיקרים רבים של חוסר התאמה בין התסמין למיקום. למשל קיום אפזיה עם דיבור שוטף לאחר נזק קדמי ועם דיבור לא שוטף לאחר נזק אחורי. • יש אחוז גבוה של חולים עם נזקים מוחיים מוגדרים אשר לא ניתן לסווגם לשום תסמונות (יש המעריכים מספר זה בכ-40%) • מושג התסמונות נעלם מהשיח הנוירופסיכולוגי-קוגניטיבי • כתוצאה של מציאות זו נזנח מושג התסמונות במובנו הקלאסי ובמקומו מדברים היום על אסוציאציות של תסמינים. שיטות מחקר

דוגמה מפרוסופאגנוזיה Barton et al., Neurology,2002 Cohen et al, Arch. Neuro. 1977 Haxby et al., TICS,2000 שיטות מחקר

קרבה פיסית קלט משותף טוריות אסוציאציות • אסוציאציות בין תסמינים מגדירים שלוה סוגי תסמונות: • תסמונות אנטומיות (לדוגמה Gerstman syndrome נגרם על ידי פגיעה קודקודית שמאלית • תסמונות תפקודיות (פגיעה בזיכרון פונולוגי) • תסמונות מעורבות שיטות מחקר

דיסוציאציות מחקרי הדמיה הראו כי איזור ה-LOC נדלק בכל פעם שהנבדק רואה אובייקט מוגדר שאלה: האם תקינות אזור ה-LOC הוא מנגנון המאפשר זיהוי צורות? חולה DF:

דיסוציאציות כפולות שאלה:האומנם תפעול ותפיסת אובייקטים לא תלויה ביכולת זיהוי צורתם? האם יכולות אלו נשענות על מנגנונים עצביים שונים? תשובה: תפעול ותפיסת אובייקטים בלתי תלויים זה בזה. יכולות אלו נשענות על מנגנונים עצביים שונים.

דיסוציאציות כפולות אינן תרופת פלא • תלוי בהנחת המודולריות (והשקיפות?) • Shallice (1988, p. 248) : “if modules exist, then … double dissociations are a relatively reliable way of uncovering them”. • מודלים קישורים מראים דיסוציאציות כפולות ללא חלוקה פנימית • מעיד על חלוקה, לא מעיד על טיב החלוקה • דיסוציאציות כפולות הן בין מבחנים, לא בין מודולים • פענוח המודולים הנפרדים דורש converging operations

שאלות?

תפיסה פונטית כדוגמה למנגנון מודולארי גירוי שמיעתי - אקוסטיקה פורמנטים סינטטיים פורמנטים

Duplex perception

Categorical perception for phonetic stimuli תפיסה פונטית Mann & Liberman, 1983

Massive modularity The human mind should consist of a whole host of functional and multi-functional systems and sub-systems, which are to some degree dissociable from one another, and whose internal computational processes are encapsulated from most of the information held elsewhere in the mind at that time. This is the thesis of massive mental modularity, as generally conceived. Peter Carruthers 2005 • Complex functional systems are built up out of assemblies of sub-components, each of which is constructed out of further sub-components and has a distinctive role to play in the functioning of the whole, and many of which can be damaged or lost while leaving the functionality of the remainder at least partially intact. • Roughly, a module is just a dissociable component • Neuropsychological examples: • Memory • Language • Content domain vs. task domain • Weakly modal and strongly modal meanings of encapsulation עקרונות יסוד

MRI template – Wernicke Aphasia Patient 1 Patient 2 Posterior portion of superior and middle temporal gyri Superior temporal gyrus, AG, SMG קשר מוח תפקוד

אנומיה בעלת אפיונים שונים Patient 1: Inability to retrieve words for unique entities Patient 2: Deficit in retrieval of animal names קשר מוח תפקוד

Subcortical aphasia Subcortical aphasia is related to lesions in the basal ganglia, thalamus, internal or external capsule A.Patient 1, magnetic resonance image (MRI) of the brain at 2 years after the infarct: hypointense signal (axial T1-weighted spin echo) of the posterior limb of the left internal capsule and pallidum; B. Patient 3, MRI at month 3 after the infarct: abnormal signals (axial T1-weighted spin echo) of the anterior limb of the left internal capsule, putamen, pallidum, and caudate nuclei; C. Patient 4, MRI at year 4 after the infarct: hypointense signal (axial T1-weighted spin echo) involving the posterior part of the left internal capsule, putamen, and semiovale center; D. Patient 8, MRI at day 9 after the stroke: hyperintense signal (axial T2-weighted spin echo) involving the left thalamus, the posterior area of the left striatum, and the posterior limb of the left internal capsule.

Aphasia – exceptional cases Basso et al. תסמונות

מבנים ותהליכים תשע"א 2011 -2010