Kontaktul. Wileńska 4, 87-100 Toruń
tel.: +48 56 665 6001
e-mail: icnt@umk.pl

Procesy poznawcze i neuroobrazowanie

SŁUCH FONEMATYCZNY I PAMIĘĆ ROBOCZA

Celem planowanych badań jest poznanie mechanizmów kształtujących podstawy nabywania języka. Badania nad nabywaniem języka oraz percepcją intonacji w pierwszych latach życia mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia rozwoju ludzkiej mowy jak i zidentyfikowania najważniejszych czynników kształtujących proces uczenia się w ogóle. Porównanie dynamiki nabywania języka w grupie dzieci z niedosłuchem po wszczepieniu implantu ślimakowego oraz w grupie dzieci prawidłowo słyszących może ukazać specyfikę mechanizmów kształtujących mowę człowieka. Seria trzech badań (dalej: S1-S3) zaproponowanych w projekcie w szczególności ma na celu: (a) zbadanie, która metoda uczenia się podstaw rozumienia języka (rozróżniania dźwięków mowy) jest skuteczniejsza i zidentyfikowanie czynników wpływających na ten proces (S1-S3); (b) określenie, czy wczesny trening różnicowania struktury sekwencji dźwięków mowy o wzrastającej złożoności będzie miał związek z kompetencjami językowymi, w tym percepcją intonacji, oraz pamięcią roboczą w okresie późniejszym (S2); (c) charakterystykę specyfiki dynamiki nabywania mowy przez dzieci z niedosłuchem (S1).

Pracujemy też na interaktywnymi zabawkami i środowiskami, które będzie monitorować i wspomagać rozwój słuchu fonematycznego, muzycznego, oraz pamięci roboczej.

Zespół:

Włodzisław Duch (kierownik), Joanna Dreszer (koordynator, osoba do kontaktu), Monika Lewandowska, Bibianna Bałaj, Tomasz Piotrowski, Tomasz Komendziński, Dariusz Mikołajewski, Oleksandr Sokolov, Jacek Matulewski, Natalia Pawlaczyk, Agnieszka Ignaczewska, Łukasz Goraczewski, Michał Meina, Jan Nikadon, Mateusz Wilk, Michał Komorowski, Ewa Ratajczak, Jakub Wojciechowski, Jan Szczypiński, Marek Waligóra, Joanna Dołżycka, Joanna Gorgol, Magdalena Szmytke

Konsultacje i współpraca: Przemysław Tomalski, Joanna Rączaszek-Leonardi, Agnieszka Garstecka, Krzysztof Wasielewski

 

PAMIĘĆ PRZESTRZENNA I NAWIGACJA

Co każde 7 sekund diagnozowany jest nowy przypadek demencji, a do roku 2040 liczba ludzi, którzy borykać się będą z chorobami neurodegeneracyjnymi wyniesie około 80 milionów. Trafny proces diagnozowania przeprowadzony na wczesnym etapie zmian zachodzących w systemie nerwowym wydaje się być zabiegiem niezbędnym dla obniżenia przewidywanego odsetka osób chorych. Głównym problemem w procesie wykrywania zmian neurodegeneracyjnych jest ich podobieństwo do zmian wynikających z naturalnych procesów starzenia się, stąd też zdarza się często, że są one ignorowane, aż do momentu ekspresji zaawansowanej już choroby.

Jedną z funkcji poznawczych, której specyficzne zmiany obserwuje się na wczesnym etapie rozwoju chorób wieku starczego jest pamięć przestrzenna a w szczególności nawigacja. Uwzględnienie w procesie diagnozowania testów pamięci przestrzennej może być jednym z kluczowych wskazań potwierdzających diagnozę choroby.

Głównym celem naszych działań jest próba wykrycia predyktorów dla zmian neurodegeneracyjnych, obrazowanych w postaci deficytów funkcjonowania pamięci przestrzennej. Mogą one być pomocne w pracy specjalistów, którzy dokonują oceny zagrożenia pojawienia się zmian chorobowych u osób starszych. Dodatkowo pomiary podejmowane w warunkach naturalnych pozwalają na zarejestrowanie zachowań, które badani mogą wykazywać w codziennym funkcjonowaniu a więc takich, które mogą być również zauważone przez najbliższe środowisko osoby chorej.

W ramach prowadzonych pomiarów wykorzystujemy narzędzia standardowe, dedykowane do testowania omawianej funkcji poznawczej a także narzędzia, które zostały opracowane przez pracowników Interdyscyplinarnego Centrum Nowoczesnych Technologii i Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Do pomiarów nawigacji w warunkach wirtualnej rzeczywistości zaprojektowaliśmy test labiryntów, w którym badani nawigują poruszając się po specjalnej bieżni. W badaniach prowadzonych w warunkach naturalnych zastosowaliśmy natomiast czujniki, które pozwalają na charakterystykę różnych aspektów ruchu badanego w trakcie nawigowania.

Zespół:

Joanna Dreszer, Jacek Matulewski, Bibianna Bałaj, Natalia Pawlaczyk, Magdalena Szmytke, Dawid Rutkowski, Piotr Redmerski, Michał Meina

 

PERCEPCJA CZASU I CHRONOTYPY

Percepcja czasu jest dla nas zjawiskiem naturalnym i oczywistym. Mimo że poczucie upływu czasu intrygowało naukowców i było obiektem wielu badań, nadal nie udało się określić natury tego zjawiska. „Czas” jest pojęciem trudnym do zdefiniowania, abstrakcyjnym u podłoża którego leżą skomplikowane mechanizmy mózgowe. Istniejące koncepcje wyjaśniające przeżywanie czasu wskazują na istnienie „zegara wewnętrznego”, który znajduje się w mózgu, a tempo, jego pracy jest wyznaczane przez cechy sieci komórek nerwowych. Dynamika działania tych sieci jest indywidualną cechą każdego z nas. Istnieją również teorie wskazujące, że czas spostrzegany jest w sposób nieciągły, a poczucie przemijania mamy dzięki działaniu specjalnych mechanizmów scalających poszczególne elementy w jedną całość. Jednym z tych elementarnych zjawisk czasowych jest percepcja kolejności dwóch zdarzeń, które następują po sobie w szybkim tempie. Umiejętność oceny następstwa czasowego zdarzeń jest niezbędna, żeby określić, czy obiekt porusza się lub zrozumieć ludzką mowę. Nadal nie określono gdzie dokładnie w mózgu lokuje się mechanizm odpowiedzialny za to zjawisko czasowe. Ponadto nie rozstrzygnięto kwestii, czy możemy mówić o jednym, ogólnym mechanizmie warunkującym postrzeganie kolejności bodźców, czy też raczej o systemach specyficznych dla opracowywania informacji wzrokowej czy słuchowej.

Jednym z głównych celów projektu jest poznanie mózgowego podłoża percepcji następstwa zdarzeń. Technika czynnościowego rezonansu magnetycznego (fMRI), która umożliwia pomiar przepływu krwi i utlenowania struktur mózgu zaangażowanych w dane zadanie (podczas aktywności komórek nerwowych zwiększa się ich zapotrzebowanie na tlen), zostanie wykorzystana do badania aktywności mózgu wykonującego zadanie polegające na określeniu kolejności bodźców wzrokowych i słuchowych. Wiele badań wskazuje na związek percepcji następstwa zdarzeń z inteligencją, pojmowaną  jako ogólną zdolność do rozumowania, planowania, rozwiązywania problemów, myślenia abstrakcyjnego. Im krótsza przerwa potrzebna, aby poprawnie określić następstwo czasowe zdarzeń, tym wyższe wyniki w testach sprawdzających poziom zdolności intelektualnych. Nie jest jednak jasne, czy wyższy poziom inteligencji ogólnej sprawia, że zegar mózgowy tyka szybciej, czy też jest odwrotnie: większe tempo tykania zegara sprawia, że lepiej wypadamy w testach mierzących zdolności intelektualne. Wydaje się jednak, że związek percepcji czasu i inteligencji jest dużo bardziej złożony i inne czynniki, takie jak uwaga (gotowość do odbioru bodźców z otoczenia, umiejętność koncentracji), pamięć robocza (zdolność do przechowywania i przetwarzania informacji przez krótki czas), a także niektóre cechy temperamentu czy osobowości (np. ekstrawersja, otwartość na doświadczenie) mogą znacząco modyfikować tę relację. Związek percepcji kolejności bodźców z inteligencją ogólną jest badany przy użyciu zaawansowanych metod statystycznych.

U każdego z uczestników badania, przy pomocy specjalnie przygotowanych procedur,  będzie oceniane indywidualne tempo pracy zegara mózgowego. Zakładamy, że osoby uzyskujące skrajne wartości w pomiarze sprawności w zakresie percepcji kolejności zdarzeń, będą również różnić się pod względem aktywności spoczynkowej mózgu, tempa przepływu krwi w naczyniach mózgu oraz w objętości i integralności istoty białej mózgu. Szybsze tempo tykania „wewnętrznego zegara” może wymagać zwiększonej dawki tlenu dostarczanego z krwią do różnych obszarów mózgu. Dlatego osoby bardziej sprawne w zakresie oceny percepcji kolejności zdarzeń, mogą mieć zwiększony przepływ krwi w mózgu. Istota biała kontroluje szybkość przekazywania informacji w sieci komórek nerwowych dlatego wyższa rozdzielczość czasowa zegara mózgowego może wiązać się ze zmianami w połączeniach strukturalnych mózgu (istocie białej). Metody elektrofizjologiczne zostaną użyte w celu sprawdzenia, czy osoby o wyższej rozdzielności „zegara wewnętrznego” mają również wyższą zawartość informacji w sygnale rejestrowanym z kory mózgu w danym odcinku czasu. Zegary mózgowe tykające w szybszym tempie mogą bardziej efektywnie przetwarzać docierające informacje.

Zespół:

Bibianna Bałaj, Kamil Bonna, Joanna Dreszer, Karolina Finc, Michał Komorowski, Monika Lewandowska, Jan Nikadon, Tomasz Piotrowski

Chronotypy

Każdy ma swój własny rytm aktywności biologicznej w ciągu doby, który określa nasz „chronotyp”, czyli preferowanie przez nas danej pory dnia. Jest on związany z czasem, kiedy efektywniej pracujemy i jesteśmy w lepszej kondycji psychofizycznej. Osoby bardziej aktywne wieczorem i w nocy, charakteryzuje chronotyp wieczorny (typ „sowy”). Z kolei, lepsze funkcjonowanie w godzinach porannych niż późniejszych oznacza, że chronotyp jest poranny (typ „skowronka”). W rzeczywistości większość z nas jest gdzieś na kontinuum pomiędzy tymi dwoma skrajnymi chronotypami. Chronotypy oceniamy stosując specjalne kwestionariusze psychologiczne zawierające pytania dotyczące dobowej aktywności, rytmu snu i czuwania. W prowadzonych przez nas badaniach staramy się określić, jakie cechy osobowościowe i temperamentalne są powiązane z indywidulnym rytmem biologicznym. Ponadto sprawdzamy, czy chronotyp istotnie wpływa na funkcje poznawcze (uwagę) oraz aktywność mózgu mierzoną podczas wykonywania zadań poznawczych w czasie preferowanym i w niekorzystnej dla danej osoby porze dnia. Staramy się również określić wzorce tzw. aktywności spoczynkowej mózgu (sytuacja, gdy badany nie wykonuje żadnego konkretnego zadania) odpowiadające różnym chronotypom. Aby odpowiedzieć na powyższe pytania badawcze, stosujemy metody behawioralne, elektrofizjologiczne oraz fMRI.

Zespół:

Bibianna Bałaj, Kamil Bonna, Joanna Dreszer, Karolina Finc, Monika Lewandowska, Jan Nikadon, Jaromir Patyk, Tomasz Piotrowski

 

PLASTYCZNOŚĆ I DYNAMIKA SIECI

Połączone funkcjonalnie obszary mózgu pracują w zsynchronizowany sposób, nawet gdy nie wykonujemy żadnych specyficznych zadań. Organizacja połączeń funkcjonalnych ludzkiego mózgu może być badana m.in. na podstawie danych uzyskanych z wykorzystaniem techniki funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (ang. functional connectivity MRI, fcMRI).

Prace naszego zespołu skupiają się na wykorzystaniu metody fcMRI do badana organizacji oraz reorganizacji sieci funkcjonalnych ludzkiego mózgu na różnych poziomach złożoności (od poziomu poszczególnych podsieci do poziomu globalnego) oraz ich znaczenia dla funkcjonowania poznawczego człowieka.

W szczególności skupiamy się na badaniu:

Zespół:

Karolina Finc (koordynator, osoba do kontaktu), Kamil Bonna, Maja Dobija, Alex Lubiński, Stanisław Narębski, Monika Muchlado, Bożena Pięta

Konsultacje i współpraca:

Simone Kühn, Aneta Brzezicka, Monika Lewandowska, Joanna Dreszer, Małgorzata Gut, Agnieszka Burzyńska, Jaromir Patyk, Patrycja Naumczyk, Jan Nikadon

UKŁAD NAGRODY

Badanie neuronalnych mechanizmów anhedonii

Anhedonia jest powszechnie rozumiana jako “niemożność odczuwania przyjemności”. Występuje jako objaw depresji, schizofrenii, choroby Parkinsona oraz uzależnień. Nieprawidłowości w odczuwaniu przyjemności występujące wśród zdrowej populacji są opisywane jako cecha anhedonii.

Doświadczanie przyjemności jest mechanizmem ewolucyjnym motywującym zachowanie do działań nakierowanych na zdobywanie pożywienia, aktywność prokreacyjną, a w przypadku ludzi dodatkowych bodźców nagradzających np. wynagrodzeń pieniężnych. Mechanizm ten składa się z trzech etapów: 1) uczenia się bodźców związanych z nagrodą, 2) pożądania nagród, 3) satysfakcji towarzyszącej zdobyciu nagrody. Zaburzenia tych trzech etapów skutkują patologicznym zachowaniem oraz obniżoną umiejętnością podejmowania decyzji. U podłoża wspomnianych procesów leży konkretna aktywność w obrębie mózgowego układu nagrody, składającego się z obszarów korowych i podkorowych. Najważniejszym z pośród nich jest brzuszne prążkowie (ang. ventral striatum).

Mimo dużego znaczenia anhedonii w wielu różnych zaburzeniach, do dzisiaj nie wiemy, które z etapów przetwarzania nagrody są zaburzone w anhedonii. Najczęściej używanymi narzędziami do badania anhedonii są kwestionariusze samooceny, jednakże większość z nich pozwala mierzyć jedynie etap satysfakcji. Badania z użyciem technik neuroobrazowania oraz badania behawioralne rzucają więcej światła na rolę poszczególnych etapów przetwarzania nagrody w anhedonii. Niestety, większość z tych badań dotyczy osób cierpiących na depresję. Badanie neuronalnych mechanizmów cechy anhedonii pozwoli na opisanie zaburzeń w obrębie układu nagrody oraz stworzenia na ich podstawie kwestionariusza do pomiaru nasilenia anhedonii mierzącego wszystkie aspekty przetwarzania nagród.

Zespół:

Jan Szczypiński (koordynator), Mateusz Gola, Joanna Dreszer, Włodzisław Duch, Jan Nikadon, Ewa Ratajczak, Jakub Wojciechowski

Neuronalne mechanizmy problematycznego korzystania z pornografii – rola reaktywności na wskazówki nagród erotycznych

Duża popularność pornografii w Internecie może być przyczyną wzrastającej liczby osób korzystających z pornografii w sposób  nałogowy. Coraz większa liczba nałogowych użytkowników pornografii (ang. problematic pornography users; PPU) poszukuje z tego powodu pomocy psychologicznej. Mimo wzrastającej powszechności problemu, wciąż brakuje spójnego modelu klinicznego opisu PPU oraz badań wskazujących na mechanizmy neuronalne tych problemów.

W naszych dotychczasowych badaniach z wykorzystaniem funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) sprawdziliśmy reaktywność neuronalną układu nagrody osób z PPU na bodźce erotyczne i pieniężne. Wykorzystaliśmy w tym badaniu zadanie pozwalające oddzielić związane ze wskazówką (ang. cue) nagrody pożądanie (ang. wanting) od związanego z otrzymaniem nagrody zadowolenia (ang. liking). W tym badaniu pokazaliśmy, że użytkownicy korzystający z pornografii nałogowo nie różnią się od przeciętnych użytkowników reaktywnością brzusznego prążkowia (ang. ventral striatum; Vstr – jedna z kluczowych struktur układu nagrody w mózgu) na nagrody erotyczne (zdjęcia). Istotna różnica w reaktywności układu nagrody widoczna była w reakcji na ich wskazówki. Osoby z PPU przejawiały znacznie większą reakcję Vstr w odpowiedzi na bodziec zapowiadający zdjęcie erotyczne niż przeciętni użytkownicy pornografii. W przypadku reakcji na wskazówki nagród pieniężnych obie grupy nie różniły się akwtywnością Vstr. Osoby z PPU poza zwiększoną reaktywnością układu nagrody wykazały także zwiększoną motywację behawioralną do oglądania erotycznych zdjęć – silniejsze pożądanie nagród erotycznych. Wyniki przypominają schemat znany z badań nad neuronalnymi mechanizmami uzależnień od substancji, patologicznego hazardu, a także patologicznego objadania się.

Dotychczasowo uzyskane przez nas wyniki jednoznacznie wskazują  na dużą rolę wskazówek erotycznych w PPU. Jednakże, nie dają nam odpowiedzi na kluczowe pytania mogące wyjaśnić rozwój i mechanizmy PPU:

Czy dowolny neutralny bodziec skojarzony z materiałami erotycznymi może  stać się istotną wskazówką powodującą zwiększenie motywacji do konsumpcji pornografii?

Z jaką łatwością wyuczone wskazówki (bodźce warunkowe) nagród erotycznych mogą być wygaszane?

Czy wrażliwość na uczenie się wskazówek erotycznych to stała w czasie cecha indywidualna czy przejściowy stan związany z dużą częstotliwością konsumpcji pornografii?

Odpowiedź na te pytania badawcze dostarczy danych istotnych dla zrozumienia problemu nałogowego korzystania z pornografii, oraz innych problematycznych zachowań o charakterze nałogowym. Rola wskazówek (bodźców warunkowych) badana była dotychczas głównie w uzależnieniach od substancji. Ilość badań dotyczących czynności nałogowych pozostaje niewielka. Natomiast, w obszarze problematycznych zachowań seksualnych na dzień dzisiejszy takich prac nie ma.

Zespół:

Jakub Wojciechowski (koordynator), Joanna Dreszer, Mateusz Gola, Jan Nikadon, Jan Szczypiński, Jakub Wojciechowski

 

POZOSTAŁE

W poszukiwaniu źródeł aktywności poznawczej mózgu. NCN Symfonia 4.

Lata realizacji: 2016-2021

Konsorcjum: Laboratorium Neurokognitywne, Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii, Katedra Informatyki Stosowanej, Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu (prof. A. Cichocki-koordynator całości, prof. W. Duch), Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN w Warszawie (dr hab. E. Kublik), Instytut Fizjologii i Patologii Słuchu w Warszawie/Kajetanach (dr T. Wolak). 4 825 800 PLN

Kierunkowe związki przyczynowe pomiędzy zrekonstruowaną aktywnością bioelektryczną węzłów sieci uwagowej: nowa metoda i przykład jej praktycznego zastosowania w badaniu EEG

2016-2018: Diamentowy Grant, MNiSW. kierownik: lic. Jan Nikadon, 199 579 zł.

BrainHeart. Wpływ treningu HRV-biofeedback na dynamikę procesów uwagowych oraz myślenie dywergencyjne

2016-2017: Grant NCN Preludium 9. kierownik: mgr Ewa Ratajczak, 99 860 zł.

Dynamika czasowa w przebiegu zmian połączeń funkcjonalnych indukowanych przez trening poznawczy. Rola różnic indywidualnych

2016-2018: Grant NCN Preludium 9. kierownik: mgr Karolina Finc, 149 642 zł.