Когнитивная нейробиология. Нейробиология

Нейробиологи, нейрофизиологи, нейролингвисты, нейропсихологи — среди этих ученых есть те, кто не только изучает мозг, но и пишет об этом книги. Мы собрали для вас самые лучшие. Каждая из этих книг стала сенсацией. В каждой — необычные исследования и поражающие воображение выводы. Читайте и удивляйтесь.

Сьюзан Вайншенк — известный американский ученый, специализирующийся на поведенческой психологии. Ее называют «Леди Мозг», поскольку она изучает последние достижения в области неврологии и человеческого мозга и применяет полученные знания в бизнесе и повседневной жизни. В своей книге Сьюзан рассказывает об основных законах работы мозга и психики. Она выделяет 7 главных мотиваторов человеческого поведения, которые определяют нашу жизнь. Если знать эти законы и мотиваторы, а также приемы, которые их запускают, то можно влиять на поведение любых людей. Подробнее об этом в обзоре по книге «Законы влияния», представленном в Библиотеке «Главная мысль». вы можете скачать на нашем сайте бесплатно.

Дэвида Льюиса называют отцом нейромаркетинга. Начиная с 1980-х годов он проводил исследования электрических реакций мозга на разные виды рекламы, выявляя принципы мыслительной деятельности покупателей, которые можно применить в продажах. Более тридцати лет темой нейробиологических исследований Дэвида Льюиса была уязвимость мозга человека и различные методы воздействия на него. «Я прикреплял электроды к головам добровольцев, чтобы фиксировать электрическую активность их мозга во время просмотра телевизионных рекламных роликов. Брал образцы слюны на анализ, отслеживал с помощью специальных приборов движения глаз и малейшие изменения мимики. Те первые исследования вылились в то, что стало многомиллиардной индустрией нейромаркетинга», - говорит он. Одно из первых открытий, которое сделал Льюис, состояло в том, что человек, идя в магазин, далеко не всегда преследует своей целью выгодную покупку. Часто таким образом люди борются с депрессией, поднимают себе настроение, повышают собственный престиж, удовлетворяют любопытство, уничтожают скуку. Шопинг превратился в развлечение и одновременно терапию для миллионов людей. А для корпораций в условиях колоссальной конкуренции задачей номер один стало изучение процессов, происходящих в голове покупателя. Почему человек делает выбор из миллиона аналоговых продуктов в пользу конкретного бренда? Об этом по этой книге, представленном в Библиотеке «Главная мысль».

Доктор медицины Норман Дойдж посвятил свои исследования пластичности мозга. В своем главном труде он делает революционное заявление: наш мозг способен менять собственную структуру и работу благодаря мыслям и действиям человека. Дойдж рассказывает о последних открытиях, доказывающих, что человеческий мозг пластичен, а значит, способен самоизменяться. В книге представлены истории об ученых, врачах и пациентах, которые смогли добиться удивительных трансформаций. Тем, у кого были серьезные проблемы, удалось без операций и таблеток вылечить заболевания мозга, считавшиеся неизлечимыми. Ну а те, у кого не было особых проблем, смогли значительно улучшить работу своего мозга. Подробнее , представленном в Библиотеке «Главная мысль».

Келли Макгонигал — профессор Стэнфордского университета, нейрофизиолог, доктор философии, психолог, ведущий эксперт в области изучения взаимосвязи между психическим и физическим состояниями человека. Ее учебные курсы «Наука силы воли», «Наука сострадания» и другие удостоены множества наград. Книги Макгонигал переведены и изданы в десятках стран мира, они популярным языком рассказывают о том, как использовать достижения в области психологии и нейрофизиологии, чтобы сделать человека более счастливым и успешным. Эта книга посвящена проблеме нехватки силы воли. Кто из нас не обещал себе похудеть, перестать объедаться, бросить курить, начать ходить в спортзал с понедельника, покончить с опозданиями или слишком затратным шопингом? Но каждый раз эти слабости брали над нами верх, снабжая еще и чувством вины и собственной никчемности. Есть ли выход из этого замкнутого круга? Да, есть! Келли Макгонигал убеждена, что наука может нам помочь натренировать силу воли. Об этом по этой книге, представленном в Библиотеке «Главная мысль».

Джон Медина — известный молекулярный биолог, занимающийся изучением генов, которые участвуют в развитии мозга, и генетикой психических расстройств. Медина - профессор биоинженерии Вашингтонского университета, руководитель Центра исследований мозга при Тихоокеанском университете Сиэтла. Одновременно с активной научной деятельностью Джон Медина на протяжении многих лет является консультантом различных биологических и фармацевтических компаний, занимается литературным творчеством — он автор 6 научно-популярных книг по биологии. Итогом многолетних исследований Медины стала концепция, описывающая 12 «правил мозга», которая и нашла отражение в этой книге. , представленном в Библиотеке «Главная мысль», мы познакомим вас с концепцией ученого.

Андре Алеман — профессор Университета Гронингена, занимающийся когнитивной нейропсихологией, много лет изучает процессы старения мозга. В своей книге Алеман задаётся вопросом, от чего зависит сохранность функций мозга в старости, несмотря на естественные биологические процессы. В книге он рассказывает, как защититься от необратимых изменений и обеспечить себе хорошее качество жизни в любом возрасте. Многое зависит от того, что вы знаете о работе мозга и какие привычки вырабатываете в течение жизни. Скажем, последние нейрофизиологические исследования доказывают, что в зрелом мозге продолжают рождаться нейроны, однако если мозг «отдыхает» и не учится новому, то они быстро погибают.

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.

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 с нейропсихологии и компьютерного моделирования.

Благодаря своему междисциплинарном характер, когнитивная нейробиология может иметь различное 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, снижение эффективности передачи нервного импульса по синапсов, 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 предпринимают попытки изучить функциональную структуру головного мозга в аспекте локализации мыслительных и поведенческих функций в участках головного мозга.

1. Появление новой дисциплины

1.1. Рождение когнитивной науки

11 сентября 1956 состоялась крупномасштабная совещание когнитивисты в . Джордж А. Миллер представил свою работу "Магическое число семь, плюс-минус два" , Ноам Чомски и Ньюэлл и Саймон представили результаты своей работы с информатики . 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 речи, 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.

1.2. 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. 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, используемых 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 поглощение света для расчета изменений в окси-и дезоксигемоглобину в областях коры. Другие методы включают микронейрографию, электромиографию лица и слежения за глазами.

2. Приемы и методы

2.1. 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.

2.2. Электроэнцефалограмма

3. Участки головного мозга и психическая деятельность

3.1. Передний мозг

• Лобная доля коры больших полушарий - планирование, контроль и выполнение движений (моторная область коры больших полушарий - прецентральной извилины), речь, абстрактное мышление, суждения.

Также темами когнитивной нейробиологии являются:

6. 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.

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.

Ответ на вопрос, что изучает нейробиология, довольно краток. Нейробиология – это отрасль биологии и наука, изучающая строение, функции и физиологию мозга. Само название данной науки говорит, что главными объектами изучения служат нервные клетки – нейроны, из которых состоит вся нервная система.

• Из чего состоит мозг помимо нейронов?
• История развития нейробиологии
• Нейробиологические методы исследования

Из чего состоит мозг помимо нейронов?

В строении нервной системы помимо собственно нейронов принимают ещё участие разнообразные клеточные глии, на долю которых приходится большая часть объёма мозга и других участков нервной системы. Глии предназначены для обслуживания и тесного взаимодействия с нейронами, обеспечивая их нормальное функционирование и жизнедеятельность. Поэтому современная нейробиология мозга изучает также нейроглии, и их разнообразные функции по обеспечению нейронов.

История развития нейробиологии

Современная история развития нейробиологии как науки началась с цепочки открытий на рубеже 19-20 веков:

1. Представители и сторонники основанной в первой половине XIX века Й.-П. Мюллером немецкой школы физиологии (Г. фон Гельмгольц, К. Людвиг, Л. Герман, Э. Дюбуа-Реймон, Ю. Бернштейн, К. Бернар и пр.) смогли доказать электрический характер передаваемых нервными волокнами сигналов.
2. Ю. Бернштейн в 1902 году предложил мембранную теорию, описывающую возбуждение нервной ткани, где определяющая роль отводилась ионам калия.
3. Его современник Е. Овертон в том же году открыл, что натрий необходим для генерации возбуждения в нерве. Но современники не оценили по достоинству работ Овертона.
4. К. Бернар и Э.Дюбуа-Реймон предположили, что мозговые сигналы передаются через химические вещества.
5. Российский учёный В.Ю.Чаговец чуть раньше опубликования мембранной теории Бернштейна выдвинул в 1896 году собственную ионную теорию возникновения биоэлектрических явлений. Он также экспериментально подтвердил, что электрический ток оказывает раздражающее физико-химическое действие.
6. У истоков электроэнцефалографии стоял В.В. Правдич-Неминский, который в 1913 году смог впервые зафиксировать с поверхности черепа собаки электрическую активность её мозга. А первую запись человеческой электроэнцефалограммы удалось сделать в 1928 году австрийскому психиатру Г. Бергеру.
7. В исследованиях Э.Хаксли, А.Ходжкина и К.Коула были раскрыты механизмы возбудимости нейронов на клеточном и молекулярном уровне. Первый в 1939 году смог измерить, как при возбуждении мембраны гигантских аксонов кальмара меняется её ионная проводимость.
8. В 60-е годы в институте физиологии АН УССР под руководством ак. П.Костюка были впервые зарегистрированы ионные токи в момент возбуждения мембран нейронов позвоночных и беспозвоночных животных.

Затем история развития нейробиологии пополнилась открытием многих компонентов, принимающих участие в процессе внутриклеточной сигнализации:

• фосфатазы;
• киназы;
• ферменты, участвующие в синтезе вторичных посредников;
• многочисленные G-белки и другие.

В работе Э.Нэера и Б.Сакмана были описаны исследования одиночных ионных каналов в мышечных волокнах лягушки, которые активировались ацетилхолином. Дальнейшее развитие методов исследования позволило изучить активность всевозможных одиночных ионных каналов, имеющихся в клеточных мембранах. В последние 20 лет в основы нейробиологии стали широко внедряться методы молекулярной биологии, что позволило понять химическое строение различных белков, участвующих в процессах внутриклеточной и межклеточной сигнализации. С помощью электронной и усовершенствованной оптической микроскопии, а также лазерных технологий стало возможным изучение основ физиологии нервных клеток и органелл на макро- и микроуровнях.

Видео о нейробиологии – науке о мозге:

Нейробиологические методы исследования

Теоретические методы исследования в нейробиологии головного мозга человека во многом опираются на изучение ЦНС животных. Человеческий мозг является продуктом длительной общей эволюции жизни на планете, которая началась в архейский период и продолжается до сих пор. Природа перебрала бесчисленные варианты устройства ЦНС и составляющих её элементов. Так, подмечено, что нейроны с отростками и протекающие в них процессы у человека остались точно такими же, как у намного более примитивных животных (рыб, членистоногих, рептилий, амфибий и т. д.).

В развитии нейробиологии последних лет всё чаще используются прижизненные срезы головного мозга морских свинок и новорожденных крысят. Часто употребляется нервная ткань, культивированная искусственно.

Что же могут показать современные методы нейробиологии? Прежде всего, это механизмы работы отдельных нейронов и их отростков. Чтобы зарегистрировать биоэлектрическую активность отростков или самих нейронов, используются особые приёмы микроэлектродной техники. Она, в зависимости от задач и предметов исследования, может выглядеть по-разному.

Чаще всего используется два вида микроэлектродов: стеклянные и металлические. Для последних часто берётся вольфрамовая проволока толщиной от 0,3 до 1 мм. Чтобы зафиксировать активность одиночного нейрона, микроэлектрод вставляется в манипулятор, способный очень точно продвигать его в мозге животного. Манипулятор может работать отдельно или будучи прикреплённым к черепу объекта в зависимости от решаемых задач. В последнем случае устройство должно быть миниатюрным, поэтому получило название микроманипулятора.

Регистрируемая биоэлектрическая активность зависит от величины радиуса кончика микроэлектрода. Если этот диаметр не превышает 5 микронов, то становится возможным регистрировать потенциал единичного нейрона, если при этом кончик электрода приблизится к исследуемой нервной клетке примерно на 100 микрон. Если у кончика микроэлектрода вдвое больший диаметр, то фиксируется одновременная активность десятков или даже сотен нейронов. Также широко распространены микроэлектроды, изготовленные из стеклянных капилляров, диаметры которых колеблются в пределах от 1 до 3 мм.

Что интересного Вы знаете о нейробиологии? Что Вы думаете об этой науке? Расскажите об этом в комментариях .