Марихуана против Альцгеймера. Ученые Института биологических исследований Солка (США) обнаружили, что основное психоактивное вещество в марихуане, тетрагидроканнабинол (ТГК), и несколько других активных соединений уничтожают бета-амилоидные бляшки на выращенных в лабораторных условиях нейронах. Бета-амилоид — это токсичный белок, накапливающийся в мозге людей, страдающих болезнью Альцгеймера. Болезнь прогрессирует за счет клеточного воспаления в головном мозге, которое также ослабляется за счет психоактивных веществ марихуаны. Основная заслуга исследования в том, что оно открывает новые горизонты в изучении возможных эффектов марихуаны.
Объем памяти нашего мозга в 10 раз больше, чем мы думали.
Мы ценим наш мозг за способность хранить и обрабатывать большие объемы информации. Но исследования группы американских ученых из Университета Калифорнии выявили, что реальные возможности мозга в десять раз больше, чем было принято считать до этого. Ученые доказали, что человеческий мозг способен вмещать столько информации, сколько вмещает всемирное интернет-пространство. Чтобы прийти к такому выводу, ученые построили 3D-модель гиппокампа нейронов мозга (гиппокамп — это часть лимбической системы мозга, участвующая в консолидации кратковременной памяти в долговременную), в которых переходы и синапсы повторяются дважды в 10% случаев. Ученый Терри Сежноуски назвал это «настоящей бомбой» в области неврологии.
Болеутоляющие средства обостряют хронические боли.
Недавние исследования показали, что всего 5 дней лечения крыс морфином привели к возникновению хронической боли, которая продолжалась у них в течение нескольких месяцев. Опиоидные препараты повлияли на поведение глиальных клеток у подопытных животных: эти клетки должны защищать нервы спинного и головного мозга от повреждений, однако после многократного употребления морфина этого не происходит, и появляется повышенная чувствительность к боли. Если результаты исследования будут аналогичными и в случае с людьми, это объяснит зависимость от сильных обезболивающих средств: помогая на поверхностном уровне, препараты продлевают и усиливают болевой синдром в долгосрочной перспективе.
Сахар как наркотик.
Наши привычки причудливым образом влияют на работу мозга. Например, даже такие сигналы нервной системы как «стоп» и «идти» меняются под воздействием зависимости от сахара. Как и другие наркотики, пристрастие к сахару сказывается на том, как именно мозг контролирует электрические сигналы, связанные либо с погоней за удовольствием, либо с пресечением этого желания. Выходит, что тяга к сахару — это не просто аппетит и вкусовые предпочтения, а результат изменений мозга, вызванных мощным химическим воздействием. Это еще одно исследование, которое доказывает, что мы недооценивали влияние сахара на наш организм. Кстати, другая научная работа прошлого года рассматривает генетические повреждения памяти, вызванные фруктозой. Скорее всего, тема зависимости нашего мозга от сладкого станет в ближайшем будущем одной из наиболее актуальных в науке.
Счастье заложено в генах?
В ходе одного из крупнейших на сегодняшний день исследований, рассматривающего связи настроения и состояния человека с генетикой, ученые пришли к выводу — корни нашего психологического мировосприятия кроются в геноме. Более 190 исследователей из 17 стран мира проанализировали данные генома практически 300 тысяч человек. Результаты проявили себя в наборе генетических вариаций, связанных с субъективным чувством благосостояния — т. е. мыслями и чувствами, которые возникают у нас относительно уровня и качества нашей жизни, что психологи определяют как центральный компонент счастья. Аналогичным образом были обнаружены генетические вариации, связанные с депрессией и неврозом. Следующий вопрос заключается в том, как эти вариации взаимодействуют с окружающей нас средой, и может ли депрессия быть выявлена методом генетических исследований до ее клинического проявления.
Профилактика болезни Альцеймера: первые шаги.
Исследования прошлого года открыли новые перспективы в создании медицинских препаратов по профилактике болезни Альцгеймера, а возможно, и других нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона. Сотрудники Байлоровского медицинского колледжа, ученые Техасской детской больницы и Медицинской школы при Университете Джонса Хопкинса общими усилиями ищут возможность препятствовать скоплению токсичных белков в человеческом мозге — т. е. работать на опережение, а не разрушать уже образовавшиеся тау-белки. Это большой прорыв в области борьбы с Альцгеймером, потому что основные исследования до сих пор были сконцентрированы на лечении поздних стадий заболевания.
Как апноэ во время сна влияет на мозг.
Апноэ сна — внезапная остановка дыхания, которая может длиться 20−30 секунд, а порой и дольше. Нередко апноэ связывают с повышенным риском инсульта, депрессиями и дорожно-транспортными происшествиями. Исследования показали, что беспокойные ночи с апноэ провоцируют своего рода химические «американские горки», выбрасывая нейротрансмиттеры GABA (гамма-аминомасляная кислота) и глутамат. Как итог — страдающие ночным апноэ более чутко реагируют на стресс, испытывают проблемы с концентрацией внимания и подвержены частым перепадам эмоций.
Ходить за счастьем.
Среди множества исследований, изучающих благотворное влияние пешей ходьбы на эмоциональное состояние человека, можно выделить одну из недавних работ. Так, ученые утверждают, что ходьба улучшает настроение, даже когда мы не ожидаем и не планируем такого эффекта. В ходе трех экспериментов, в которых приняли участие более сотни человек (не подозревающих, что процесс ходьбы здесь один из объектов исследования), было установлено, что всего за 12 минут ходьбы увеличилась веселость, энергичность, внимательность и уверенность в себе испытуемых, по сравнению с тем же временем, проведенным сидя. Важный и приятный вывод: борьба с депрессией и подавленным состоянием не требует финансовых вложений и походов к специалисту. Порой достаточно просто выйти из дома и отправиться на прогулку.
Социальные сети и социальные возможности.
Большинство работ в области психологии, связанные с социальными сетями, изучают их влияние на эмоциональное состояние человека: например, является Facebook триггером хорошего настроения или провоцирует депрессию. В прошлом году появились изыскания, которые сфокусированы на том, как Facebook управляет нашими отношениями. С одной стороны, социальные медиа представляются прекрасным инструментом, чтобы расширить наши коммуникационные возможности, преодолев так называемое число Данбара — количество постоянных социальных связей, которые человек может поддерживать. Но нет: по данным ученых, число Данбара все еще в силе, и наш мозг в состоянии контролировать не более 150 отношений (т.е. знать и помнить черты характера и другие особенности человека). Так что расширение социальных связей благодаря соцсетям довольно условное — сколько бы «друзей» у вас ни было отмечено, ваш мозг способен «дружить» лишь с узким кругом.
Напоминания на стикерах все еще самые эффективные.
Никакие новые технологии не заменят привычных для нас напоминаний, написанных на бумажке и закрепленных где-нибудь на виду, утверждают ученые, которые посвятили этой теме целое исследование. Сегодня наша жизнь становится все насыщеннее и напряженнее, поэтому такие практические знания, подтвержденные научными экспериментами, просто необходимы.
Нейробиология изучает нервную систему человека и животных, рассматривая вопросы устройства, функционирования, развития, физиологии, патологии нервной системы и мозга. Нейробиология – очень широкая научная область, охватывающая многие направления, например, нейрофизиологию, нейрохимию, нейрогенетику. Нейробиология тесно соприкасается с когнитивными науками, психологией, и оказывает все большее влияние при исследовании социо-психологических явлений.
Изучение нервной системы в целом и мозга в частности может проходить на молекулярном или клеточном уровне, когда исследуется строение и функционирование отдельных нейронов, на уровне отдельных скоплений нейронов, а также на уровне отдельных систем (кора головного мозга, гипоталамус и т.д.) и всей нервной системы в целом, включая и головной мозг, и спинной, и всю сеть нейронов в организме человека.
Ученые-нейробиологи могут решать совершенно разные задачи и отвечать, порой, на самые неожиданные вопросы. Как восстановить работу мозга после перенесенного инсульта и какие клетки в ткани мозга человека оказывали влияние на его эволюцию – все эти вопросы в компетенции нейробиологов. А еще: почему кофе бодрит, почему мы видим сны и можно ли управлять ими, как гены определяют наш характер и строение психики, как работа нервной системы человека влияет на восприятие вкусов и запахов, и многие-многие другие.
Одним из перспективных направлений исследований в нейробиологии сегодня является изучение связи сознания и действия, то есть, как мысль о совершении действия приводит к его совершению. Эти разработки являются базой для создания принципиально новых технологий, о которых мы сейчас в принципе не догадываемся или таких, которые начинают усиленно развиваться. Примером таковых можно назвать создание чувствительных протезов конечностей, которые могут полностью восстановить функционал потерянной конечности.
По оценкам экспертов, помимо решения «серьезных» задач разработки нейробиологов скоро могут быть использованы в развлекательных целях, например, в индустрии компьютерных игр, чтобы сделать их еще более реалистичными для игрока, при создании специальных спортивных экзоскелетов, а также в военной промышленности.
Тем для изучения в нейробиологии, несмотря на множество исследований в этой области и повышенный интерес со стороны научного сообщества, меньше не становится. Поэтому еще нескольким поколениям ученых предстоит разгадывать загадки, которые таит в себе человеческий мозг и нервная система.
Нейробиолог – это ученый, который работает в одной из областей нейробиологии. Он может заниматься фундаментальной наукой, то есть проводить исследования, наблюдения и эксперименты, формируя новые теоретические подходы, находя новые общие закономерности, которые могут объяснить происхождение частных случаев. В этом случае ученый интересуется общими вопросами о строении мозга, особенностях взаимодействия нейронов, изучает причины возникновения неврологических заболеваний и т.д.
С другой стороны ученый может посвятить себя практике, решая, как применить известные фундаментальные знания для решения конкретных задач, например, при лечении заболеваний, связанных с нарушениями работы нервной системы.
Ежедневно специалисты сталкиваются с решением следующих вопросов:
1. как работает мозг и нейронные сети на разных уровнях взаимодействия, от клеточного до системного уровней;
2. как можно достоверно измерить реакции мозга;
3. какие связи, функциональные, анатомические и генетические, можно проследить в работе нейронов на разных уровнях взаимодействия;
4. какие из показателей работы мозга можно считать диагностическими или прогностическими в медицине;
5. какие лекарственные средства надо разрабатывать для лечения и протекции патологических состояний и нейродегенеративных заболеваний нервной системы.
Как стать специалистом?
Дополнительное образование
Узнайте больше о возможных программах подготовки к профессии еще в школьном возрасте.
Основное профессиональное образование
Проценты отражают распределение специалистов с определенным уровнем образования на рынке труда. Ключевые специализации для освоения професии отмечены зеленым цветом.
Способности и навыки
- Работа с информацией. Навыки поиска, обработки и анализа полученной информации
- Комплексный подход к решению проблем. Умение видеть проблему комплексно, в контексте и, исходя из этого, подбирать необходимый пул мер для ее решения
- Программирование. Навыки написания программного кода и его отладки
- Наблюдения. Навыки проведения научных наблюдений, регистрации полученных результатов и их анализа
- Естественнонаучные навыки. Умение применять знания в области естественных наук при решении профессиональных задач
- Научно-исследовательские навыки. Умение проводить исследования, ставить эксперименты, собирать данные
- Математические навыки. Умение применять математические теоремы и формулы при решении профессиональных задач
- Системная оценка. Умение выстроить систему для оценивания какого-либо явления или объекта, выбрать индикаторы оценки и по ним провести оценивание
Интересы и предпочтения
- Аналитическое мышление. Способности к проведению анализа и прогнозированию ситуации, получению выводов на основе имеющихся данных, установлению причинно-следственных связей
- Критическое мышление. Способность мыслить критически: взвесить все "за" и "против", слабые и сильные стороны каждого подхода к решению проблемы и каждого возможного результата
- Математические способности. Способности к математике и точным наукам, понимание логики математических положений и теорем
- Обучаемость. Способность быстро усваивать новую информацию, применять ее в дальнейшей работе
- Усвоение информации. Способность быстро воспринимать и усваивать новую информацию
- Гибкость мышления. Способность оперировать несколькими правилами одновременно, комбинировать их, выводить наиболее актуальную модель поведения
- Открытость новому. Способность быть на волне появления новой технической информации и знаний, связанных с работой
- Визуализация. Создание в воображении детальных образов тех объектов, которые необходимо получить по результатам работы
- Упорядочивание информации. Способность организовать данные, информацию, а также вещи или действия в определенном порядке в соответствии с определенным правилом или набором правил
- Внимательность к деталям. Способность концентрироваться на деталях при выполнении задач
- Память. Способность быстро запоминать значительные объемы информации
Профессия в лицах
Ольга Мартынова
Александр Сурин
Вес мозга составляет 3-5% от общего веса человека. И это самое большое соотношение веса мозга и тела в животном мире.
В профессию можно прийти с техническим и математическим образованием, так как все чаще требуются специалисты, знающие сложные методы статистического анализа больших объемов данных, умеющие работать с Big Data.
Нейробиологи могут найти работу в отделениях неврологии, психоневрологии и т.п. московских городских клиник и поликлиник. В научных организациях специалисты в области нейробиологии повысят уровень научных исследований функционирования нервной системы в норме и при заболеваниях; в лечебных заведениях улучшат качество диагностики заболеваний и сократят время постановки диагнозов; будут способствовать разработке прогрессивной стратегии лечения.
Мозг и нервная система в целом, пожалуй, самая сложная система организма. 70% генома человека обеспечивают формирование и функционирование мозга. Более 100 миллиардов клеточных ядер находится в мозга человека, это больше чем звезд в видимой для человека области космоса.
Сегодня ученые и медики научились пересаживать, заменять практически любую ткань и любой орган в организме человека. Каждый день проводится множество операций по трансплантации почек, печени, даже сердца. Однако операция по пересадке головы прошла успешно всего один раз, когда советский хирург В.Демихов пересадил здоровой собаке вторую голову. Известно, что он проводил множество подобных экспериментов на собаках, и в одном случае такое двухголовое существо прожило почти месяц. Сегодня также проводятся подобные опыты на животных, ищутся способы сращивания головного и спинного мозга при пересадке, что является важнейшей проблемой в такого рода операциях, однако пока ученые далеки от проведения таких операциях на людях. Пересадка головы или мозга могла бы помочь парализованным людям, тем, кто не может управлять своим телом, однако открытым остается также и вопрос этики проведения операций по трансплантации головы.
Если ученым удастся «разгадать мозг», поможет ли это лечить все болезни, управлять чувствами, контролировать воспоминания и генерировать идеи как компьютер? Нейробиолог Эд Бойден рассказал The Huffington Post, какие перспективы открывает исследование мозга, чего сможет добиться человек, если научится управлять нейронами, и почему неудавшимся проектам надо давать второй или даже третий шанс. «Теории и практики» публикуют перевод интервью.
«Постоянно генерируй новые идеи. Не читай, не вдумываясь. Комментируй, формулируй, размышляй и обобщай, даже если читаешь предисловие. Так ты всегда будешь стремиться к пониманию сути вещей, что и нужно для творчества».
Эд Бойден когда-то написал короткое эссе-инструкцию «Как думать» , и приведенный выше абзац стал его правилом № 1. Тогда ему было 28 лет, он запускал собственную исследовательскую группу по нейробиологии в Массачусетском технологическом институте и уже обнародовал некоторые свои изыскания, которые принесли ему престижную премию Brain Prize за помощь в достижении «возможно, самого важного технического прорыва за последние 40 лет», как сказал председатель жюри.
Это было почти десять лет назад. Его система генерации идей, кажется, оправдала ожидания. В прошлом году Бойден получил награду в три миллиона долларов на премии Breakthrough Prize, кроме того, он с коллегами открыл новый метод наблюдения за практически невообразимо крошечной электросхемой в головном мозге. Это позволило получить одни из самых .
- Вы часто говорите, что ваша цель - «разгадать мозг». Что вы имеете в виду?
Я думаю, значение этой фразы будет меняться по мере получения новых знаний, но сейчас «разгадать мозг» для меня значит, что, во-первых, мы можем смоделировать (скорее всего, с помощью компьютера) процессы, которые будут генерировать нечто вроде мыслей и чувств, и во-вторых, что мы можем понять, как лечить нарушения мозговой деятельности, например болезнь Альцгеймера или эпилепсию. Это две цели, которые заставляют меня двигаться вперед. Одна фокусируется на понимании человеческой природы, другая - более медицинская.
Вы можете мне возразить, заметив, что есть и третий вопрос: что такое сознание? Почему у нас есть воспоминания, а у бутылок, ручек и столов, насколько нам известно, их нет? Боюсь, что пока у нас нет точного определения сознания, поэтому к этому вопросу сложно подступиться. У нас нет «замерителя сознания», который бы указывал, насколько что-либо сознательно. Думаю, когда-нибудь мы и до этого доберемся, но в среднесрочной перспективе я бы хотел сосредоточиться на первых двух вопросах.
«Почему мы так много знаем о мире? Довольно странно, что мы можем понять закон всемирного тяготения или квантовую механику»
- Когда в 2016 году вы выиграли премию Breakthrough Prize, вы говорили о текущих попытках исследования мозга : «Если у нас все получится, то мы сможем ответить на такие вопросы, как «Кто я? Что есть моя личность? Что мне надо делать? Почему я здесь?». Как исследование поможет нам ответить на вопрос «Кто я?»
Я приведу пример. Когда в 2008 году наступил экономический кризис, я разговаривал со многими на тему того, почему люди поступают так, как поступают. Почему многие наши решения - не лучшие решения, которые мы могли бы принять?
Конечно, существует целая область науки - поведенческая экономика, которая пытается объяснить наши поступки на психологическом и когнитивном уровне. Например, если вы зададите человеку много вопросов, а потом он будет проходить мимо вазы с конфетами, то он, вероятно, возьмет несколько, потому что утомлен ответами и не может устоять.
Поведенческая экономика может объяснить некоторые вещи, но не может объяснить процессы, которые лежат в основе принятия решений, и в еще меньшей степени - кое-какие подсознательные моменты, которые мы вообще никак не контролируем. Заметьте, когда мы что-то осознаем, это часто результат бессознательных процессов, случившихся прямо перед этим. Так что если бы мы понимали, каким образом клетки мозга организованы в схему (практически компьютерную схему, если хотите), и видели, как информация протекает по этим сетям и изменяется, у нас было бы гораздо более четкое представление о том, почему наш мозг принимает определенные решения. Если мы разберемся в этом, может быть, мы сможем преодолеть некоторые ограничения и по меньшей мере понять, почему мы делаем то, что делаем.
Можете вообразить, что в очень отдаленном будущем (вероятно, на это уйдет много десятилетий) мы сможем задавать действительно сложные вопросы о том, почему мы относимся к определенным вещам так или иначе или почему мы думаем о себе определенным образом, - вопросы, которые находятся в поле зрения психологии и философии, но на которые так сложно получить ответ с помощью законов физики.
- Хорошо, я продолжу в том же направлении. Как исследование мозга поможет ответить на вопрос «Почему я здесь?»
Одной из причин, по которой я переключился с физики на изучение мозга, стал вопрос «Почему мы так много знаем о мире?». Довольно странно, что мы можем понять закон всемирного тяготения или что мы понимаем квантовую механику - по крайней мере, до такой степени, чтобы делать компьютеры. Удивительно, что мир в некотором роде понятен.
И я задался вопросом: если наш мозг понимает какую-то часть , но не понимает всего остального, и все понятное ему доступно благодаря законам физики, на которых также базируется и работа нашего мозга, то получается нечто вроде замкнутого круга, так? И я пытаюсь разобраться: как его разорвать? Как сделать Вселенную понятной? Предположим, кое-чего о Вселенной мы не понимаем, но если мы знаем, как работает человеческий разум и каких мыслительных возможностей нам не хватает, может быть, мы можем создать более развитый искусственный интеллект, который поможет усилить нашу способность думать. Эту концепцию я временами называю «мозговой сопроцессор» - нечто, работающее с мозгом и расширяющее наше понимание.
- Оптогенетика сегодня используется для исследования мозга в лабораториях по всему миру. Какие наиболее интересные и многообещающие направления, связанные с ней, вы выделяете?
Некоторые исследователи проводят довольно вызывающие с философской точки зрения эксперименты. Например, группа ученых в Калифорнийском технологическом институте обнаружила небольшое объединение клеток глубоко-глубоко в недрах мозга. Если вы активируете их с помощью света, например, у мышей (многие работают именно с ними), то животные станут агрессивными, даже жестокими. Они будут атаковать любое существо или предмет в непосредственной близости, даже какие-то случайные вещи вроде перчатки. Это очень интересно, потому что теперь можно задаваться вопросами из серии «Что происходит, когда вы раздражаете эти клетки? Посылает ли это моторную команду мускулам? Другими словами, мышь движется, чтобы атаковать? Или дело в сенсорной команде? То есть мышь боится и атакует в целях самозащиты?». Вы можете задавать действительно важные вопросы о значении эксперимента, когда участок мозга вызывает такую сложную реакцию, как агрессия или жестокость.
Есть целый ряд исследователей, которые работают над активацией или заглушением нервной деятельности в разных частях мозга для достижения медицинских целей. Например, группа ученых, которая показала на мышах, страдающих эпилепсией, что можно «выключать» судороги, воздействуя на определенные клетки. Есть другие группы, которые изучали мышей с болезнью Паркинсона и смогли избавить животных от симптомов этого заболевания.
Ученые много интересного открывают и в фундаментальных науках. Мой коллега по MIT Судзуми Тонегава и его группа исследователей сделали кое-что очень хитрое: они так «запрограммировали» мышей, что нейроны, которые отвечают за память, стали активироваться с помощью света. Они выяснили, что если реактивировать эти нейроны с помощью светового импульса, то мышь будет вести себя так, как будто заново переживает какое-то воспоминание. Таким образом, можно определить группы клеток, которые заставляют воспоминание всплыть в памяти. С тех пор исследователи проводят всевозможные эксперименты - например, они могут активировать счастливое воспоминание, и мышь почувствует себя лучше, даже если она больна. И список можно продолжать и продолжать.
«Многие из наших начинаний становятся вполне успешными только со второй или третьей попытки»
- Есть ли у вас какие-то новые мысли по поводу того, как сделать жизнь лучше?
Я понял, что если я правда хочу, чтобы технологии работы с мозгом применялись по всему миру, то я должен этому содействовать как предприниматель, то есть основать бизнес и помочь этим изобретениям выйти за рамки академических кругов. Моя лаборатория и раньше сотрудничала с различными компаниями, но в этом году я сам участвую в запуске трех. Надеюсь, мы сможем разобраться, каким образом эти технологии могут помочь людям. Я понял, что не хочу просто публиковать научные работы; я хочу, чтобы эти технологии использовались в реальной жизни.
- Одна из этих компаний занимается технологией расширения возможностей мозга, не так ли?
Именно. Мы основали небольшую компанию под названием Expansion Technologies, ее цель - рассказать миру об этих теориях расширения возможностей. Конечно, люди могут самостоятельно изучить наши публикации на эту тему, но если мы сможем нести свои идеи в массы, то многие научные и медицинские проблемы будет гораздо проще решить.
Сразу скажу, что все данные по исследованиям можно найти онлайн, мы открыто делимся всей информацией. Мы обучили, наверное, более сотни групп исследователей. При желании каждый может сам провести аналогичное микроскопическое изыскание. Но в отличие от оптогенетики, где всегда можно обратиться в какую-нибудь некоммерческую организацию, чтобы получить ДНК бесплатно или за деньги, эти исследования требуют наличия химикатов, поэтому компания, которая изготавливает наборы необходимых реактивов, доступных любому, экономит время.
Когнитивная нейробиология — наука, изучающая связь активности головного мозга и других аспектов нервной системы с психическими процессами и поведением. Особое внимание когнитивная нейробиология уделяет изучению нейронной основы мыслительных процессов. Когнитивная нейробиология является разделом как психологии, так и нейробиологии, пересекаясь с когнитивной психологией и нейропсихологии.
Когнитивной нейробиология основывается на теориях когнитивных наук в сочетании с доказательствами по нейропсихологии и компьютерного моделирования.
Благодаря междисциплинарном характере, когнитивная нейробиология может иметь разное фон. Кроме вышеупомянутых связанных дисциплин, когнитивная неврология может пересекаться с такими дисциплинами: нейробиология, биоинженерия, психиатрия, неврология, физика, информатика, лингвистика, философия и математика.
В когнитивной нейробиологии используются экспериментальные методы психофизиологии, когнитивной психологии, функциональной нейровизуализации, электрофизиологии, психогенетики. Важными аспектом когнитивной нейробиологии является изучение людей, имеющих нарушения психической деятельности вследствие повреждений головного мозга.
Связь строения нейронов с когнитивными способностями подтверждается такими фактами, как увеличение количества и размеров синапсов в мозге крыс в результате их обучения, уменьшение эффективности передачи нервного импульса по синапсам, что наблюдается у людей, пораженных болезнью Альцгеймера.
Одним из первых мыслителей, которые утверждали, что мышление осуществляется в головном мозге, был Гиппократ. В 19 веке такие ученые как Иоганн Петер Мюллер осуществляют попытки изучить функциональную структуру головного мозга в аспекте локализации мыслительных и поведенческих функций в участках головного мозга.
Появление новой дисциплины
Рождение когнитивной науки
11 сентября 1956 состоялась крупномасштабная совещание когнитивисты в Массачусетском технологическом институте. Джордж А. Миллер представил свою работу «Магическое число семь, плюс-минус два», Хомский и Ньюэлл и Саймон представили результаты своей работы по информатике. Ульрих Найссер прокомментировал результаты этой встречи в своей книге Когнитивная психология (1967 год). Термин «психология» ослабевает в 1950-х и 1960-х годах, уступая термина «когнитивная наука». Бихевиористы, такие как Миллер, стали ориентироваться на представление языка, а не общее поведение. Предложение Дэвида Марра по иерархического представления памяти заставила многих психологов принять идею, что умственные способности, в том числе алгоритмы, требуют значительной обработки в головном мозге.
Объединение неврологии и когнитивной науки
До 1980-х годов взаимодействие между неврологией и когнитивной наукой была незначительна. Термин «когнитивная нейробиология» был придуман Джорджем Миллером и Майклом Газзанига «на заднем сиденье такси в Нью-Йорке». Когнитивная нейробиология заложила теоретическое обоснование в когнитивной науке, которая возникла между 1950 и 1960, с подходами в области экспериментальной психологии, нейропсихологии и нейронауки. В конце 20 века развивались новые технологии, которые сегодня являются основой методологии когнитивной нейробиологии, в том числе транскраниальная магнитная стимуляция (1985) и функциональная магнитно-резонансная томография (1991). Ранее методов, которые использовались в когнитивной нейробиологии, включали ЭЭГ (ЭЭГ человека — 1920 год) и МЭГ (1968). Иногда когнитивные неврологи использовали другие методы визуализации головного мозга, такие как ПЭТ и ОФЭКТ. Будущей технологии в нейробиологии является редактирование ближней инфракрасной спектроскопии, в которой используется поглощения света для расчета изменений в оксида и дезоксигемоглобину в областях коры. Другие методы включают микронейрографию, электромиографию лица и слежения за глазами.
Приемы и методы
Томография
Структура мозга изучается с помощью компьютерной томографии, магнитно-резонансной томографии, ангиографии. Компьютерная томография и ангиография имеют меньшее разрешение при отображения мозга, чем магнитно-резонансная томография.
Исследование активности зон мозга на основе анализа обмена веществ позволяют осуществить позитрон-эмиссионную томографию и функциональную магнитно-резонансную томографию.
- Позитронно-эмиссионная томография сканирует повышенное потребление глюкозы в активных участках мозга. Интенсивность потребления радиоактивной формы глюкозы, вводимой рассматривается как параметр высокой активности клеток данного участка мозга.
- Функциональная магнитно-резонансная томография сканирует интенсивность потребления кислорода. Кислород фиксируется в результате приведения частей атома кислорода в сильном магнитном поле в нестабильное состояние. Преимуществом данного вида томографии является большая временная точность по сравнению с позитрон-эмиссионной томографией — возможность фиксировать изменения, продолжительность которых не превышает нескольких секунд.
Электроэнцефалограмма
Электроэнцефалограмма позволяет изучать процессы, происходящие в головном мозге у живого носителя, и таким образом анализировать активность мозга как реакцию на те или иные стимулы во времени. Преимуществом данного метода является возможность исследования активности мозга, заданную точным временем. Недостатком этого метода исследования мозговой деятельности является невозможность достичь точности пространственного разрешения — невозможность определить то, какие именно нейроны или группы нейронов, или даже участки мозга реагируют на данный стимул. Чтобы достичь точности пространственного разрешения, электроэнцефалограмму сочетают с позитрон-эмиссионной томографией.
Участки головного мозга и психическая деятельность
Передний мозг
- Кора головного мозга играет важнейшую роль в психической деятельности. Кора головного мозга выполняет функцию обработки информации, полученной через органы чувств, осуществления мышления, другие когнитивные функции. Кора головного мозга функционально состоит из трех зон: сенсорная, моторная и ассоциативная зоны. Функция ассоциативной зоны — связывать между собой активность сенсорных и моторных зон. Ассоциативная зона, предположительно получает и обрабатывает информацию с сенсорной зоны и инициирует целенаправленную осмысленное поведение. Центр Брока и область Вернике расположены в ассоциативных зонах коры. Ассоциативная зона лобных долей коры головного мозга предположительно отвечает за логическое мышление, суждения и умозаключения, осуществляемых человеком.
- Лобная доля коры больших полушарий — планирование, контроль и выполнение движений (моторная область коры больших полушарий — прецентральной извилина), речь, абстрактное мышление, суждение.
- Теменная доля коры головного мозга — соматосенсорные функции. В постцентральной извилины заканчиваются афферентные пути поверхностной и глубокой чувствительности. Развитие моторных и чувствительных функций коры головного мозга определил большую площадь тех зон, которые соответствуют частям тела, наиболее значимые в поведении и получении информации из внешней среды. Электростимулирование постцентральной извилины обусловливает ощущение прикосновения в соответствующей части тела.
- Затылочная доля коры головного мозга — зрительная функция. Волокна, с помощью которых зрительная информация поступает в кору головного мозга, направленные как ипсилатерально, так и контралатерально. (Зрительный перекрест Optic Chiasm)
- Височная доля коры головного мозга — слуховая функция.
- Таламус перераспределяет информацию от органов чувств, за исключением обоняния, к определенным участкам коры головного мозга. Четыре основные ядра таламуса соответствуют четырем видам чувств информации, получают органы: (зрительная, слуховая, тактильная, чувство равновесия и баланса). Ядра таламуса направляют информацию для переработки в определенных участков коры головного мозга.
- Гипоталамус взаимодействует с лимбической системой и регулирует базовые навыки поведения индивида, связанные с выживанием вида: борьба, питание, избавление с помощью побега, поиск партнера.
- Лимбическая система связана с памятью, обонянием, эмоциями и мотивацией. Неразвитость лимбической системы, например, у животных, говорит о преимущественном инстинктивное регулирования поведением. Миндалевидное тело лимбической системы связано с реакциями агрессии и страха. Удаление или повреждение миндалевидного тела, как показывают опыты, приводит к Неадаптивные отсутствии страха и повышенной сладострастия Перегородка головного мозга связана с эмоциями страха и гнева.
- Гиппокамп (часть мозга) играет очень важную роль в процессах, связанных с запоминанием новой информации. Нарушение гиппокампа обусловливает невозможность запоминания новой информации, хотя информация, которая была усвоена по-прежнему остается в памяти, и человек может ею оперировать. Синдром Корсакова, связанный с нарушением функционирования памяти, обусловленный дисфункцией гиппокампа. Еще одной функцией гиппокампа является определение пространственного расположения вещей, их расположение друг относительно друга. Согласно одной из гипотез, гиппокамп формирует схему или карту пространстве, в котором организму приходится ориентироваться.
- Базальные ядра выполняют моторные функции.
Средний мозг
Средний мозг играет важнейшую роль в поведении нессавцевих видов животных организмов. Однако и у млекопитающих средний мозг осуществляет важные функции контроля движения глаз, координации.
- Ретикулярная активирующая система (ретикулярная формация), действие которой находится и на конечный мозг, — это система нейронов, играет важнейшую роль в процессах сознания. Ретикулярная формация отвечает за процессы пробуждения / засыпания, фильтрацию второстепенных стимулов, поступающих в головной мозг. Вместе с таламусом ретикулярная формация обеспечивает осознание индивидом собственного существования обособленного от внешних стимулов.
- Центральное серое вещество мозга (периакведуктальна серое вещество в мозге), расположенной в стволе головного мозга и окружающей окружающую сильвиевой водопад среднего мозга, связанная с адаптивной поведением индивида.
Задний мозг
В продолговатом мозге нервы правой стороны организма соединяются с левым полушарием, а нервы левой стороны организма соединяются с правым полушарием. Некоторая часть информации, передаваемой с помощью нервов является ипсилатерально.
Нейромедиаторы и психическая деятельность
Нейромедиаторы ответственные за взаимодействие нейронов в нервной системе.
- Ацетилхолин — предполагается, что этот нейромедиатор участвует в процессах памяти, поскольку его высокие концентрации обнаружены в гиппокампе
- Дофамин — связан с регулированием движения, внимания и обучения.
- Адреналин — влияет на чувство настороженности.
- Серотонин — связан с регулированием пробуждения, засыпания, настроения.
- Гамма-аминомасляная кислота — воздействует на механизмы обучения и запоминания
Познавательные способности
Внимание
Теория интеграции признаков объясняет ранние процессы зрительного восприятия связанного с вниманием нашла Нейробиологические базу в исследованиях Дэвида Хьюбел и Торстена Визеля. Ученые обнаружили нейронную основу механизма зрительного поиска. Нейроны коры головного мозга различным образом реагировали на зрительные стимулы связаны с определенной пространственной ориентацией (вертикальной, горизонтальной, наклонной под углом). Дальнейшие исследования, проведенные рядом ученых, показали, что различные этапы зрительного восприятия связаны с разной активностью нейронов коры головного мозга. Одна активность соответствует ранним этапам обработки зрительного стимула и стимульнои признаки, другая активность соответствует поздним этапам восприятия, характеризующихся фокальной вниманием, синтезом и интеграцией признаков.
Также темами когнитивной нейробиологии являются:
- Обучение
- Память
- Зеркальные нейроны
- Сознание
- Принятие решений
- Негативность рассогласования
Последние тенденции
Одной из наиболее значимых современных тенденций в когнитивной неврологии в том, что область исследования постепенно расширяется от локализации области мозга для выполнения конкретных функций в головном мозге взрослого человека с помощью одной технологии исследования расходятся в разных направлениях, таких как мониторинг быстрого сна, машина, способная воспринимать электрическую активность мозга во время сна.
Нейробиология - наука, изучающая устройство, функционирование, развитие, генетику, биохимию, физиологию и патологию нервной системы. Изучение поведения является также разделом нейробиологии, которая всё сильнее проникает в сферы психологии и другие науки. Нервная система, присущая многим живым существам, представляет особенный интерес для науки ввиду ее возможного улучшения, сложной схемы работы и прямого влияния на жизнь людей. Прорывы в сфере нейробиологии позволят нам решить проблемы старения, психологических расстройств, душевных болезней, работы мозга и многого другого: в том числе и заглянуть в тайны работы нервной системы человека.
Хирургическая операция на мозге - крайне сложный процесс, в ходе которого пациентам иногда важно оставаться в сознании. Это необходимо, чтобы хирург в любое время мог заговорить с человеком и убедиться в правильной работе его языковых, сенсорных и эмоциональных функций. Разумеется, в это очень тревожное и неприятное время пациент может запаниковать, поэтому ученые постоянно ищут наиболее безопасный метод их успокаивания. Недавно выяснилось, что унять панику пациентов можно стимулированием особого участка мозга, отвечающего за смех и эйфорию.
