Základy biologie a neurověd pro psychology PDF

Základy biologie a neurověd pro psychology Mgr. Eva Kozáková, Ph.D. 2023 1 Název: Základy biologie a neurověd pro psychology Autor: Mgr. Eva Kozáková, Ph.D. Počet stran: 146 Studijní program: Psy...

Základy biologie a neurověd pro psychology Mgr. Eva Kozáková, Ph.D. 2023 1 Název: Základy biologie a neurověd pro psychology Autor: Mgr. Eva Kozáková, Ph.D. Počet stran: 146 Studijní program: Psychologie Místo: Praha, 2023 Studijní opora určená pro studenty KOMBINOVANÉ formy studia. Text nebyl podroben jazykové korektuře. 2  Obsah 1. Úvod do biologické psychologie......................................................................................................... 8 1.1. Historie........................................................................................................................................... 8 1.1.1. Filozofická pojetí........................................................................................................................ 8 Průkopníci fyziologické psychologie (19. století)................................................................................... 10 Lokalizace mozku a pokroky v neurovědách (konec 19. až začátek 20. století)..................................... 10 2. Evoluční a genetické determinanty lidské psychiky......................................................................... 16 2.1. Evoluce......................................................................................................................................... 17 2.1.1. Milníky v historii evolučního myšlení...................................................................................... 17 2.1.1.1. Předdarwinovské období (do roku 1859)........................................................................... 17 2.1.1.2. Darwinismus (nebo Darwinova/Wallaceova teorie)........................................................... 18 2.1.1.3. Neodarwinismus................................................................................................................. 19 2.1.1.4. Další vývoj........................................................................................................................... 20 2.2. Behaviorální genetika................................................................................................................... 21 2.2.1. Replikované výsledky behaviorální genetiky........................................................................... 21 2.3. Studie s dvojčaty........................................................................................................................... 23 3. Buněčné a molekulární základy nervového systému........................................................................ 28 3.1. Neurony a jejich stavba................................................................................................................ 28 3.2. Vedení signálu v rámci neuronu................................................................................................... 29 3.2.1. Akční potenciál........................................................................................................................ 29 3.3. Synapse- komunikace mezi neurony............................................................................................. 30 3.3.1. Chemické synapse:.................................................................................................................. 30 3.3.2. Elektrické synapse:.................................................................................................................. 32 3.4. Neurotransmiterové systémy....................................................................................................... 32 4. Struktura a funkce nervového systému I.......................................................................................... 38 4.1. Základní části nervového systému................................................................................................ 38 4.2. Centrální nervový systém............................................................................................................. 39 3  4.2.1. Mícha....................................................................................................................................... 40 4.2.2. Mozek...................................................................................................................................... 41 4.2.2.1. Kortex.................................................................................................................................. 43 4.3. Autonomní nervový systém.......................................................................................................... 44 5. Struktura a funkce nervového systému II......................................................................................... 49 5.1. Hlavní oblasti mozku.................................................................................................................... 49 5.1.1. Mozkový kmen (brainstem)..................................................................................................... 50 5.1.2. Mozeček (cerebellum)............................................................................................................. 51 5.1.3. Mezimozek (diencephalon)..................................................................................................... 51 5.1.4. Koncový mozek (telencephalon)............................................................................................. 51 5.1.5. Limbický systém....................................................................................................................... 53 6. Neurobiologické základy cyklu spánku a bdění, poruchy spánkového cyklu.................................... 57 6.1. Neuroanatomie a neurotransmitery............................................................................................ 58 6.2. Regulace spánkového cyklu.......................................................................................................... 58 6.3. Fáze spánku.................................................................................................................................. 59 6.3.1. Spánek bez rychlých očních pohybů (NREM):......................................................................... 60 6.3.2. Spánek s rychlými pohyby očí (REM):...................................................................................... 60 6.4. Spánková architektura:................................................................................................................ 61 6.5. Běžné poruchy spánku.................................................................................................................. 62 6.5.1. Nespavost (insomnie).............................................................................................................. 62 6.5.2. Narkolepsie (hypersomnie)..................................................................................................... 62 6.5.3. Spánková apnoe...................................................................................................................... 62 6.5.4. Abnormální pohyby ve spánku................................................................................................ 63 6.5.5. Parasomnie.............................................................................................................................. 63 7. Neurální substrát percepce a pozornosti: sluchová a zraková mozková centra, pozornostní nervové dráhy........................................................................................................................................................ 68 7.1. Zraková percepce......................................................................................................................... 69 7.1.1. Oko.......................................................................................................................................... 69 7.1.2. Zrakové dráhy.......................................................................................................................... 70 7.1.3. Ventrální a dorzální vizuální proud.......................................................................................... 72 7.2. Sluchová percepce........................................................................................................................ 73 4  7.3. Pozornost...................................................................................................................................... 74 7.3.1. Neuronální pozornostní sítě.................................................................................................... 75 7.3.2. Asymetrická pozornost............................................................................................................ 76 8. Schopnost mozku učení a zapamatování, tvorba a zánik nových nervových drah........................... 81 8.1. Buněčný základ paměti................................................................................................................. 81 8.1.1. Dlouhodobá potenciace: LTP (Long-term potentiation).......................................................... 83 8.2. Typy paměti.................................................................................................................................. 83 8.2.1. Krátkodobá paměť................................................................................................................... 86 8.2.2. Dlouhodobá paměť.................................................................................................................. 88 8.2.3. Funkce hipokampu a temporálních laloků pro paměť............................................................. 89 9. Neuropsychologie lidské řeči a jazyka.............................................................................................. 95 9.1. Řeč................................................................................................................................................ 95 9.1.1. Afázie....................................................................................................................................... 96 9.1.2. Reprezentace jazyka................................................................................................................ 98 9.1.3. Lateralizace.............................................................................................................................. 99 10. Mozková centra exekutivních funkcí: schopnost plánování, organizace a rozhodování............. 104 10.1. Co patří mezi exekutivní funkce?................................................................................................ 105 10.2. Neuronální oblasti a jejich role v EF........................................................................................... 106 10.3. Teplé a studené procesy............................................................................................................. 112 11. Emoční a sociální mozek: neurální substrát emočních procesů a orientace v sociálních vztazích. 116 11.1. Emoce......................................................................................................................................... 116 11.1.1. Základní charakteristiky emocí......................................................................................... 117 11.1.2. Známé teorie emocí.......................................................................................................... 118 11.1.3. Kde jsou emoce v mozku?................................................................................................. 119 11.2. Sociální kognice.......................................................................................................................... 121 11.2.1. Simulační teorie................................................................................................................ 122 11.2.2. Teorie mysli....................................................................................................................... 123 11.2.3. Empatie............................................................................................................................. 125 12. Psychické nemoci a dysfunkce mozkových center a drah.......................................................... 129 5  12.1. Závislosti..................................................................................................................................... 129 12.2. Deprese....................................................................................................................................... 131 12.3. Úzkostné poruchy....................................................................................................................... 132 12.4. Schizofrenie................................................................................................................................ 133 Výstupy z učení....................................................................................................................................... 134 Povinná literatura................................................................................................................................... 134 Doporučená literatura............................................................................................................................ 134 Použitá literatura.................................................................................................................................... 134 Seznam obrázků a tabulek...................................................................................................................... 134 Výsledky průběžných testů..................................................................................................................... 134 6  Použité grafické symboly V rámci této studijní opory se můžete setkat s následujícími ikonkami umístěnými v levé části stránky, které upozorňují na zajímavé nebo důležité části textu či příslušné kapitoly. Důležitá část studijního textu, na kterou vás chce autor textu upozornit. Raději si ji přečtěte dvakrát! Odkaz na zajímavý audiovizuální obsah (podcast, video) nacházející se mimo studijní oporu. Doporučení na důležitou nebo jen doplňující literaturu vztahující se k dané části textu. Příklad, který může již být pro názornost vypracovaný nebo se jedná o praktické vysvětlení teoretické části. Shrnutí příslušné části studijní opory – např. kapitoly. Klíčové pojmy pro danou kapitolu. Měli byste je bez zaváhání umět popsat nebo definovat. Kontrolní otázky, na které musíte znát odpověď. Mají obdobnou funkci jako klíčové pojmy. Kontrolní test. Vyzkoušejte, jestli dokážete správně odpovědět. Pomůže vám při zakončení předmětu. Aktivizace neboli aplikace textu do praxe. Autor vás zde nabádá k vlastní činnosti – neváhejte si vyzkoušet! 7  Základy biologie a neurověd pro psychology 1. Úvod do biologické psychologie Biologická psychologie jako stěžejní disciplína v rámci širší oblasti psychologie hraje klíčovou roli při rozluštění složité souhry mezi myslí a tělem. Biologická psychologie, známá také jako biopsychologie nebo psychobiologie, je dynamický a interdisciplinární obor na pomezí psychologie a biologie. Toto odvětví psychologie zkoumá složitý vztah mezi mozkem, nervovým systémem a chováním a snaží se odhalit biologické mechanismy, které jsou základem kognitivních procesů, emocí a různých aspektů psyciky a chování. Biologická psychologie zkoumá fyziologické a biochemické procesy v nervovém systému a snaží se pochopit, jak nervové struktury a funkce přispívají k vnímání, učení, paměti, motivaci a dalším základním aspektům lidské zkušenosti. Tento vícerozměrný přístup nejenže zlepšuje naše chápání biologického základu chování, ale má také důsledky pro klinické aplikace, neurofarmakologii a pokrok v léčbě duševních poruch. 1.1. Historie Kořeny biologické psychologie sahají až do starověku, ale její moderní rozvoj lze vysledovat až do konce 19. a počátku 20. století. Vznik biologické psychologie byl ovlivněn pokrokem v několika vědních disciplínách, včetně neurovědy, fyziologie a psychologie, které umožnily experimentální zkoumání. 1.1.1. Filozofická pojetí Nad otázkou, jaký je vztah mezi tělem a myslí (anglicky mind-body problem), se debatuje věky. Rané filozofické úvahy připravily půdu pro pozdější vědecké zkoumání biologického základu chování a znamenaly první kroky k pochopení složité souhry mezi duševními procesy a fyziologickým substrátem. 8  Základy biologie a neurověd pro psychology Od čistě fiozofických argumentů se s vývojem výzkumných metod přidávaly také testovatelné poznatky. Antické základy a filozofické kořeny (od antického Řecka po renesanci): Od egyptské Knihy mrtvých až po učení řeckého filozofa Aristotela - starověké světské i náboženské kultury po celém světě často považovaly srdce - a nikoli mozek - za sídlo emocí, poznání a dokonce i duše. Aristoteles (384-322 př. n. l.) považoval srdce za sídlo duchovních a duševních funkcí, které jsou prostřednictvím cév propojeny se všemi částmi těla, a byl toho názoru, že hlavním úkolem mozku je ochlazovat srdce, které je často příliš horkokrevné a má tendenci "bublat" (Brandt & Huppert, 2021). Zároveň byla podle Aristotela duše (psyché) organizujícím o oživujícím principem těla a přímo tedy mezi nimi nerozlišoval. Descartes v období renesance (16.-17. stol.) navrhl dualistický model (nazývaný též karteziánský dualismus), který předpokládal oddělení nehmotné mysli a fyzického těla. Descartes se domníval, že ačkoliv se jedná o zcela odlišné entity, mohou spolu vzájemně interagovat, tj. myšlenky mohou ovlivňovat mozek a naopak (pomocí mozkové šišinky, která je nepárovou oblastí mozku). To však vede k zásadní otázce, jak může nehmotná mysl působit na hmotné tělo a naopak? Monismus oproti tomu předpokládá, že existuje pouze jedna základní substance nebo realita, která zahrnuje jak mentální, tak fyzické aspekty. Pro problém mysli a těla jsou důležité dvě hlavní formy monismu: fyzikalismus/materialismus a idealismus. Fyzikalismus tvrdí, že mentální jevy nejsou nic jiného než komplexní konfigurace fyzikální hmoty (nejčastěji nervového systému). Podle idealismu jsou mysl nebo vědomí považovány za primární a fyzický svět je buď projevem duševních stavů, nebo je zcela iluzorní. Mind-Body problem dle Neda Blocka https://vimeo.com/58254376 9  Základy biologie a neurověd pro psychology Průkopníci fyziologické psychologie (19. století) Základy biologické psychologie položili vědci, kteří zkoumali souvislosti mezi fyziologickými procesy a chováním. Wilhelm Wundt, často považovaný za otce experimentální psychologie, založil v roce 1879 v německém Lipsku první psychologickou laboratoř. Zatímco Wundt se zaměřil na studium vědomí, jiní, například Hermann von Helmholtz a William James, významně přispěli k pochopení nervových a fyziologických procesů. Frenologie a lokalizace mozkových funkcí (19. století) Frenologie, kterou zpopularizoval Franz Joseph Gall, sehrála významnou roli při zdůrazňování myšlenky lokalizace kognitivních funkcí do mozku. Podle frenologie lze na základě zkoumání tvaru a velikosti určitých oblastí lebky určit duševní a morální vlastnosti jedince. Přestože frenologie je dnes považována za pseudovědu, myšlenka, že specifické duševní funkce lze spojit s různými oblastmi mozku se ukázala jako nosná. Obrázek č.1: Frenologické znázornění lokalizace psychických funkcí v mozku; Nákres nervových spojení Ramóna y Cajala zdroj: Wikipedia Lokalizace mozku a pokroky v neurovědách (konec 19. až začátek 20. století) Koncem 19. století se zvýšil zájem o pochopení lokalizace mozkových funkcí. Vědci jako Paul Broca a Carl Wernicke učinili převratné objevy týkající se specifických oblastí mozku a jejich role při zpracování jazyka. Práce Santiaga Ramóna y Cajala o struktuře neuronů a nástup technik, jako je barvení podle Golgiho, prohloubily naše znalosti o nervovém systému. 10  Základy biologie a neurověd pro psychology Experimenty se stimulací mozkové kůry (30.-40. léta 20. století) Wilder Penfield prováděl experimenty s pacienty s epilepsií v Montrealském neurologickém institutu. Penfieldovy experimenty spočívaly ve stimulaci různých oblastí mozku malými elektrickými proudy s cílem zmapovat funkce konkrétních oblastí mozku. Jedním z jeho významných objevů bylo vytvoření senzorické a motorické homunkulární mapy, která znázorňuje uspořádání reprezentace těla v mozku. Experimenty W. Penfielda- www.youtube.com/watch?v=QkzUocE3d3o Neuropsychologie a druhá světová válka (polovina 20. století) Druhá světová válka sehrála ve vývoji biologické psychologie zásadní roli. Studium poranění mozku vojáků vedlo k významnému pokroku v neuropsychologii, protože vědci se snažili pochopit vztah mezi poškozením mozku a změnami v chování. Toto období znamenalo počátek systematického zkoumání souvislostí mezi funkcí mozku a psychologickými procesy. Technologický pokrok a kognitivní revoluce (polovina 20. století) Rozvoj technologií, jako je elektroencefalogram (EEG), pozitronová emisní tomografie (PET) a funkční magnetická rezonance (fMRI), v polovině 20. století umožnil vědcům studovat aktivitu a strukturu mozku v dosud nevídaných detailech. Kognitivní revoluce, která přesunula pozornost zpět na duševní procesy, ovlivnila také biologickou psychologii tím, že integrovala kognitivní neurovědu s komplexnějším chápáním vztahu mozku a chování. Souběh těchto historických faktorů přispěl k vytvoření a vývoji biologické psychologie jako samostatného a vlivného oboru v rámci psychologie. V současnosti vědci v biologické 11  Základy biologie a neurověd pro psychology psychologii pokračují ve zkoumání složitých souvislostí mezi mozkem, nervovým systémem a chováním pomocí pokročilých technik a metodik. Úvod do kognitivní neurovědy podle Jamieho Warda https://youtu.be/EtxibYcyDz0?si=4TLafcHZck08Yo6_ SHRNUTÍ Dějiny biologické psychologie formovaly různé vlivy a klíčové osobnosti, v souhrnu se táhnou celými staletími a zahrnují různorodá témata. Starověká filozofická zkoumání, zejména Aristotela a Descarta, připravila půdu pro zkoumání vztahu mysli a těla. Vznik experimentální psychologie vedené Wilhelmem Wundtem a pseudovědecká, ale vlivná frenologie Franze Josepha Galla zdůraznily otázky týkající se lokalizace a funkce mozku. Příspěvky Brocy a Wernickeho v 19. století položily základy neuropsychologii. Studie Wildera Penfielda zaměřené na stimulaci mozku přinesly zásadní poznatky o organizaci mozku. Technologický pokrok v polovině 20. století a kognitivní revoluce posunuly biologickou psychologii do moderní éry. Po celou dobu se obor potýkal s ústředními otázkami: Jak mozek souvisí chováním a prožíváním? Jaká je povaha vědomí? Tyto otázky jsou i nadále vodítkem pro současný výzkum a podporují hlubší pochopení složitých souvislostí mezi biologickými základy mysli a pozorovatelným chováním. 12  Základy biologie a neurověd pro psychology KLÍČOVÉ POJMY ✓ Vztah mysli a těla (mind-body problem) ✓ Dualismus ✓ Monismus ✓ Frenologie ✓ Zobrazovací metody mozku (EEG, PET, fMRI) VYBRANÉ KONTROLNÍ OTÁZKY Pokud na některé neznáte odpověď, prostudujte si předcházející kapitolu. 1. Jak definujete biologickou psychologii? 2. Jaké jsou filozofické přístupy ve zkoumání vztahu mysli a těla? 3. Jaké zobrazovací techniky mozku znáte? Jak zhruba fungují? KONTROLNÍ TEST Správné odpovědi najdete na konci celé studijní opory. 1. Kdo zpopularizoval koncept frenologie? a) Wilhelm Wundt b) William James c) Franz Joseph Gall d) Carl Wernicke e) Hermann von Helmholtz 13  Základy biologie a neurověd pro psychology 2. Jaký filozofický směr tvrdí, že mentální jevy jsou pouze komplexní konfigurace hmoty? a) Dualismus b) Monismus c) Idealismus d) Fyzikalismus 3. Kdo založil první psychologickou laboratoř v Lipsku? a) Wilhelm Wundt b) William James c) Franz Joseph Gall d) Carl Wernicke e) Hermann von Helmholtz 4. Jaký vliv měl Descartes na myšlení o vztahu mezi tělem a myslí? a) Propagoval dualistický model b) Podporoval monistický přístup c) Negoval existenci mysli d) Považoval tělo za primární e) Popíral existenci mozku 5. Kdo prováděl experimenty se stimulací mozkové kůry? a) Wilhelm Wundt b) William James c) Franz Joseph Gall d) Wilder Penfield e) Carl Wernicke AKTIVIZACE A APLIKACE V čem se liší a podobají frenologie a současné přístupy ke zkoumání funkcí mozku? Podívejte se na uvedená videa. Použitá literatura ▪ BRANDT, Thomas; HUPPERT, Doreen. Brain beats heart: a cross-cultural reflection. Brain, 2021, 144.6: 1617-1620. ▪ KOLB, B.; WHISHAW, I. Q. Fundamentals Of Human Neuropsychology. New York City. 2015. 14 Základy biologie a neurověd pro psychology 15  Základy biologie a neurověd pro psychology 2. Evoluční a genetické determinanty lidské psychiky Jedním z nejznámějších sporů (nejen) v psychologii se týká otázky, do jaké míry člověka určuje vrozené (příroda) a do jaké jsme výsledkem formujících vlivů zkušeností a působení prostředí. Jedná se o spor mezi vrozeným a získaným (nature vs. nurture). Místo obhajoby extrémních názorů na obou pólech se dnes většina výzkumníků zajímá o to, jak se obě síly vzájemně ovlivňují. Evoluční psychologie a se snaží porozumět lidskému chování optikou evolučních principů, tj. principů souvisejících s dlouhodobým procesem vývoje života napříč generacemi. Studium evolučních vlivů pomáhá pochopit, jak byly určité vlastnosti a chování formovány přírodním výběrem k řešení adaptivních problémů pro následné zvýšení šance jedince na přežití a reprodukci. Například naše predispozice k sociální interakci, schopnost rozpoznat hrozby a sklon k vytváření úzkých rodinných vazeb lze vysledovat v naší evoluční historii. Zatímco evoluční psychologie zkoumá zejména adaptivní funkce lidského chování a poznávání, evoluční biologie poskytuje ucelený pohled na vývoj všech živých organismů. Zabývá se studiem zákonitostí biologické evoluce, která může být definována jako geneticky podmíněná a dědičná změna vlastností organismů mezi generacemi. „Vlastnostmi“ můžeme myslet různé charakteristiky, např. stavbu, funkci a organizaci organismů nebo jejich částí, stejně jako jejich chování a vzájemné vztahy. Evoluční proces probíhá na základě dědičnosti a předávání vlastností organismů z generace na generaci. Genetika zkoumá zásadní roli dědičnosti a genů ve formování našeho chování a rysů, přičemž geny ovlivňují různé aspekty osobnosti, inteligence a také náchylnosti k psychickým problémům. Integrace evoluční a genetické perspektivy nabízí komplexní pohled, kterým můžeme zkoumat a chápat rozmanité aspekty lidského chování a duševních procesů a které se týkají vlivů v dlouhodobém časovém horizontu nad rámec života jednotlivce. 16  Základy biologie a neurověd pro psychology 2.1. Evoluce Mezi klíčové pojmy patří přirozený výběr, který zvýhodňuje znaky zvyšující reprodukční úspěch, a adaptace, kde jsou psychické vlastnosti chápány jako mechanismy, které se vyvinuly k řešení adaptivních problémů, jimž čelili naši předkové. 2.1.1. Milníky v historii evolučního myšlení 2.1.1.1. Předdarwinovské období (do roku 1859) Proměna životních forem byla vědci předpokládána dlouho předtím, než Charles Darwin publikoval svou slavnou knihu O původu druhů z roku 1859. Jean Baptiste Lamarck (1744-1829), asi nejvýznamnější badatel předdarwinovské éry, vnímal dvě hlavní příčiny změn druhů: přirozenou tendenci každého druhu směřovat k vyšší (rozvinutější) formě a dědičnost získaných vlastností. Lamarckismus (evoluční teorie Lamarcka) předpokládal, že organismy vznikají opakovaně v jednoduché podobě a získávají za svého života „zkušenosti“, jež pak zúročují při tvorbě svého potomstva. Žirafy si podle něj vyvinuly dlouhé krky díky snaze jíst ze stále vyšších listů. Podle něj se změny na krku, které vznikly v důsledku těchto snah, přenášejí na následující generace žiraf, odtud tedy "dědičnost získaných vlastností". Před Darwinem biologové pozorovali rozmanité druhy a zaznamenávali mezi nimi strukturální podobnosti. Příkladem může být společný výskyt pěti prstů na rukou a nohou u lidí, šimpanzů a orangutanů, stejně jako podobnost mezi ptačími křídly a ploutvemi tuleňů. To naznačovalo, že život není statický, na rozdíl od argumentů některých vědců a teologů. Zkameněliny dále podporovaly myšlenku změny v čase, kdy se kosti ze starších geologických vrstev lišily od kostí z novějších vrstev. Srovnání embryologického vývoje u různých druhů odhalilo nápadné podobnosti, které naznačovaly společný původ. Evolucionisté před Darwinem tyto důkazy uznávali a zastávali názor, že formy života se v průběhu času mění. Dalším zásadním zjištěním bylo, že mnoho druhů má zdánlivě účelné znaky, jako jsou ochranná pera dikobraze nebo krunýř želvy. Před 17  Základy biologie a neurověd pro psychology Darwinem však chyběla ucelená teorie, která by vysvětlila, jak mohly takové účelné struktury vzniknout. 2.1.1.2. Darwinismus (nebo Darwinova/Wallaceova teorie) Charles Darwin navrhl teorii, která poskytla příčinné vysvětlení výskytu biologický jevů. Jeho teorie evoluce přírodním výběrem vysvětlovala, jak se druhy v průběhu času mění, a zdůrazňovala roli variability, dědičnosti a rozdílného reprodukčního úspěchu. Oproti lamarckismu darwinismus tvrdil, že k cíleným adaptivním změnám nedochází u jednotlivých organismů, ale k převládnutí těch jedinců, kteří mají výhodnou variantou určitého znaku. Zatímco lamarckismus byl v moderní biologii do značné míry zdiskreditován, darwinismus s následnými pokroky tvoří základ současné evoluční teorie. Darwinovo učení však nebylo přijímáno v křesťanské společnosti s nadšením, ba naopak, jelikož snižoval výjimečnost člověka ve zvířecí říši. “Jsem téměř přesvědčen (zcela v rozporu s názorem, s nímž jsem začal), že druhy nejsou (je to jako přiznat se k vraždě) neměnné.” Darwin v dopise J. Hookerovi, 1844 Hlavní pilíře Darwinovy teorie evoluce (viz Wikipedie): ⚫ Rozdíly v rámci populací: V každé populaci existují rozdíly ve vlastnostech mezi jednotlivci vznikající v důsledku genetických rozdílů, včetně mutací a rekombinací během reprodukce. Některé odchylky mohou v daném prostředí přinášet výhody či naopak nevýhody. 18  Základy biologie a neurověd pro psychology ⚫ Boj o existenci: Zdroje v prostředí jsou omezené, což vede k soutěži mezi jedinci o přežití a rozmnožování. Jedinci se znaky, které zvyšují jejich schopnost přežít a rozmnožovat se, mají větší šanci předat své výhodné znaky další generaci. ⚫ Přírodní výběr: Přírodní výběr je mechanismus, díky němuž jsou určité varianty znaků zvýhodňovány nebo znevýhodňovány na základě jejich vlivu na přežití a reprodukční úspěch organismu. V průběhu generací se v populaci stále častěji objevují znaky, které zvyšují zdatnost organismu (fitness) neboli jeho schopnost přežít a rozmnožovat se. Přírodní výběr působí jako řídící síla, která utváří přizpůsobení populací jejich prostředí. ⚫ Biologická evoluce- V průběhu času, kdy se výhodné znaky předávají z jedné generace na druhou, dochází v populacích k proměně znaků. To je kumulativním výsledkem přírodního výběru působícího na dědičnou variabilitu. Vysvětluje postupnou přeměnu druhů v průběhu dlouhých období, která vede k rozmanitosti života pozorované na Zemi. ⚫ Společný původ druhů- všechny živé organismy mají společného předka, což znamená, že “strom života” je vzájemně propojený a druhy se větví ze společných evolučních kořenů 2.1.1.3. Neodarwinismus Neodarwinismus, známý také jako moderní syntéza, je komplexní evoluční teorie, která spojuje teorii přírodního výběru Charlese Darwina s principy mendelovské genetiky a dalšími pokroky v biologii. Vznikla na počátku až v polovině 20. století a řeší a syntetizuje vnímané mezery mezi darwinovskou evolucí a principy dědičnosti, které odhalil německo- český přírodovědec Gregor Mendel (1822-1884). Mendel (1822-1884) objasnil řadu základních zákonů dědičnosti. Darwin se například domníval, že se rysy rodičů průměrují a takto předávají na potomstvo. Mendelova práce však odhalila, že znaky se dědí jednotlivě a nezávisle, a zpochybnila tak mylnou představu o jejich průměrování (což by v analogii k mísení barev vedlo k všudypřítomné hnědé namísto zachování mnoha různých barev a odstínů). Tím bylo vyřešeno dilema, jak se zachovává rozmanitost, a položil se základ moderní syntézy tím, že se sladila mendelovská genetika s darwinovským přírodním výběrem. 19  Základy biologie a neurověd pro psychology 2.1.1.4. Další vývoj V období od 50. let 20. století došlo k významnému pokroku v oblasti evoluční biologie, která se vyznačovala významnými objevy a rozvojem vlivných teorií. K některým významným příspěvkům patří: ⚫ Objev struktury DNA a molekulární evoluce (1953): Objasnění struktury DNA Jamesem Watsonem a Francisem Crickem v roce 1953 znamenalo revoluci v biologii. Tento objev poskytl molekulární základ pro pochopení dědičnosti a otevřel cestu ke zkoumání molekulární evoluce. ⚫ Vznik evoluční psychologie (od 80. let 20. století): Vznik a rozvoj evoluční psychologie jako samostatného oboru zkoumal evoluci lidského chování, poznávání a psychologie. Uplatňuje principy přírodního výběru k pochopení adaptivní funkce lidských vlastností. ⚫ Rozvoje studia epigenetiky: Epigenetika se zabývá tím, jak chování a prostředí mohou způsobit změny, které ovlivňují fungování genů. Na rozdíl od genetických změn jsou epigenetické změny vratné a nemění sekvenci DNA, ale mohou změnit způsob, jakým tělo sekvenci DNA čte. Michael Meaney (2005) a jeho kolegové z McGillovy univerzity v Montrealu provedli známou Michael Meaney (2005) a jeho kolegové z McGillovy univerzity v Montrealu provedli známou epigenetickou studii na potkaních matkách, které olizovaly a pečovaly o svá mláďata. Zjistil, epigenetickou studii na potkaních matkách, které olizovaly a pečovaly o svá mláďata. Zjistil, že množství olizování a péče o mláďata potkanů během jejich raného života může změnit že množství olizování a péče o mláďata potkanů během jejich raného života může změnit jejich epigenetické znaky a ovlivnit jejich reakce na stres v dospělosti. U mláďat, kterým se jejich epigenetické znaky a ovlivnit jejich reakce na stres v dospělosti. U mláďat, kterým se dostávalo vysoké úrovně mateřské péče, se snížila stresová reakce ve srovnání s mláďaty, dostávalo vysoké úrovně mateřské péče, se snížila stresová reakce ve srovnání s mláďaty, kteří péče měli málo. Tato práce přinesla významné poznatky pro pochopení zkušeností z kteří péče měli málo. Tato práce přinesla významné poznatky pro pochopení zkušeností z raného života, genové exprese a chování v dospělosti a zdůrazňuje význam prostředí v raném raného života, genové exprese a chování v dospělosti a zdůrazňuje význam prostředí v raném věku a jeho dlouhodobý dopad na duševní zdraví a odolnost. věku a jeho dlouhodobý dopad na duševní zdraví a odolnost. 20  Základy biologie a neurověd pro psychology 2.2. Behaviorální genetika Behaviorální genetika je vědní obor, který zkoumá genetické vlivy a vlivy prostředí na individuální rozdíly v chování, kognici a osobnosti. Snaží se pochopit relativní podíl genetických faktorů a faktorů prostředí na různých vlastnostech a chování a také vzájemné působení genů a prostředí. Mezi klíčové oblasti zkoumání a termíny behaviorální genetiky patří: Studie dvojčat a adopce: Výzkumné metody v behaviorální genetice často zahrnují porovnávání podobností mezi jednovaječnými (identickými) a dvojvaječnými dvojčaty a také adoptovanými dětmi a jejich biologickými a adoptivními rodinami. Zkoumáním rozdílů v podobnosti mezi těmito skupinami mohou vědci odvodit relativní podíl genetiky a prostředí. Interakce genů a prostředí: Behaviorální genetika rovněž zkoumá, jak geny a prostředí vzájemně ovlivňují chování. To zahrnuje zkoumání toho, jak se genetické predispozice mohou projevovat různě v různých prostředích a jak mohou faktory prostředí modifikovat působení genetických vlivů. Molekulární genetika: Pokroky v molekulární genetice umožnily vědcům identifikovat specifické geny spojené s určitým chováním nebo psychologickými rysy. To zahrnuje studium kandidátních genů a celogenomových asociačních studií, jejichž cílem je odhalit genetické markery spojené s komplexním chováním. Behaviorální genetika studuje širokou škálu chování a vlastností, včetně inteligence, osobnosti, poruch duševního zdraví a náchylnosti k závislostem. Je důležité podotknout, že behaviorální genetika se nesnaží určit, do jaké míry mají větší vliv geny nebo prostředí, ale spíše se snaží pochopit komplexní souhru genetických faktorů a faktorů prostředí při utváření individuálních rozdílů v chování. 2.2.1. Replikované výsledky behaviorální genetiky Robert Plomin a kolegové podali přehled robustních nálezů behaviorální genetiky. Mezi nimi jsou: 21  Základy biologie a neurověd pro psychology ⚫ Všechny psychologické vlastnosti a rysy vykazují významný genetický vliv. Obrázek č. 2: Srovnání rizika pro rozvoj duševních poruch v rodinách zdroj: Uher, R., Pavlova, B., Radua, J., Provenzani, U., Najafi, S., Fortea, L.,... & Fusar‐Poli, P. (2023). Transdiagnostic risk of mental disorders in offspring of affected parents: a meta‐analysis of family high‐risk and registry studies. World Psychiatry, 22(3), 433-448. ⚫ Žádný rys není 100% dědivý Přestože odhady dědičnosti jsou výrazně vyšší než 0 %, jsou také výrazně nižší než 100 %. Obvykle to bývá 30-50 %, ale např. dědivost výšky je 90%. Na proměnlivosti znaku se však vždy podepisuje také vliv prostředí. ⚫ Dědivost je způsobena mnoha geny s malým účinkem. Spíše než přítomnost či nepřítomnost jednotlivých genů, které jsou určujícím faktorem pro psychické vlastnosti, behaviorální genetika prokázala, že k určitému chování přispívá více genů - často tisíce - společně. Psychologické rysy se tedy dědí polygenním způsobem (na rozdíl od dědičnosti podmíněné jediným genem). Deprese je dobrým příkladem polygenního rysu, o němž se předpokládá, že je ovlivňován přibližně 1000 geny (Plomin, 2018). ⚫ Dědivost inteligence se v průběhu vývoje zvyšuje. 22  Základy biologie a neurověd pro psychology 2.3. Studie s dvojčaty Studie dvojčat umožňují vědcům posoudit dědičnost znaků, což je podíl individuálních rozdílů v daném znaku, který lze přičíst genetickým faktorům. Porovnáním podobnosti jednovaječných (identických) dvojčat, která sdílejí 100 % genů, s dvojvaječnými (bratrskými) dvojčaty, která sdílejí přibližně 50 % genů, mohou vědci posoudit relativní podíl genetických faktorů a faktorů prostředí na vzniku sledovaných znaků. Tyto studie trvale prokazují, že genetické faktory přispívají k individuálním rozdílům ve vlastnostech, jako je inteligence, osobnost a náchylnost k duševním poruchám. BBC video o dvojčatech oddělených při porodu: https://www.youtube.com/watch?v=JMlJcOSRX-8&ab_channel=BBCReel Film: Tři blízcí neznámí, režie: Tim Wardle, 2018 23  Základy biologie a neurověd pro psychology Obrázek č. 3: Korelace osobnostních charakteristik u dvojčat zdroj: PLOMIN, Robert; OWEN, Michael J.; MCGUFFIN, Peter. The genetic basis of complex human behaviors. Science, 1994, 264.5166: 1733-1739. SHRNUTÍ Evoluční psychologie se snaží objasnit, jakým způsobem evoluce formovala lidskou mysl a chování. Podle tohoto přístupu se lidská mysl skládá z mnoha psychologických adaptací, které se vyvinuly k řešení problémů, jimž čelili naši předkové. Tyto adaptace formovaly a dále formují naše chování v reakci na informace a vlivy z prostředí. Lamarckismus zdůrazňuje dědičnost získaných znaků a myšlenku usměrňované změny, zatímco darwinismus se zaměřuje na přírodní výběr působící na existující rozmanitost v populaci a postupné kumulování výhodných znaků v průběhu generací. Mendel zjistil, že znaky se dědí v samostatných jednotkách zvaných geny, které se vyskytují v párech. Svými pokusy Mendel prokázal, že tyto geny se během pohlavního rozmnožování nezávisle na 24  Základy biologie a neurověd pro psychology sobě segregují a dělí, čímž vysvětlil vzorce dědičnosti znaků. Tím položil základy moderní genetiky a našeho chápání toho, jak se znaky přenášejí z rodičů na potomky. Zjištění behaviorální genetiky ukazují, že ačkoli faktory prostředí hrají také zásadní roli při utváření chování, konzistentní výsledky různých výzkumů podtrhují význam genetických vlivů pro pochopení složitosti lidského chování. KLÍČOVÉ POJMY ✓ Přirozený výběr ✓ Lamarckismus ✓ Darwinismus ✓ Behaviorální genetika ✓ Epigenetika VYBRANÉ KONTROLNÍ OTÁZKY Pokud na některé neznáte odpověď, prostudujte si předcházející kapitolu. 1. Jaké jsou hlavní myšlenky darwinismu? 2. Vysvětlete pojem přírodní výběr 3. Definujte behaviorální genetiku 4. Jaké jsou některé ze základních poznatků behaviorální genetiky? 5. Co je to epigenetika? KONTROLNÍ TEST Správné odpovědi najdete na konci celé studijní opory. 25  Základy biologie a neurověd pro psychology 1. Kdo je považován za jednoho z nejvýznamnějších badatelů předdarwinovské éry? a) Charles Darwin b) Gregor Mendel c) Jean Baptiste Lamarck d) Francis Crick e) James Watson 2. Která teorie zdůrazňuje převládnutí jedinců s výhodnými variantami určitého znaku? a) Lamarckismus b) Darwinismus c) Neodarwinismus d) Mendelismus e) Wallaceovská teorie 3. Který významný objev poskytl molekulární základ pro pochopení dědičnosti? a) Objev DNA struktury b) Objev genetických markerů c) Objev chromozomů d) Objev RNA struktury e) Objev genetických mutací 4. Který faktor přispívá k individuálním rozdílům ve vlastnostech podle studií s dvojčaty? a) Pouze faktory prostředí b) Pouze genetické faktory c) Pouze epigenetické faktory d) Pouze sociální faktory e) Faktory genetiky a prostředí 5. Jaký je jeden ze závěrů z replikovaných výsledků behaviorální genetiky? a) Všechny psychologické vlastnosti jsou 100% dědivé. b) Dědivost inteligence se v průběhu vývoje snižuje. c) Dědivost je způsobena jedním velkým genem. d) Dědivost psychologických rysů je způsobena mnoha geny s malým účinkem. e) Žádný rys není dědivý. 26  Základy biologie a neurověd pro psychology AKTIVIZACE A APLIKACE Jakou roli podle vás hraje politická a společenská zodpovědnost při provádění výzkumů a komunikace výsledků evoluční biologie a psychologie? Vnímáte zdě nějaké etické problémy? Je tzv. fitness objektivní kvalitou? Je rodinné prostředí a výchova u rodiny s vícero dětmi pro všechny děti stejná? Podívejte se na film Tři blízcí neznámí Použitá literatura ▪ MEANEY, Michael J.; SZYF, Moshe. Environmental programming of stress responses through DNA methylation: life at the interface between a dynamic environment and a fixed genome. Dialogues in clinical neuroscience, 2005, 7.2: 103-123. ▪ PLOMIN, Robert, et al. Top 10 replicated findings from behavioral genetics. Perspectives on psychological science, 2016, 11.1: 3-23. ▪ PLOMIN, R. (2018). Blueprint: How DNA makes us who we are. MIT Press. ▪ PLOMIN, Robert; OWEN, Michael J.; MCGUFFIN, Peter. The genetic basis of complex human behaviors. Science, 1994, 264.5166: 1733-1739. ▪ UHER, R., et al. (2023). Transdiagnostic risk of mental disorders in offspring of affected parents: a meta‐analysis of family high‐risk and registry studies. World Psychiatry, 22(3), 433-448. 27  Základy biologie a neurověd pro psychology 3. Buněčné a molekulární základy nervového systému Existuje více než tisíc typů mozkových buněk, které se dělí na dvě velké skupiny: neurony a gliové buňky. Neurony vysílají elektrické signály neboli "pálí" jako odpověď na příchozí signál. Lidský mozek obsahuje přibližně 86 miliard neuronů a přibližně stejný počet gliových buněk. Gliové buňky, mezi něž patří astrocyty, oligodendrocyty a mikroglie, poskytují neuronům podporu a ochranu a hrají různé role ve fungování mozku. Neurony jsou hustě propojeny mezi sebou, čímž vznikají až biliony synapsí. Neurony se nemnoží, s věkem jejich počet klesá, ačkoliv existuje omezená možnost neurogeneze (tj. tvorba nových neuronů) i v dospělosti. Pochopení buněčného a molekulárního základu nervového systému nám pomáhá pochopit, jak jsou informace v mozku zpracovávány, přenášeny a ukládány, a tvoří základ pro studium komplexních jevů, jako je učení, paměť, chování a neurologické poruchy. Základní funkční jednotkou nervového systému je neuron, specializovaná buňka, která přenáší elektrické a chemické signály. Neurony spolu komunikují prostřednictvím synapsí, což jsou spoje, kde se přenášejí signály z jednoho neuronu na druhý nebo na cílovou buňku. Podpůrné buňky se nazývají glie. 3.1. Neurony a jejich stavba Každý neuron je samostatně fungující jednotka. Jeho vnitřní součásti, organely, zahrnují jádro, v němž se nachází genetický kód DNA), mitochondrie, které poskytují energii, a ribozomy pro tvorbu bílkovin. Stejně jako u většiny ostatních typů buněk jsou organely soustředěny v hlavním buněčném těle. Kromě toho, charakteristickými znaky neuronů jsou neurity - dlouhé, tenké, prstům podobné nebo vláknité výrůstky z buněčného těla (soma). 28  Základy biologie a neurověd pro psychology Dva hlavní výrůstky jsou dendrity a axony. Dendrity obvykle přijímají nervové signály, zatímco axony je vysílají dál. Obrázek č. 4: Struktura neuronů a synapsí zdroj: Ward, 2020, str. 20 3.2. Vedení signálu v rámci neuronu 3.2.1. Akční potenciál Akční potenciál je základní proces, který je principem přenosu signálů v nervovém systému. Jedná se o krátkou, dočasnou změnu elektrického potenciálu na buněčné membráně neuronu, která umožňuje přenos signálů na velké vzdálenosti v rámci nervového systému. Představte si akční potenciál jako vlnu elektřiny, která se šíří po drátu. V klidovém stavu má neuron uvnitř mírně záporný náboj oproti vnějšímu (tj. je polarizovaný, napětí na membráně se označuje jako klidový membránový potenciál). Když přijme signál, otevřou se v jeho membráně kanály a dovnitř se dostanou kladné ionty (tj. probíhá depolarizace). Tím se náboj uvnitř neuronu změní a na zlomek vteřiny je kladný - jako když přepnete vypínač. Jakmile je uvnitř kladný, spustí se otevření okolních kanálů, čímž vznikne řetězová reakce. Tato pozitivní vlna se šíří neuronem jako jiskra po drátě. To je akční potenciál - rychlý elektrický impuls, který se pohybuje podél neuronu a přenáší zprávu. 29  Základy biologie a neurověd pro psychology Po odeslání zprávy se neuron resetuje, odčerpá kladné ionty a obnoví svůj záporný náboj (repolarizace). Díky tomu je připraven na další zprávu. Během tohoto resetu však dochází také k přehnané kompenzaci a neuron na chvíli získává silnější polazaci (hyperpolarizace), než se dostane do původního stavu. Obrázek č. 5: Akční potenciál zdroj: Wikipedia Akční potenciál - video https://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/actionpotential.html 3.3. Synapse- komunikace mezi neurony Synapse jsou specializované spoje mezi neurony, které jim umožňují vzájemnou komunikaci. Existují dva hlavní typy synapsí: chemické synapse a elektrické synapse. 3.3.1. Chemické synapse: ⚫ Chemické synapse jsou nejběžnějším typem synapsí v nervovém systému. ⚫ V chemických synapsích probíhá komunikace mezi neurony prostřednictvím uvolňování a přijímání neurotransmiterů, což jsou chemičtí poslové. 30 Základy biologie a neurověd pro psychology ⚫ Když akční potenciál dosáhne presynaptického neuronu (neuronu vysílajícího signál), spustí uvolňování neurotransmiterů ze synaptických váčků do synaptické štěrbiny, malé mezery mezi presynaptickým (vysílajícím) a postsynaptickým (přijímajícím) neuronem. ⚫ Neurotransmitery se pak vážou na specifické receptorové molekuly na postsynaptickém neuronu (neuronu přijímajícím signál), což vede ke změnám membránového potenciálu postsynaptického neuronu, které jej mohou buď excitovat, nebo inhibovat. ⚫ Příklady neurotransmiterů, které se podílejí na chemických synapsích, jsou acetylcholin, dopamin, serotonin a glutamát. Obrázek č. 6: Chemická synapse zdroj: Purves, 2018, str. 90 31  Základy biologie a neurověd pro psychology Synaptický přenos- video https://learninglink.oup.com/access/content/purves6xe-student-resources/animation-5-1 3.3.2. Elektrické synapse: ⚫ Elektrické synapse, známé také jako gap junctions, jsou méně časté, ale vyskytují se v určitých oblastech nervového systému. ⚫ V elektrických synapsích dochází k přímé elektrické komunikaci mezi neurony prostřednictvím gap junctions, což jsou kanály, které spojují cytoplazmu sousedních neuronů. ⚫ Tyto gap junctions umožňují volný průchod iontů a malých molekul mezi neurony, což umožňuje rychlou a synchronizovanou komunikaci. ⚫ Elektrické synapse jsou důležité zejména pro synchronizaci činnosti skupin neuronů a pro rychlou signalizaci. ⚫ Zatímco chemické synapse umožňují složitější a flexibilnější komunikaci mezi neurony, elektrické synapse jsou rychlejší a jednodušší. Souhrnně řečeno, chemické synapse se při přenosu signálů mezi neurony spoléhají na neurotransmitery, zatímco elektrické synapse umožňují přímou elektrickou komunikaci mezi neurony prostřednictvím gap junctions. Oba typy synapsí hrají klíčovou roli ve fungování nervového systému. 3.4. Neurotransmiterové systémy Neurotransmiterové systémy označují složité sítě neuronů v mozku, které používají specifické neurotransmitery ke vzájemné komunikaci a regulaci různých fyziologických a behaviorálních funkcí. Tyto neurotransmiterové systémy často interagují mezi sebou a s dalšími nervovými okruhy a regulují komplexní chování a fyziologické procesy. Poruchy v 32  Základy biologie a neurověd pro psychology těchto systémech mohou přispívat k rozvoji neurologických a psychiatrických poruch, což zdůrazňuje význam pochopení neurotransmiterové signalizace ve zdraví a nemoci. Mezi hlavní neurotransmiterové systémy patří: Dopaminergní systém: Dopamin je neurotransmiter, který se podílí na regulaci motivace, odměny, řízení motoriky a emočních reakcí. Dysfunkce dopaminergního systému se podílí na různých psychiatrických poruchách, jako je schizofrenie, deprese a Parkinsonova choroba. Serotonergní systém: Serotonin, známý také jako 5-hydroxytryptamin (5-HT), se podílí na regulaci nálady, chuti k jídlu, spánku a poznávání. Změny v serotonergní neurotransmisi jsou spojovány s poruchami nálady, jako jsou deprese a úzkost, a také s dalšími stavy, jako je obsedantně-kompulzivní porucha (OCD) a poruchy příjmu potravy. Noradrenergní systém: Noradrenalin (norepinefrin) je neurotransmiter, který se podílí na regulaci vzrušení, pozornosti, stresových reakcí a nálady. Dysregulace noradrenergního systému se podílí na stavech, jako je deprese, porucha pozornosti s hyperaktivitou (ADHD) a posttraumatická stresová porucha (PTSD). Cholinergní systém: Acetylcholin je neurotransmiter, který se podílí na regulaci kognitivních funkcí, paměti, pozornosti a ovládání svalů. Dysfunkce cholinergního systému je spojována s neurodegenerativními poruchami, jako je Alzheimerova choroba a další kognitivní poruchy. GABAergní systém: Kyselina gama-aminomáselná (GABA) je primárním inhibičním neurotransmiterem v mozku, který hraje klíčovou roli při modulaci excitability neuronů a udržování rovnováhy mezi excitací a inhibicí. Dysfunkce GABAergního systému se podílí na vzniku epilepsie, úzkostných poruch a poruch spánku. Glutamátergní systém: Glutamát je primárním excitačním neurotransmiterem v mozku, který se podílí na synaptické plasticitě, učení a paměti. Dysregulace glutamátergní neurotransmise je spojena s různými neurologickými a psychiatrickými poruchami, včetně schizofrenie, epilepsie a neurodegenerativních onemocnění. 33 Základy biologie a neurověd pro psychology Obrázek č. 7: Některé neurotransmiterové systémy zdroj: Kolb & Whishaw, 2015, str. 133 34  Základy biologie a neurověd pro psychology SHRNUTÍ Základem nervové soustavy jsou neurony, které přenášejí informace prostřednictvím elektrických a chemických signálů. Neurony se skládají z dendritů (které přijímají signály), buněčného těla (které zpracovává signály) a axonů (který vysílají signály do jiných neuronů). Akční potenciál je elektrický impulz, který neurony využívají k předávání zpráv v celém těle. Akční potenciál zahrnuje změny elektrického náboje na buněčné membráně, včetně depolarizace (zmenšení vnitřního náboje), hyperpolarizace (zvětšení vnitřního náboje) a repolarizace (obnovení záporného náboje). Komunikace mezi neurony probíhá prostřednictvím synapsí, v nichž neurotransmitery, přenášejí signály z jednoho neuronu do druhého. To zahrnuje uvolňování neurotransmiterů z presynaptického neuronu, které se pak vážou na receptory na postsynaptickém neuronu a vyvolávají elektrické změny v přijímajícím neuronu. Gliové buňky poskytují neuronům podporu a výživu, regulují extracelulární prostředí a hrají klíčovou roli v synaptické funkci a nervové signalizaci. Neurotransmiterové systémy jsou sítě neuronů, které používají specifické chemické látky ke komunikaci důležitých signálů v mozku. Mezi klíčové systémy patří dopamin, serotonin, noradrenalin, acetylcholin, GABA a glutamát, přičemž každý z nich reguluje různé aspekty chování, nálady, poznávání a fyziologických funkcí. Dysfunkce těchto systémů jsou spojeny s různými neurologickými a psychiatrickými poruchami. KLÍČOVÉ POJMY ✓ Neurony a glie ✓ Akční potenciál a jeho vedení 35  Základy biologie a neurověd pro psychology ✓ Chemické a elektrické synapse ✓ Neurotransmitery (serotonin, dopamin, glutamát, GABA, acetylcholin, noradrenalin) VYBRANÉ KONTROLNÍ OTÁZKY Pokud na některé neznáte odpověď, prostudujte si předcházející kapitolu. 1. Jaké buňky tvoří základní stavební kameny neuronální soustavy? 2. Jakým způsobem dochází k vedení signálu v rámci neuronu a mezi více neurony? 3. Jaké dva typy synapsí znáte? Jak fungují? 4. Jaké hlavní neurotransmitery znáte a na jakých funkcích se podílejí? KONTROLNÍ TEST Správné odpovědi najdete na konci celé studijní opory. 1. Část neuronu, která přijímá signál z presynaptického neuronu, se nazývá a) jádro b) dendrit c) axon d) myelin e) mitochondrie 2. Část neuronu, která vede signál do postsynaptického neuronu, se nazývá a) jádro b) dendrit c) axon d) myelin e) mitochondrie 3. Jev, který vede k vedení výboje v neuronu, se nazývá a) polarizace b) hyperpolarizace c) depolarizace d) prahový potenciál 36  Základy biologie a neurověd pro psychology e) signalizace 4. Gap junctions souvisí s: a) mezerami v myelinovém obalu axonů b) mezerami v myelinovém obalu dendritů c) chemickými synapsemi d) elektrickými synapsemi e) propojením chemických a elektrických synapsí 5. Hlavním excitačním neurotransmiterem je: a) serotonin b) dopamin c) noradrenalin d) glutamát e) GABA AKTIVIZACE A APLIKACE Podívejte se videa uvedená v této části. 37  Základy biologie a neurověd pro psychology 4. Struktura a funkce nervového systému I. Lidský nervový systém je složitá síť specializovaných buněk, tkání a orgánů, které koordinují a regulují tělesné funkce. Hraje klíčovou roli při přijímání, zpracování a přenosu informací v celém těle, což umožňuje různé fyziologické a behaviorální reakce. 4.1. Základní části nervového systému Nervový systém lze obecně rozdělit na dvě hlavní složky: A) centrální nervový systém (CNS) B) periferní nervový systém (PNS) Centrální nervová systém (CNS): ⚫ Mozek je řídicím centrem nervového systému a je zodpovědný za zpracování a interpretaci smyslových informací (kognitivní funkce), spouštění reakcí a koordinaci různých tělesných funkcí. ⚫ Páteřní mícha slouží jako komunikační cesta mezi mozkem a zbytkem těla. Podílí se na reflexních činnostech a pomáhá přenášet smyslové a motorické signály. Periferní nervový systém (PNS): Tento systém se skládá z nervů a ganglií mimo mozek a míchu. PNS lze dále rozdělit na somatický nervový systém a autonomní nervový systém. ⚫ Somatický nervový systém (SNS): Řídí dobrovolné pohyby a přenáší smyslové informace do CNS. Zahrnuje motorické neurony, které inervují kosterní svaly, a senzorické neurony, které předávají informace o vnějším prostředí. ⚫ Autonomní nervový systém (ANS): Reguluje mimovolní tělesné funkce, jako je srdeční frekvence, trávení a frekvence dýchání. ANS se dělí na sympatický a parasympatický nervový systém, které často působí protichůdně a udržují rovnováhu (homeostázu) v těle. Sympatický nervový systém připravuje tělo na reakci "bojuj nebo uteč", zvyšuje srdeční frekvenci, rozšiřuje zornice a přesměrovává průtok krve do svalů. 38  Základy biologie a neurověd pro psychology Parasympatický nervový systém podporuje reakci "odpočinek a trávení", zpomaluje srdeční tep, stahuje zornice a napomáhá trávení a relaxaci. Obrázek č. 8: Schéma nervového systému Celkově hraje lidský nervový systém zásadní roli při udržování homeostázy, koordinaci pohybů, zpracování smyslových informací a regulaci různých fyziologických procesů nezbytných pro přežití a fungování organismu. Souhrnně lze říci, že CNS je zodpovědný za funkce vyššího řádu, zatímco PNS, včetně SNS a ANS, řídí volní, případně mimovolní tělesné funkce. 4.2. Centrální nervový systém Mozek a mícha jsou chráněny před poraněním a infekcí čtyřmi mechanismy: Lebka: Mozek je chráněn lebkou, zatímco mícha je chráněna vzájemně propojenými obratli. Centrální nervová soustava (CNS) se nachází v těchto kostěných obalech, které poskytují robustní ochranu. Naproti tomu periferní nervový systém (PNS) takovou kostěnou ochranu postrádá, takže jeho oddíly jsou náchylnější k poranění. PNS se však může po poranění regenerovat růstem nových axonů a dendritů, což je v CNS omezená schopnost. 39  Základy biologie a neurověd pro psychology Mozkové pleny (meningy): V kostěném pouzdře obklopujícím CNS se nacházejí tři vrstvy blan nazývané meningy. Vnější – tvrdá plena mozková (dura mater) je odolná, dvouvrstvá tkáň obklopující mozek. Střední – Pavoučnice je jemný obal obkopírující obrysy mozku. Vnitřní – měkká plena mozková (pia mater) je středně tuhá tkáň přiléhající k povrchu mozku. Mozkomíšní mok (CSF): Mozek a mícha jsou chráněny před nárazy a změnami tlaku mozkomíšním mokem. CSF je čirá, bezbarvá, slabě alkalická tekutina (100-180 ml). CSF cirkuluje mozkovými komorami, páteří a prostorem v mozkových blanách a je neustále produkován a odváděn do oběhového systému spojovacími kanály mezi komorami. Hematoencefalická bariéra: Hematoencefalická bariéra chrání CNS tím, že omezuje pohyb chemických látek z těla do mozku a míchy. Astroglie, typ gliových buněk, podněcují kapilární buňky k vytvoření těsných spojů, které brání průniku mnoha látek přenášených krví, včetně toxických prvků a infekcí, do tkání CNS. Tato bariéra má zásadní význam pro udržení vnitřního prostředí mozku a jeho ochranu před vnějšími hrozbami. Tato ochranná opatření přispívají k odolnosti CNS a zajišťují integritu a správné fungování mozku a míchy. 4.2.1. Mícha Mícha se nachází v páteři, usnadňuje komunikaci mezi mozkem a zbytkem těla, s výjimkou smyslových orgánů a svalů hlavy. Mícha je uspořádána do segmentů, z nichž každý má na obou stranách senzorické a motorické nervy, a zajišťuje senzorický vstup a motorický výstup. Senzorické informace jsou přenášeny dorzálními kořeny, zatímco motorické příkazy vycházejí ventrálními kořeny. Těla buněk senzorických neuronů se nacházejí v gangliích hřbetních kořenů mimo míchu, zatímco těla buněk motorických neuronů jsou uvnitř míchy. V příčném řezu obsahuje šedá hmota míchy buněčná těla a dendrity, přičemž mnoho neuronů vysílá axony přes bílou hmotu do jiných oblastí míchy nebo mozku. Segmenty míchy předávají smyslová data do mozku a přijímají motorické pokyny, přičemž všechny informace procházejí axonovými dráhami. Pokud je mícha v některém segmentu 40  Základy biologie a neurověd pro psychology přerušena, mozek ztratí pod tímto místem citlivost a motorickou kontrolu, což má dopad na tělesné funkce, kterým slouží postižený segment a segmenty pod ním. Obrázek č.9: Míšní nervy; MRI snímek mozku Převzato z Kalat, str. 71 4.2.2. Mozek Mozek se skládá z velmi složitě poskládané šedé hmoty (mozková kůra neboli kortex), pod níž se nachází bílá hmota. Ve středu mozku, pod většinou vláken bílé hmoty, leží další soubor struktur šedé hmoty (subkortex). Dutiny mozku, tj. komory, jsou vyplněny mozkovým mokem. Šedá hmota: - sestává z buněčných těl, dendritů a nemyelinizovaných axonů. - podílí se především na zpracování a integraci informací v mozku. - oblasti mozku s vysokou koncentrací šedé hmoty jsou spojeny s komplexními kognitivními funkcemi, jako je paměť, emoce a rozhodování. Bílá hmota: - je tvořena především myelinizovanými axony, což jsou nervová vlákna pokrytá tukovou látkou zvanou myelin, který dodává tkáni bílý vzhled. 41  Základy biologie a neurověd pro psychology - funguje jako komunikační síť, usnadňuje přenos signálů mezi různými oblastmi mozku a spojuje mozek s míchou - dráhy bílé hmoty v mozku se mohou promítat v rámci jedné hemisféry (asociační dráhy), mezi hemisférami (komisury, např. corpus callosum) nebo mezi kůrou a podkorovými strukturami (projekční dráhy) Tyto dva typy nervové tkáně spolupracují a umožňují komplexní funkce mozku, včetně zpracování informací, komunikace mezi různými oblastmi mozku a integrace smyslových a motorických signálů. Rozmístění a uspořádání šedé a bílé hmoty se v mozku liší, což přispívá ke specializovaným funkcím různých oblastí mozku. Prostorově se oblasti mozku popisují dle jejich lokalizace jako dorzální (superiorní), ventrální (inferiorní), anteriorní a posteriorní (viz obrázek č.10). Obrázek č.10: Prostorová orientace mozku Převzato z (vlevo) Ward, str. 27, Kalat, 2018 42  Základy biologie a neurověd pro psychology Mozkové komory Mozek začíná jako trubice a i poté, co gyrifikuje (vytvoří záhyby) a dozraje, zůstává jeho vnitřek "dutý" a je vyplněn mozkomíšním mokem. Čtyři duté oblasti se nazývají komory ("měchýře"), očíslované jako první až čtvrtá. "Postranní komory" (první a druhá) tvoří prostor ve tvaru písmene C a nacházejí se pod mozkovou kůrou, zatímco třetí a čtvrtá komora sahají do mozkového kmene a míchy. Mozkový akvadukt spojuje třetí a čtvrtou komoru. CSF vytéká z postranních komor ven přes čtvrtou komorou a odtéká do oběhového systému na bázi mozkového kmene. Hydrocefalus-https://www.nature.com/news/2007/070716/full/news070716-15.html 4.2.2.1. Kortex Mozková kůra se skládá ze dvou složených plátů šedé hmoty uspořádaných do dvou hemisfér (levé a pravé). Povrch mozkové kůry se evolučním vývojem stále více zvrásňoval. Skládaná struktura umožňuje vysoký poměr povrchu k objemu, a tím i efektivní poskládání do lebky. Vystouplé plochy kůry se označují jako závity (gyry, v jednotném čísle gyrus). Prohlubně nebo záhyby se nazývají rýhy (sulci, v jednotném čísle sulcus). Kůra je silná jen asi 3 mm a je uspořádána do různých vrstev, které lze vidět při příčném pohledu. Jednotlivé vrstvy odpovídají skupinám různých typů buněk. Různé části kůry mají v jednotlivých vrstvách různou hustotu. Většina kůry obsahuje šest hlavních korových vrstev, označovaných jako neokortex (což znamená "nová kůra"). Dalšími korovými oblastmi jsou mezokortex (zahrnující cingulární gyrus a insulu) a alokortex (zahrnující primární čichovou kůru a hipokampus). Laterální povrch kůry každé hemisféry se dělí na čtyři laloky: čelní, temenní, spánkový a týlní (viz obrázek č.11, laloky jsou barevně odlišeny). Dělící linie mezi laloky je někdy zřetelná, jako je tomu v případě čelního a spánkového laloku (rozděluje je laterální neboli 43  Základy biologie a neurověd pro psychology sylvická fisura), ale v jiných případech nelze hranici snadno pozorovat (např. mezi spánkovým a týlním lalokem). Jiné oblasti kůry jsou pozorovatelné pouze v mediálním (středovém) řezu, např. cingulární kůra. Pod spánkovým lalokem leží skrytý ostrůvek kůry; ten se nazývá insula (což v latině doslova znamená "ostrov"). Způsobů, jak členit mozek na různé části, je vícero. Ať už anatomicky podle rýh a závitů, podle cytoarchitektury (buněčné struktury dané oblasti jako v případě známého Brodmannova atlasu nebo podle funkce, kdy se oblasti označují jako např. primární sluchová kůra atd. Obrázek č.11: Mozkové laloky Převzato z (vlevo) Ward, str. 29 4.3. Autonomní nervový systém Autonomní nervový systém reguluje mimovolní funkce tělesných orgánů, jako je srdce a střeva, prostřednictvím sympatického a parasympatického nervového systému. Sympatický systém připravuje tělo na akci tím, že zvyšuje srdeční frekvenci, dýchání a snižuje trávicí činnost. Ganglia umístěná v blízkosti míchy koordinují sympatické reakce a často působí společně. Oproti tomu parasympatický systém, označovaný jako systém "odpočinku a trávení", podporuje funkce, které nejsou akutní, jako je trávení a relaxace. Parasympatická ganglia umístěná v blízkosti cílových orgánů působí nezávisle a uvolňují acetylcholin, na rozdíl od sympatického systému, který uvolňuje především noradrenalin. 44  Základy biologie a neurověd pro psychology Léky ovlivňující tyto systémy mohou měnit tělesné funkce, například léky proti nachlazení, které obvykle blokují činnost parasympatiku nebo posilují reakce sympatiku, což vede k vedlejším účinkům, jako je zvýšená srdeční frekvence a snížené trávení. Obrázek č.12: Autonomní nervový systém Převzato z Kalat, 2019, str. 72 45  Základy biologie a neurověd pro psychology SHRNUTÍ Lidský nervový systém se skládá z centrální nervové soustavy (CNS) a periferní nervové soustavy (PNS). CNS, tvořený mozkem a míchou, řídí vyšší kognitivní funkce a základní fyziologické procesy. PNS, který zahrnuje somatický a autonomní nervový systém, zprostředkovává komunikaci mezi CNS a tělesnými orgány a svaly. Somatický nervový systém řídí dobrovolné pohyby a smyslové vnímání, zatímco autonomní nervový systém reguluje mimovolní tělesné funkce. Autonomní systém se dále dělí na sympatickou a parasympatickou část, které vyvolávají reakci " boj nebo útěk", respektive podporují uvolnění a šetření energií. CNS využívá několik ochranných mechanismů. Lebka a páteř chrání mozek a míchu před vnějšími úrazy. Další fyzickou ochranu a oporu poskytují mozkové blány (meningy). Mozkomíšní mok (CSF) chrání CNS před mechanickými nárazy, udržuje stabilní chemické prostředí a usnadňuje výměnu živin. Hematoencefalická bariéra selektivně reguluje průchod látek do mozku, zabraňuje průniku toxinů a patogenů a zároveň umožňuje průchod nezbytných živin. Mozek je složitý orgán s výraznými strukturálními rysy. Tvoří ho šedá hmota, která se skládá především z buněčných těl neuronů a dendritů, a bílá hmota, která se skládá především z myelinizovaných axonů, které usnadňují komunikaci mezi různými oblastmi mozku. Mozkové komory, dutiny vyplněné tekutinou, hrají klíčovou roli v cirkulaci mozkomíšního moku (CSF), tlumí mozek a poskytují mu mechanickou podporu. Kortikální struktury, jako jsou gyry (závity) a sulky (rýhy), charakterizují vnější vrstvu mozku, známou jako mozková kůra. KLÍČOVÉ POJMY ✓ Centrální a periferní nervový systém ✓ Sympatikus a para 46  Základy biologie a neurověd pro psychology ✓ Šedá a bílá hmota mozková ✓ Gyry a sulky VYBRANÉ KONTROLNÍ OTÁZKY Pokud na některé neznáte odpověď, prostudujte si předcházející kapitolu. 1. Z jakých částí se skládá neuronální systém člověka? 2. Jaké jsou funkce sympatiku a parasympatiku? 3. Jak rozeznáte šedou a bílou hmotu mozkovou podle struktury (z čeho jsou tvořeny)? 4. Popište základní směry, jimiž se označují mozkové oblasti 5. Z jakých laloků se skládá mozková kůra? KONTROLNÍ TEST 1. Co je centrální nervový systém (CNS)? a) Soustava nervů mimo mozek a míchu. b) Soubor nervů a ganglií mimo mozek a míchu. c) Systém zahrnující mozek a míchu. d) Systém řídící dobrovolné pohyby. e) Žádná z výše uvedených. 2. Jaký je hlavní účel autonomního nervového systému (ANS)? a) Řídí dobrovolné pohyby. b) Reguluje mimovolní tělesné funkce. c) Zpracovává a interpretuje smyslové informace. d) Slouží k přenosu informací mezi mozkem a zbytkem těla. e) Žádná z výše uvedených. 3. Co je funkcí sympatického nervového systému? a) Připravuje tělo na odpočinek a trávení. b) Zvyšuje srdeční frekvenci a dýchání. c) Snížení trávicí činnosti. d) Aktivuje se v případě příjemných podnětů. e) Žádná z výše uvedených. 47  Základy biologie a neurověd pro psychology 4. Co chrání mozek a míchu před poraněním a infekcí? a) Mozkomíšní mok. b) Hematoencefalická bariéra. c) Mozkové pleny (meningy). d) Všechny výše uvedené. e) Žádná z výše uvedených. 5. Jaká je hlavní funkce somatického nervového systému (SNS)? a) Reguluje mimovolní tělesné funkce. b) Řídí dobrovolné pohyby. c) Zvyšuje srdeční frekvenci. d) Podporuje reakci "bojuj nebo uteč". e) Žádná z výše uvedených. AKTIVIZACE A APLIKACE Nakreslete zjednodušený obrázek mozku, popište základní směry, kterými se označují oblasti mozku a pojmenujte hlavní laloky mozkové kůry. Použitá literatura ▪ KALAT, J. Biological Psychology, 13. vydání, Cengage Learning Asia Pte Limited, 2019. 624 s. ISBN-10: 9781337408202 ▪ WARD, J. Student's guide to cognitive neuroscience, 4. vydání. New York: Routledge, 2020. 525 s. ISBN 10: 1138490547. 48  Základy biologie a neurověd pro psychology 5. Struktura a funkce nervového systému II. V této části si představíme základní anatomické a funkční oblasti mozku. Různé zdroje však rozdělují jednotlivé anatomické struktury do podskupin různým způsobem, proto mějte na paměti, že toto je jedna z variant. Na makroskopické úrovni je mozek rozdělen do několika odlišných oblastí, z nichž každá má specializované funkce. Patří mezi ně mozková kůra, která je zodpovědná za vyšší kognitivní funkce, jako je myšlení, paměť a rozhodování, limbický systém, který se podílí na emocích, motivaci a tvorbě paměti, a mozkový kmen, který reguluje základní autonomní funkce, jako je dýchání a srdeční frekvence. 5.1. Hlavní oblasti mozku Níže uvedený obrázek znázorňuje některé z významných oblastí mozku. Obrázek č.13: Oblasti mozku 49  Základy biologie a neurověd pro psychology Převzato z Kalat, 2019, str. 75 (nahoře) a Wikipedie (dole) 5.1.1. Mozkový kmen (brainstem) Mozkový kmen slouží jako most mezi míchou a vyššími mozkovými strukturami, včetně mozku. Nachází se na bázi mozku, pod mozkovými hemisférami a před mozečkem. Funkčně hraje mozkový kmen zásadní roli při regulaci mnoha základních tělesných funkcí nezbytných pro přežití, jako je srdeční frekvence, dýchání, krevní tlak a vědomí. Slouží také jako kanál pro smyslové a motorické dráhy putující mezi mozkem a zbytkem těla. Strukturálně se mozkový kmen skládá ze tří hlavních částí: ⚫ Prodloužená mícha: Nachází se v nejnižší části mozkového kmene a řídí mimovolní funkce důležité pro přežití, včetně dýchání, srdeční frekvence, krevního tlaku a trávení. Obsahuje také centra, která regulují reflexy, jako je kašel, kýchání a polykání. ⚫ Pons (Varolův most): Pons se nachází nad prodlouženou míchou a slouží jako přepojovací stanice, která přenáší signály mezi různými oblastmi mozku, včetně mozku a mozečku. Podílí se na regulaci dýchání, kontrole pohybů obličeje a koordinaci některých aspektů spánku a bdění. ⚫ Střední mozek (midbrain): Střední mozek se nachází nad pons a podílí se na zpracování smyslů, řízení motoriky a regulaci vzrušení a vědomí. Obsahuje struktury, jako je 50  Základy biologie a neurověd pro psychology tektum, které zpracovává zrakové a sluchové podněty, a substantia nigra, která je rozhodující pro řízení motoriky a produkci dopaminu. V mozkovém kmeni se nacházejí také různá jádra lebečních nervů, která jsou zodpovědná za řízení pohybů a přenos smyslových informací do a z obličeje, hlavy a krku. 5.1.2. Mozeček (cerebellum) Mozeček je vysoce organizovaná struktura, která se nachází v zadní části mozku, hned pod týlními laloky mozkové kůry. Navzdory své relativně malé velikosti ve srovnání s ostatními oblastmi mozku obsahuje mozeček přibližně polovinu mozkových neuronů. Mezi funkce mozečku patří koordinace pohybu, motorické učení a adaptace, rovnováha a kontrola držení těla, ale hraje také roli v některých kognitivních funkcích, včetně pozornosti, zpracování jazyka a pracovní paměti. 5.1.3. Mezimozek (diencephalon) Mezimozek je oblast mozku v předním mozku, která se nachází mezi mozkovými hemisférami a mozkovým kmenem. Zahrnuje několik důležitých struktur, včetně thalamu, hypotalamu a epifýzy. ⚫ Thalamus: Thalamus funguje jako přenosová stanice pro smyslové informace, které putují do mozkové kůry. Přijímá vstupy z různých smyslových modalit, jako je zrak, sluch, hmat a chuť, a poté tyto informace směruje do příslušných oblastí mozkové kůry k dalšímu zpracování. ⚫ Hypotalamus: Hypotalamus hraje klíčovou roli při udržování homeostázy v těle tím, že reguluje celou řadu fyziologických procesů, včetně regulace teploty, hladu a žízně, cyklů spánku a bdění a sekrece hormonů z hypofýzy. Řídí také různé způsoby chování související s přežitím a reprodukcí. ⚫ Epifýza: vylučuje hormon melatonin, jenž se podílí na regulaci cyklu spánek-bdění a dalších biologických rytmů. 5.1.4. Koncový mozek (telencephalon) 51  Základy biologie a neurověd pro psychology Koncový mozek zahrnuje několik základních podstruktur, včetně mozkové kůry, limbického systému a bazálních ganglií. ⚫ Mozková kůra: Je zodpovědná za zpracování smyslových informací, iniciování motorických pohybů a zprostředkování vyšších kognitivních funkcí, jako je myšlení, uvažování a jazyk. ⚫ frontální lalok- exekutivní funkce, pohyb; ⚫ parietální lalok- prostorové a senzomotorické vnímání; ⚫ okcipitální lalok- vizuální vnímání; ⚫ temporální lalok- sluchové a symbolické vnímání Obrázek č.14 - Mozková kůra a oblasti smyslového vnímání a pohybu Převzato z Kalat, 2019, str. 84 ⚫ Bazální ganglia: Bazální ganglia jsou skupinou jader umístěných hluboko v mozkových hemisférách. Hrají klíčovou roli při řízení motoriky, procedurálním učení, vytváření návyků a zpracování emocí. Bazální ganglia zahrnují struktury, jako je striatum (zahrnující kaudátní jádro a putamen), globus pallidus a substantia nigra. Dysfunkce bazálních ganglií může vést k pohybovým poruchám, jako je Parkinsonova choroba a Huntingtonova choroba. 52  Základy biologie a neurověd pro psychology 5.1.5. Limbický systém Specifickou částí je pak tzv. limbický systém, jelikož zahrnuje různé oblasti od mozkové kůry po mezimozek. Limbický systém je složitá síť struktur, které se nacházejí hluboko v koncovém mozku a hraničí s mozkovým kmenem. Podílí se především na emocích, motivaci, paměti a učení. Mezi klíčové struktury limbického systému patří: ⚫ Amygdala: odpovídá za zpracování emocí, zejména strachu a agrese, a za tvorbu emočních vzpomínek. ⚫ Hipokampus: je důležitý pro vytváření a upevňování dlouhodobých vzpomínek a pro prostorovou navigaci. ⚫ Cingulární gyrus: je oblast mozkové kůry, která hraje roli v regulaci emocí, kognitivní kontrole a rozhodování. Podílí se na monitorování a řešení konfliktů mezi konkurenčními kognitivními a emočními procesy. Často se zde řadí také thalamus a hypothalamus. SHRNUTÍ Mozkový kmen slouží jako klíčové centrum pro regulaci základních fyziologických procesů a usnadňuje komunikaci mezi mozkem a zbytkem těla. Poškození nebo dysfunkce mozkového kmene může mít závažné důsledky, ovlivnit životně důležité funkce a potenciálně vést k život ohrožujícím stavům. Strukturálně zahrnuje prodlouženou míchu, která řídí mimovolní funkce, pons, který přenáší signály mezi různými oblastmi mozku, a střední mozek, který se podílí na zpracování smyslů a řízení motoriky. V mozkovém kmeni se nacházejí také jádra lebečních nervů, která jsou zodpovědná za pohyby obličeje a přenos smyslů. Mozeček je nezbytný pro plynulý a koordinovaný pohyb, udržování rovnováhy a držení těla a podporu některých kognitivních funkcí. Jeho složité nervové obvody umožňují přesnou kontrolu motorických činností a přispívají k celkové efektivitě pohybu a kognitivního zpracování. 53  Základy biologie a neurověd pro psychology Mezimozek je nedílnou součástí mnoha základních funkcí mozku a těla, včetně smyslového zpracování (zejména thalamus) a hormonální regulace (hypothalamus a epifýza). Koncový mozek je klíčový pro mnoho vyšších mozkových funkcí, včetně kognice, emocí a chování. U lidí je vysoce vyvinutý a hraje klíčovou roli při utváření lidské inteligence a chování. Limbický systém funguje jako integrovaná síť, v níž se vzájemně ovlivňují různé struktury, které regulují emoční reakce, motivují chování a usnadňují učení a tvorbu paměti. KLÍČOVÉ POJMY ✓ Mozkový kmen ✓ Mozeček ✓ Mezimozek ✓ Koncový mozek ✓ Limbický systém VYBRANÉ KONTROLNÍ OTÁZKY Pokud na některé neznáte odpověď, prostudujte si předcházející kapitolu. 1. Vyjmenujte základní struktury mozku a jejich funkce 2. Z jakých laloků se skládá koncový mozek? KONTROLNÍ TEST Správné odpovědi najdete na konci celé studijní opory. 1. Mezi klasicky uváděné struktury limbického systému NEpatří a) amygdala b) thalamus 54  Základy biologie a neurověd pro psychology c) hipokampus d) mozeček e) cingulární gyrus 2. Základní fyziologické pochody jako dýchání a srdeční frekvence nejvýznamněji řídí: a) mozkový kmen b) mozeček c) limbický systém d) thalamus e) koncový mozek 3. Významnou přepojovací stanicí pro vstupní smyslové vjemy najdeme v: a) mozečku b) limbickém systému c) mozkovém kmeni d) thalamu e) koncovém mozku 4. Prostorové a somatosenzorické vnímání je zpracováno zejména ve: a) bazálních gangliích b) frontálním laloku c) temporálním laloku d) okcipitálním laloku e) parietálním laloku 5. Osoba s narušeným vizuálním vnímáním bude mít pravděpodobně lézi v: a) okcipitálním laloku b) parietálním laloku c) frontálním laloku d) temporálním laloku e) bazálních gangliích AKTIVIZACE A APLIKACE Pohlédněte si podrobný atlas mozku a najděte v něm jednotlivé struktury, o kterých pojednávala tato kapitola. Při vybavování funkcí jednotlivých oblastí si zkuste představit, k čemu by jejich poškození mohlo vést? Zkuste vymyslet více možností. 55  Základy biologie a neurověd pro psychology Použitá literatura ▪ KALAT, J. Biological Psychology, 13. vydání, Cengage Learning Asia Pte Limited, 2019. 624 s. ISBN-10: 9781337408202 ▪ WARD, J. Student's guide to cognitive neuroscience, 4. vydání. New York: Routledge, 2020. 525 s. ISBN 10: 1138490547. ▪ KOLB, B.; WHISHAW, I. Q. Fundamentals Of Human Neuropsychology. New York City. 2015. 56  Základy biologie a neurověd pro psychology 6. Neurobiologické základy cyklu spánku a bdění, poruchy spánkového cyklu. Spánek je základním fyziologickým procesem nezbytným pro udržení celkového zdraví a pohody. Zahrnuje komplexní řadu biologických, psychologických a behaviorálních změn, které se cyklicky opakují, především v reakci na potřebu odpočinku a obnovy organismu. Spánek je přirozeně se opakující stav sníženého vědomí a snížené smyslové aktivity, který se vyznačuje změnou vzorců mozkových vln, sníženou svalovou aktivitou a sníženou reaktivitou na vnější podněty. Spánek plní řadu životně důležitých funkcí, včetně: - Fyzická obnova: Během spánku probíhají v těle regenerační procesy, jako je růst svalů a obnova tkání, které podporují fyzické zdraví a zotavení. - Zpracování kognitivních funkcí: Spánek hraje klíčovou roli při konsolidaci paměti, učení a zpracování informací, neboť usnadňuje integraci nových zkušeností a znalostí do dlouhodobé paměti. - Regulace emocí: Dostatečný spánek je nezbytný pro emoční regulaci a odolnost, ovlivňuje stabilitu nálady, zvládání stresu a mezilidské vztahy. - Imunitní funkce: Spánek pomáhá regulovat funkci imunitního systému a přispívá k obraně organismu proti patogenům a infekcím Architektura spánku: Spánek je uspořádán do různých fází a cyklů, včetně spánku bez rychlých pohybů očí (NREM) a spánku s rychlými pohyby očí (REM). Tyto fáze jsou definovány specifickými vzorci mozkové aktivity, svalového tonu a očních pohybů, které se během noci cyklicky mění. 57  Základy biologie a neurověd pro psychology 6.1. Neuroanatomie a neurotransmitery Regulace spánku zahrnuje složitou souhru neuronálních okruhů, neurotransmiterů a mozkových struktur, z nichž každá přispívá k organizaci cyklu spánku a bdění. Mezi hlavní patří: Hypotalamus je ústřední centrum regulace spánku a bdění a nachází se v něm jádra, která řídí různé aspekty spánkového cyklu. Epifýza vylučuje melatonin důležitý pro signalizaci nadcházejícího a udržení probíhajícího spánku Mozkový kmen hraje klíčovou roli v modulaci spánku a bdění. Struktury v mozkovém kmeni, včetně retikulárního aktivačního systému (RAS), pontinního tegmenta a medulární retikulární formace, regulují přechody mezi jednotlivými fázemi spánku a koordinují reakce na vzrušení na smyslové podněty. Thalamus slouží jako zprostředkovatel smyslových informací, pomáhá generovat mozkové vlny specifické pro spánek, jako jsou vřeténka a K-komplexy, integruje korovou a podkorovou aktivitu a reguluje vědomí tím, že filtruje smyslové vstupy a podporuje stavy sníženého vědomí ve spánku nebo naopak přenos senzorických signálů do mozkové kůry během bdělosti Bazální přední mozek obsahuje cholinergní neurony, které podporují bdělost a aktivaci kůry. Uvolňování acetylcholinu z neuronů bazálního předního mozku zvyšuje korovou vzrušivost a kognitivní funkce, čímž přispívá k udržení bdělosti. 6.2. Regulace spánkového cyklu Spánkový cyklus je regulován kombinací cirkadiánních (“vnitřní hodiny”) a homeostatických (potřeba spánku, únava) procesů, které jsou řízeny různými mozkovými strukturami a neurotransmiterovými systémy. 58  Základy biologie a neurověd pro psychology Cirkadiánní rytmy: jsou řízeny suprachiasmatickým jádrem (SCN) hypotalamu, synchronizují vnitřní biologické hodiny těla s vnějším prostředím, především s cyklem světla a tmy. SCN dostává vstupní informace ze sítnice, což mu umožňuje upravovat načasování fyziologických procesů, včetně spánku a bdění, v souladu s denní dobou. Důležitou roli hraje melatonin (produkovaný epifýzou) v závislosti na (ne)přítomnosti světla, zvyšuje se za tmy a připravuje tělo na spánek. Homeostatická regulace: Spánkový tlak neboli nutkání ke spánku se hromadí po celou dobu bdění a během spánku se rozptyluje. Předpokládá se, že klíčovou roli v homeostatické regulaci spánku hraje adenosin, neuromodulátor, který se hromadí v mozku během bdění. Interakce cirkadiánních a homeostatických procesů: Interakce mezi cirkadiánními a homeostatickými procesy reguluje načasování, trvání a kvalitu cyklů spánku a bdění. Zatímco cirkadiánní systém určuje celkové načasování spánku a bdění, homeostatický systém dolaďuje délku a intenzitu spánku na základě předchozí bdělosti a historie spánku. Zapojené neuronální okruhy: Na regulaci cyklu spánku se podílejí složité neuronální okruhy, včetně hypotalamu, mozkového kmene, bazálního předního mozku a thalamu. Tyto oblasti obsahují populace neuronů, které produkují neurotransmitery, jako je orexin/hypokretin, serotonin, dopamin a GABA, které v závislosti na vzorcích své aktivity a projekcích působí na podporu bdělosti nebo navození spánku. Vliv faktorů prostředí: Faktory prostředí, jako je vystavení světlu, sociální signály a rutinní chování, mohou ovlivňovat načasování a kvalitu cyklů spánku a bdění tím, že modulují cirkadiánní rytmy a homeostázu spánku. Narušení těchto environmentálních signálů, jako je práce na směny, jet lag nebo nepravidelný spánkový režim, může vést k desynchronizaci vnitřních biologických rytmů a přispět k poruchám spánku. 6.3. Fáze spánku Spánek se skládá z různých fází, které se vyznačují jedinečnými vzorci mozkové aktivity, fyziologickými změnami a jevy souvisejícími se spánkem. Pochopení těchto fází je nezbytné pro pochopení organizace a dynamiky cyklu spánek-bdění. 59  Základy biologie a neurověd pro psychology 6.3.1. Spánek bez rychlých očních pohybů (NREM): Fáze N1: Přechod z bdělosti do spánku charakterizovaný pomalými pohyby očí a mozkovými vlnami theta. Tato fáze je lehkým spánkem a může zahrnovat hypnotické záškuby nebo náhlé svalové kontrakce. Fáze N2: Fáze hlubšího spánku charakterizovaná spánkovými vřeténky a K-komplexy. Mozkové vlny se zpomalují a snižuje se srdeční frekvence a tělesná teplota. Spánková vřeténka jsou krátké výboje mozkové aktivity po dobu 0,5-2 sekund. Pomáhají konsolidovat paměť, synchronizovat korovou aktivitu a chránit před vnějšími podněty během spánku. Fáze N3: Hluboký spánek s pomalými vlnami charakterizovaný mozkovými vlnami delta. Tato fáze je klíčová pro fyzickou obnovu, růst a regeneraci. Ze spánku fáze N3 se obtížně probouzí a může se objevit náměsíčnost a pomočování. Fáze N4: Toto stádium, známé také jako delta spánek nebo spánek s pomalými vlnami, se vyznačuje převahou delta mozkových vln. Představuje nejhlubší fázi spánku a právě v této fázi dochází k významným procesům obnovy a regenerace organismu. 6.3.2. Spánek s rychlými pohyby očí (REM): Spánek REM je charakterizován rychlými pohyby očí, zvýšenou mozkovou aktivitou připomínající bdění, svalovou atonií (ochrnutím) a živým sněním. Spánek REM je nezbytný pro kognitivní funkce, zpracování emocí a konsolidaci paměti. Obvykle se vyskytuje cyklicky v průběhu noci, přičemž delší období REM nastávají v druhé části spánku. Obrázek č.15: Fáze spánku- EEG záznam z první hodiny spánku 60  Základy biologie a neurověd pro psychology Převzato z: Purves, 2018, str. 652 6.4. Spánková architektura: Cyklus spánku a bdění je rozdělen do několika cyklů, které trvají obvykle přibližně 90 minut, příčemž každý se skládá ze střídajících se období NREM a REM a tyto cyklyse opakují po celou noc. Spánková architektura označuje celkovou strukturu a uspořádání spánkových fází v rámci spánkového období, včetně rozložení a trvání spánku NREM a REM. Obrázek č.16: Spánková architektura během noci Převzato z: Purves, 2018, str. 654 61  Základy biologie a neurověd pro psychology 6.5. Běžné poruchy spánku Poruchy spánku zahrnují širokou škálu obtíží, které narušují normální průběh spánku a vedou k významnému zhoršení denního fungování, kognitivních schopností a celkové kvality života. Pochopení charakteristik, příčin a léčby běžných poruch spánku je nezbytné pro účinnou diagnostiku a léčbu. 6.5.1. Nespavost (insomnie) Přetrvávající potíže s navozením nebo udržením spánku s negativním dopadem na každodenní fungování. Typy: potíže s usínáním, přerušovaný spánek, brzké probouzení Příčiny: psychologické faktory (např.