Kognitivna neuroznanost. Neurobiology

Neuronaučnici, neurofiziolozi, neurolingvisti, neuropsiholozi - među ovim naučnicima ima onih koji ne samo da proučavaju mozak, već i pišu knjige o njemu. Sakupili smo najbolje za vas. Svaka od ovih knjiga postala je senzacija. U svakom - neobično istraživanje i nevjerovatni zaključci. Čitajte i budite iznenađeni.

Susan Weinshenk je poznata američka naučnica specijalizirana za bihejvioralnu psihologiju. Zovu je "Dama mozga" jer proučava najnovija dostignuća neuronauke i ljudskog mozga i primjenjuje svoje znanje u poslovanju i Svakodnevni život. U svojoj knjizi, Suzan govori o osnovnim zakonima mozga i psihe. Ona identificira 7 glavnih motivatora ljudskog ponašanja koji određuju naše živote. Ako poznajete ove zakone i motivatore, kao i tehnike koje ih pokreću, možete utjecati na ponašanje bilo kojeg čovjeka. Više o tome u recenziji knjige "Zakoni uticaja", predstavljenoj u Biblioteci " glavna ideja". možete besplatno preuzeti na našoj web stranici.

David Lewis se naziva ocem neuromarketinga. Od 1980-ih provodi istraživanje o električnim reakcijama mozga na različite vrste oglašavanje, otkrivanje principa mentalne aktivnosti kupaca koji se mogu primijeniti u prodaji. Više od trideset godina tema neuronaučnog istraživanja Davida Lewisa bila je ranjivost ljudskog mozga i razne metode uticaj na njega. “Prikačio sam elektrode na glave volontera za snimanje električna aktivnost njihov mozak dok gledaju televizijske reklame. Uzeti uzorke pljuvačke za analizu, praćeni sa specijalnih uređaja pokreti očiju i blage promjene u izrazima lica. Te rane studije rezultirale su onim što je postalo multi-milijardna neuromarketinška industrija”, kaže on. Jedno od prvih otkrića koje je Lewis napravio bilo je da osoba koja ide u prodavnicu ne teži uvijek nagodbi kao svom cilju. Često se na ovaj način ljudi bore s depresijom, oraspolažu, povećavaju vlastiti prestiž, zadovoljavaju radoznalost, uništavaju dosadu. Kupovina je postala zabava i istovremeno terapija za milione ljudi. A za korporacije u uslovima kolosalne konkurencije, zadatak broj jedan postao je proučavanje procesa koji se dešavaju u glavi kupca. Zašto osoba bira između milion analognih proizvoda u korist određene marke? O tome u ovoj knjizi, predstavljenoj u Biblioteci "Glavna misao".

Norman Doidge, MD, posvetio je svoje istraživanje plastičnosti mozga. U svom glavnom radu on daje revolucionarnu izjavu: naš mozak je u stanju da mijenja vlastitu strukturu i rad zahvaljujući mislima i postupcima osobe. Doidge priča o tome najnovijim otkrićima, dokazujući da je ljudski mozak plastičan, što znači da se može mijenjati. Knjiga sadrži priče naučnika, doktora i pacijenata koji su postigli neverovatne transformacije. Za one koji su imali ozbiljni problemi, uspio izliječiti bolesti mozga koje su se smatrale neizlječivim bez operacija i tableta. Pa oni koji nisu imali posebne probleme, mogli bi značajno poboljšati funkcioniranje njihovog mozga. Više detalja u Biblioteci glavnih misli.

Kelly McGonigal je profesor na Univerzitetu Stanford, neuroznanstvenik, doktor znanosti, psiholog i vodeći stručnjak za proučavanje odnosa između mentalnog i fizička stanja osoba. Ona obuke Nauka o snazi ​​volje, Nauka o saosećanju i drugi su osvojili brojne nagrade. McGonigalove knjige su prevedene i objavljene u desetinama zemalja širom svijeta, govore popularnim jezikom o tome kako iskoristiti napredak u oblasti psihologije i neurofiziologije kako bi čovjeka učinili sretnijom i uspješnijom. Ova knjiga govori o problemu nedostatka snage volje. Ko od nas nije sebi obećao da će smršaviti, prestati se prejedati, prestati pušiti, krenuti u teretanu u ponedjeljak, prekinuti kašnjenje ili preskupu kupovinu? Ali svaki put su nas ove slabosti obuzimale, dajući nam osjećaj krivice i vlastite bezvrijednosti. Postoji li izlaz iz ovoga začarani krug? Da imam! Kelly McGonigal je uvjerena da nam nauka može pomoći da treniramo snagu volje. O tome u ovoj knjizi, predstavljenoj u Biblioteci "Glavna misao".

John Medina je poznati molekularni biolog koji proučava gene uključene u razvoj mozga i genetiku. mentalnih poremećaja. Medina je profesor bioinženjeringa na Univerzitetu Washington i direktor Centra za istraživanje mozga na Univerzitetu Seattle Pacific. Uz aktivnu naučnu djelatnost, John Medina je dugi niz godina bio konsultant za razne biološke i farmaceutske kompanije, bavi se književno stvaralaštvo- Autor je 6 naučnopopularnih knjiga o biologiji. Rezultat Medininog dugogodišnjeg istraživanja bio je koncept koji opisuje 12 "pravila mozga", što se ogleda u ovoj knjizi. , predstavljen u Biblioteci "Glavna misao", upoznaćemo vas sa pojmom naučnika.

André Alemand je profesor kognitivne neuropsihologije na Univerzitetu u Groningenu koji već dugi niz godina proučava starenje mozga. Aleman u svojoj knjizi postavlja pitanje šta određuje očuvanje moždanih funkcija u starosti, uprkos prirodnim biološki procesi. U knjizi govori kako se zaštititi od nepovratnih promjena i osigurati dobra kvalitetaživot u bilo kojoj dobi. Mnogo zavisi od toga šta znate o tome kako mozak radi i koje navike razvijate tokom života. Na primjer, najnovije neurofiziološke studije dokazuju da se neuroni i dalje rađaju u zrelom mozgu, ali ako se mozak "odmara" i ne uči nove stvari, onda brzo umiru.

Kognitivna neuroznanost- nauka koja proučava vezu između moždane aktivnosti i drugih aspekata nervni sistem With mentalnih procesa i ponašanje. Posebna pažnja kognitivna neuroznanost se fokusira na proučavanje neuronske osnove misaonih procesa. Kognitivna neuroznanost je grana psihologije i neuroznanosti, koja se preklapa sa kognitivnom psihologijom i neuropsihologijom.

Kognitivna neuroznanost se zasniva na teorijama kognitivnih nauka u kombinaciji sa dokazima iz neuropsihologije i kompjuterskog modeliranja.

Zbog svoje interdisciplinarne prirode, kognitivna neuroznanost može imati različite pozadine. Pored gore navedenih srodnih disciplina, kognitivna neuroznanost se može preklapati sa sljedećim disciplinama: neuronaukom, bioinženjeringom, psihijatrijom, neuronaukom, fizikom, informatikom, lingvistikom, filozofijom i matematikom.

U kognitivnoj neuronauci koriste eksperimentalne metode psihofiziologija, kognitivna psihologija, funkcionalna neuroimaging, elektrofiziologija, psihogenetika. Važan aspekt Kognitivna neuroznanost je proučavanje ljudi koji imaju mentalna oštećenja zbog oštećenja mozga.

Veza između strukture neurona i kognitivnih sposobnosti potvrđuju takve činjenice kao što su povećanje broja i veličine sinapsi u mozgu štakora kao rezultat njihovog treninga, smanjenje efikasnosti prijenosa nervnog impulsa na sinapse, što se uočava kod ljudi pogođenih Alchajmerovom bolešću.

Jedan od prvih mislilaca koji je tvrdio da se razmišljanje odvija u mozgu bio je Hipokrat. U 19. veku, naučnici kao što je Johan Peter Müller pokušali su da proučavaju funkcionalna struktura mozga u smislu lokalizacije mentalnih i bihevioralnih funkcija u regijama mozga.

Pojava nove discipline

Rođenje kognitivne nauke

11. septembra 1956. održan je veliki sastanak kognitivista u Masačusetsu. Institut za tehnologiju. Džordž A. Miler je predstavio svoj rad Magični broj sedam, plus ili minus dva, Čomski i Njuel i Sajmon su predstavili rezultate svog rada na informatici. Ulrich Neisser je u svojoj knjizi komentirao rezultate ovog sastanka kognitivna psihologija(1967). Termin "psihologija" nestaje 1950-ih i 1960-ih, ustupajući mjesto terminu "kognitivna nauka". Bihevioristi poput Millera počeli su se fokusirati na reprezentaciju jezika, a ne opšte ponašanje. Prijedlog Davida Marra za hijerarhijsko predstavljanje pamćenja naveo je mnoge psihologe da prihvate ideju da mentalni kapacitet, uključujući algoritme, zahtijevaju značajnu obradu u mozgu.

Kombinacija neuronauke i kognitivne nauke

Sve do 1980-ih, interakcija između neuronauke i kognitivne nauke bila je zanemarljiva. Termin "kognitivna neuroznanost" skovali su George Miller i Michael Gazzaniga "u zadnjem dijelu taksija u New Yorku". Kognitivna neuroznanost je pružila teorijsku osnovu za kognitivnu nauku koja se pojavila između 1950. i 1960. godine, sa pristupima iz eksperimentalne psihologije, neuropsihologije i neuronauke. Krajem 20. stoljeća razvile su se nove tehnologije koje danas čine osnovu metodologije kognitivne neuronauke, uključujući transkranijalnu magnetnu stimulaciju (1985.) i funkcionalnu magnetnu rezonancu (1991.). Ranije metode koje su korišćene u kognitivnoj neuronauci uključivale su EEG (ljudski EEG - 1920) i MEG (1968). Povremeno, kognitivni neuroznanstvenici koriste druge modalitete snimanja mozga kao što su PET i SPECT. buduća tehnologija u neuronauci je uređivanje bliske infracrvene spektroskopije, koja koristi apsorpciju svjetlosti za izračunavanje promjena u oksidu i deoksihemoglobinu u područjima korteksa. Ostale metode uključuju mikroneurografiju, elektromiografiju lica i praćenje očiju.

Tehnike i metode

Tomografija

Struktura mozga proučava se kompjuterskom tomografijom, magnetnom rezonancom i angiografijom. CT skener i angiografija imaju nižu rezoluciju snimanja mozga nego magnetna rezonanca.

Proučavanje aktivnosti moždanih zona na osnovu analize metabolizma omogućava izvođenje pozitronske emisione tomografije i funkcionalne magnetne rezonancije.

• Pozitronska emisiona tomografija skenira povećano uzimanje glukoze u aktivnim područjima mozga. Intenzitet potrošnje primijenjenog radioaktivnog oblika glukoze smatra se parametrom visoke aktivnosti stanica ovog područja mozga.
• Funkcionalna magnetna rezonanca skenira intenzitet potrošnje kiseonika. Kiseonik je fiksiran kao rezultat dovođenja delova atoma kiseonika u jakom magnetnom polju u nestabilno stanje. Prednost ove vrste tomografije je veća vremenska tačnost u odnosu na pozitronsku emisionu tomografiju, odnosno mogućnost snimanja promjena koje ne traju duže od nekoliko sekundi.

Elektroencefalogram

Elektroencefalogram omogućava proučavanje procesa koji se odvijaju u mozgu živog nosioca i na taj način analiziraju moždanu aktivnost kao odgovor na određene podražaje tokom vremena. prednost ovu metodu je mogućnost proučavanja aktivnosti mozga, data tačno vreme. Nedostatak ove metode istraživanja aktivnost mozga je nemogućnost postizanja tačnosti u prostornoj rezoluciji – nemogućnost da se tačno odredi koji neuroni ili grupe neurona, ili čak dijelovi mozga, reaguju na dati stimulus. Da bi se postigla tačnost u prostornoj rezoluciji, elektroencefalogram se kombinuje sa pozitronskom emisionom tomografijom.

Područja mozga i mentalne aktivnosti

prednji mozak

• Cortex igra suštinsku ulogu u mentalnoj aktivnosti. Moždana kora obavlja funkciju obrade informacija primljenih putem osjetila, implementacije mišljenja i drugih kognitivnih funkcija. Kora velikog mozga funkcionalno se sastoji od tri zone: senzorne, motoričke i asocijativne zone. Funkcija asocijacijske zone je da poveže aktivnost senzorne i motoričke zone. Asocijativna zona vjerovatno prima i obrađuje informacije iz senzorne zone i pokreće svrsishodno smisleno ponašanje. Brocino središte i Wernickeovo područje nalaze se u asocijacijskim područjima korteksa. zona asocijacije frontalni režnjevi smatra se da je za to odgovoran moždani korteks logičko razmišljanje, prosudbe i zaključci koje je napravila osoba.

• Frontalni režanj kore velikog mozga- planiranje, kontrola i izvođenje pokreta (motoričko područje kore velikog mozga - precentralni girus), govora, apstraktnog mišljenja, rasuđivanja.

• Parietalni režanj kore velikog mozga somatosenzorne funkcije. U postcentralnom girusu završavaju se aferentni putevi površinske i duboke osjetljivosti. Razvoj motoričkih i senzornih funkcija kore velikog mozga odredio je veliko područje onih zona koje odgovaraju dijelovima tijela, najznačajnijim u ponašanju i primanju informacija iz vanjskog okruženja. Električna stimulacija postcentralnog girusa izaziva osjećaj dodira u odgovarajućem dijelu tijela.
• Okcipitalni režanj kore velikog mozga - vizuelna funkcija. Vlakna kroz koja vizualne informacije ulaze u korteks velikog mozga, usmjerena ipsilateralno i kontralateralno. (optički hijazam)
• Temporalni režanj kore velikog mozga je slušna funkcija.

• thalamus preraspodijeli informacije iz osjetila, s izuzetkom mirisa, do određenih područja moždane kore. Četiri glavna jezgra talamusa odgovaraju četiri tipa čula informacija koje primaju organi: (vizuelni, slušni, taktilni, osećaj ravnoteže i ravnoteže). Jezgra talamusa šalju informacije na obradu određenim područjima moždane kore.
• Hipotalamus stupa u interakciju sa limbičkim sistemom i reguliše osnovne vještine ponašanja pojedinca vezane za opstanak vrste: borba, hranjenje, oslobađanje od bijega, pronalaženje partnera.
• limbički sistem povezana sa pamćenjem, mirisom, emocijama i motivacijom. Nerazvijenost limbičkog sistema, na primjer, kod životinja, ukazuje na dominantnu instinktivnu regulaciju ponašanja. Amigdala limbičkog sistema povezana je s reakcijama agresije i straha. Uklanjanje ili oštećenje amigdale, kako pokazuju eksperimenti, dovodi do neprilagođenog odsustva straha i povećane sladostrasnosti.Pregrada mozga povezana je sa emocijama straha i ljutnje.
• Hipokampus (dio mozga) igra veoma važnu ulogu u procesima vezanim za pamćenje nove informacije. Povreda hipokampusa onemogućava pamćenje novih informacija, iako naučene informacije i dalje ostaju u pamćenju, a osoba ih može operirati. Korsakovljev sindrom, povezan s oštećenjem pamćenja, zbog disfunkcije hipokampusa. Druga funkcija hipokampusa je da odredi prostorni raspored stvari, njihovu lokaciju u odnosu jedna na drugu. Prema jednoj hipotezi, hipokampus formira shemu ili mapu prostora u kojem tijelo mora kretati.
• Bazalna jezgra obavljaju motoričke funkcije.

srednji mozak

Srednji mozak igra važnu ulogu u ponašanju nesaurijanskih vrsta životinjskih organizama. Međutim, kod sisara srednji mozak obavlja važne karakteristike kontrola pokreta očiju, koordinacija.

• Retikularni aktivirajući sistem (retikularna formacija), djelovanje koji se takođe nalazi na telencefalonu, je sistem neurona koji igra ključnu ulogu u procesima svesti. Retikularna formacija je odgovorna za procese buđenja / uspavljivanja, filtrirajući sekundarne podražaje koji ulaze u mozak. Zajedno sa talamusom, retikularna formacija osigurava svijest pojedinca o vlastitom postojanju, izoliranom od vanjskih podražaja.
• Centralna siva tvar mozga (periakveduktalna siva tvar u mozgu), koji se nalazi u moždanom deblu i okolnom Sylvian vodopadu srednjeg mozga, povezan sa adaptivnim ponašanjem pojedinca.

Zadnji mozak

IN oblongata medulla živci desna strana tijela povezuju se sa lijevom hemisferom, a nervi lijeve strane tijela se povezuju sa desnom hemisferom. Neke od informacija koje se prenose živcima su ipsilateralne.

Neurotransmiteri i mentalna aktivnost

Neurotransmiteri odgovorni za interakciju neurona u nervnom sistemu.

• Acetilholin - ovaj neurotransmiter bi trebao biti uključen u procese pamćenja, budući da je visoke koncentracije nalazi u hipokampusu
• Dopamin - povezan sa regulacijom pokreta, pažnje i učenja.
• Adrenalin - utiče na osećaj budnosti.
• Serotonin - povezan sa regulacijom buđenja, uspavljivanja, raspoloženja.
• Gama-aminobutirna kiselina - utiče na mehanizme učenja i pamćenja

Kognitivne sposobnosti

Pažnja

Teorija integracije karakteristika objašnjava rane procese vizuelna percepcija pažnja je pronašla neurobiološku osnovu u studijama Davida Hubela i Thorstena Wiesela. Naučnici su otkrili neuronsku osnovu mehanizma vizualnog pretraživanja. Neuroni moždane kore na razne načine reagirao na vizualne podražaje povezane s određenom prostornom orijentacijom (vertikalno, horizontalno, nagnuto pod kutom). Dalja istraživanja brojnih naučnika pokazala su da su različite faze vizuelne percepcije povezane sa različitim aktivnostima neurona u moždanoj kori. Jedna aktivnost odgovara ranim fazama obrada vizuelnog stimulusa i stimulativnih znakova, druga aktivnost odgovara kasnim fazama percepcije, koju karakteriše fokusna pažnja, sinteza i integracija znakova.

Takođe teme kognitivne neuronauke su:

• Obrazovanje
• Memorija
• Neuroni ogledala
• Svijest
• Donošenje odluka
• Negativnost neslaganja

Najnoviji trendovi

Jedan od najznačajnijih trenutni trendovi u kognitivnoj neuronauci u kojoj se polje proučavanja postupno širi od lokalizacije regije mozga do obavljanja specifičnih funkcija u mozgu odrasle osobe koristeći jednu tehnologiju, studije se razlikuju u različitim pravcima kao što je praćenje REM spavanje, mašina sposobna da osjeti električnu aktivnost mozga tokom spavanja.

Osnove misaonih procesa. Kognitivna neuroznanost je grana psihologije i neuroznanosti, koja se preklapa sa kognitivnom psihologijom i neuropsihologijom.

Kognitivna neuroznanost se zasniva na teorijama kognitivnih nauka u kombinaciji sa dokazima iz neuropsihologije i kompjuterskih simulacija.

Zbog svoje interdisciplinarne prirode, kognitivna neuroznanost može imati različite pozadine. Pored gore navedenih srodnih disciplina, kognitivna neuroznanost se može preklapati sa sljedećim disciplinama: neuronaukom, bioinženjeringom, psihijatrijom, neuronaukom, fizikom, informatikom, lingvistikom, filozofijom i matematikom.

U kognitivnoj neuronauci se koriste eksperimentalne metode psihofiziologije, kognitivne psihologije, funkcionalnog neuroimaginga, elektrofiziologije, psihogenetike. Važan aspekt kognitivne neuroznanosti je proučavanje ljudi s mentalnim poremećajima zbog oštećenja mozga.

Veza između strukture neurona i kognitivnih sposobnosti potvrđuju činjenice kao što su povećanje broja i veličine sinapsi u mozgu štakora kao rezultat njihovog treninga, smanjenje efikasnosti prijenosa nervnog impulsa kroz sinapse. , uočeno kod ljudi pogođenih Alchajmerovom bolešću.

Jedan od prvih mislilaca koji je tvrdio da se razmišljanje odvija u mozgu bio je Hipokrat. U 19. stoljeću, naučnici poput Johanna Petera Müllera pokušali su proučavati funkcionalnu strukturu mozga u smislu lokalizacije mentalnih i bihevioralnih funkcija u regijama mozga.

1. Pojava nove discipline

1.1. Rođenje kognitivne nauke

Dana 11. septembra 1956. godine održan je veliki sastanak kognitivista. Džordž A. Miler je predstavio svoj rad "Magični broj sedam, plus ili minus dva", Noam Čomski i Njuel i Sajmon su predstavili rezultate svog rada sa računarstvom. Ulrich Neisser je u svojoj knjizi komentirao rezultate ovog sastanka kognitivna psihologija(1967). Pojam psihologija? nestaje 1950-ih i 1960-ih, ustupajući mjesto terminu "kognitivna nauka". Bihevioristi, poput Millera, počeli su se fokusirati na reprezentaciju govora, a ne na općenito ponašanje. Prijedlog Davida Marra za hijerarhijsko predstavljanje pamćenja naveo je mnoge psihologe da prihvate ideju da mentalne sposobnosti, uključujući algoritme, zahtijevaju značajnu obradu u mozgu.

1.2. Kombinacija neuronauke i kognitivne nauke

Sve do 1980-ih, interakcija između neuronauke i kognitivne nauke bila je zanemarljiva. Termin "kognitivna neuroznanost" skovali su George Miller i Michael Gazzaniga "u zadnjem dijelu taksija u New Yorku". Kognitivna neuroznanost je pružila teorijsku osnovu za kognitivnu nauku koja se pojavila između 1950. i 1960. godine, sa pristupima iz eksperimentalne psihologije, neuropsihologije i neuronauke. Krajem 20. stoljeća razvile su se nove tehnologije koje danas čine osnovu metodologije kognitivne neuronauke, uključujući transkranijalnu magnetnu stimulaciju (1985.) i funkcionalnu magnetnu rezonancu (1991.). Ranije metode korišćene u kognitivnoj neuronauci uključivale su EEG (ljudski EEG - 1920) i MEG (1968). Povremeno, kognitivni neuroznanstvenici koriste druge modalitete snimanja mozga kao što su PET i SPECT. Tehnologija budućnosti u neuronauci je uređivanje bliske infracrvene spektroskopije, koja koristi apsorpciju svjetlosti za izračunavanje promjena u oksi- i deoksihemoglobinu u kortikalnim regijama. Ostale metode uključuju mikroneurografiju, elektromiografiju lica i praćenje očiju.

2. Tehnike i metode

2.1. Tomografija

Struktura mozga proučava se kompjuterskom tomografijom, magnetnom rezonancom, angiografijom. Kompjuterska tomografija i angiografija imaju nižu rezoluciju snimanja mozga od magnetne rezonancije.

Proučavanje aktivnosti moždanih zona na osnovu analize metabolizma omogućava izvođenje pozitronske emisione tomografije i funkcionalne magnetne rezonancije.

2.2. Elektroencefalogram

3. Područja mozga i mentalne aktivnosti

3.1. prednji mozak

• Frontalni režanj kore velikog mozga- planiranje, kontrola i izvođenje pokreta (motoričko područje kore velikog mozga - precentralni girus), govora, apstraktnog mišljenja, prosuđivanja.

Takođe teme kognitivne neuronauke su:

6. Najnoviji trendovi

Jedan od najznačajnijih trenutnih trendova u kognitivnoj neuronauci je da se polje istraživanja postupno širi: od lokalizacije regije mozga do obavljanja specifičnih funkcija u mozgu odraslih pomoću jedne tehnologije, istraživanja se razilaze u različitim smjerovima, kao što je praćenje REM spavanja, mašina sposobna da uoči električnu aktivnost mozga tokom sna.

Ako naučnici uspiju da "otkriju mozak", da li će to pomoći u liječenju svih bolesti, kontroli osjećaja, kontroli sjećanja i stvaranju ideja poput kompjutera? Neuroznanstvenik Ed Boyden rekao je za Huffington Post koji izgledi otvaraju proučavanje mozga, šta osoba može postići ako nauči kontrolirati neurone i zašto neuspjelim projektima treba dati drugu ili čak treću šansu. Teorije i praksa objavljuje prijevod intervjua.

“Stalno generirajte nove ideje. Ne čitajte bez razmišljanja. Komentirajte, formulirajte, razmislite i rezimirajte, čak i ako čitate predgovor. Tako ćete uvijek nastojati da shvatite suštinu stvari, što je neophodno za kreativnost.

Ed Boyden je jednom napisao kratak esej sa uputstvima o tome kako misliti, a gornji pasus postao je njegovo pravilo broj 1. osvojio mu je prestižnu nagradu Brain za pomoć u postizanju "možda najvažnijeg tehničkog otkrića u posljednjih 40 godina", prema predsedniku žirija.

To je bilo prije skoro deset godina. Čini se da je njegov sistem generiranja ideja opravdao očekivanja. Boyden je prošle godine osvojio nagradu od 3 miliona dolara, a on i njegove kolege su otkrili nova metoda promatrajući gotovo nezamislivo sićušna električna kola u mozgu. To je omogućilo dobijanje nekih od većine.

- Često kažete da vam je cilj da "otkrijete mozak". Šta imaš na umu?

Mislim da će se značenje ove fraze mijenjati kako se nova saznanja budu sticala, ali sada "razmrsiti mozak" za mene znači da, prvo, možemo simulirati (najvjerovatnije pomoću kompjutera) procese koji će generirati nešto poput misli i osjećaja, i drugo, da možemo razumjeti kako liječiti poremećaje mozga, kao što su Alchajmerova bolest ili epilepsija. Ovo su dva cilja koja me tjeraju da idem naprijed. Jedan se fokusira na razumijevanje ljudske prirode, drugi je više medicinski.

Možete mi prigovoriti tako što ćete primetiti da postoji treće pitanje: šta je svest? Zašto imamo uspomene kada flaše, olovke i stolovi, koliko znamo, nemaju? Bojim se da nemamo tacna definicija svijesti, pa je teško pristupiti ovom pitanju. Nemamo "merač svesti" koji bi pokazao koliko je nešto svesno. Mislim da ćemo jednog dana doći do toga, ali srednjoročno, želeo bih da se fokusiram na prva dva pitanja.

Zašto znamo toliko o svijetu? Prilično je čudno da možemo razumjeti zakon univerzalne gravitacije ili kvantna mehanika»

- Kada ste osvojili nagradu Breakthrough 2016. govorili ste o tekućim naporima istraživanja mozga: „Ako uspijemo, onda ćemo moći odgovoriti na pitanja poput „Ko sam ja? Koja je moja ličnost? šta treba da uradim? Zašto sam ovde?". Kako nam istraživanje može pomoći da odgovorimo na pitanje „Ko sam ja?“

Navest ću primjer. Kada je ekonomska kriza udarila 2008. godine, razgovarao sam sa mnogo ljudi o tome zašto ljudi rade onako kako rade. Zašto mnoga naša rješenja ne uspijevaju? najbolja rješenja koje bismo mogli prihvatiti?

Naravno, postoji čitava oblast nauke – bihejvioralna ekonomija, koja pokušava da objasni naše postupke na psihološkom i kognitivnom nivou. Na primjer, ako nekoj osobi postavite mnogo pitanja, a onda prođe pored činije slatkiša, vjerovatno će uzeti nekoliko jer su umorni od odgovora i ne mogu odoljeti.

Ekonomija ponašanja može objasniti neke stvari, ali ne može objasniti procese koji su u osnovi donošenja odluka, a još manje, neke podsvjesne stvari nad kojima uopće nemamo kontrolu. Imajte na umu da kada postanemo svjesni nečega, to je često rezultat nesvjesnih procesa koji su se dogodili neposredno prije toga. Dakle, kada bismo mogli razumjeti kako su moždane stanice organizirane u krug (praktički kompjutersko kolo, ako hoćete) i vidjeti kako informacije teku kroz te mreže i promjene, imali bismo mnogo jasniju ideju o tome zašto naš mozak prima određena rješenja . Ako pogledamo ovo, možda možemo prevladati neka ograničenja i barem razumjeti zašto radimo to što radimo.

Možete zamisliti da ćemo u veoma dalekoj budućnosti (verovatno mnogo decenija) moći da postavljamo zaista teška pitanja o tome zašto se osećamo prema određenim stvarima na način na koji radimo, ili zašto razmišljamo o sebi na određeni način, pitanja koja su u polju psihologije i filozofije, ali na koje je tako teško odgovoriti uz pomoć zakona fizike.

- U redu, nastaviću u istom pravcu. Kako istraživanje mozga može pomoći da se odgovori na pitanje “Zašto sam ovdje?”

Jedan od razloga zašto sam prešao s fizike na proučavanje mozga bilo je pitanje "Zašto znamo toliko o svijetu?". Prilično je čudno da možemo razumjeti zakon univerzalne gravitacije, ili da razumijemo kvantnu mehaniku - najmanje, do tačke stvaranja kompjutera. Neverovatno je da je svet na neki način razumljiv.

I pitao sam se: ako naš mozak razumije neki dio, ali ne razumije sve ostalo, a sve što mu je razumljivo dostupno je zahvaljujući zakonima fizike, na kojima se zasniva i rad našeg mozga, onda nešto kao ispada začarani krug, zar ne? I pokušavam da shvatim kako da ga razbijem? Kako učiniti univerzum razumljivim? Recimo da postoji nešto u svemiru što ne razumijemo, ali ako znamo kako funkcionira ljudski um i koje mentalne sposobnosti nam nedostaju, možda možemo stvoriti bolju umjetnu inteligenciju koja će nam pomoći da poboljšamo našu sposobnost razmišljanja. Ponekad ovaj koncept nazivam "koprocesor mozga" - nešto što radi s mozgom i proširuje naše razumijevanje.

- Optogenetika se sada koristi za proučavanje mozga u laboratorijama širom svijeta. Koja su najzanimljivija i najperspektivnija područja vezana za to koje izdvajate?

Neki istraživači rade prilično izazovno filozofska poenta pogledajte eksperimente. Na primjer, grupa naučnika sa Kalifornijskog instituta za tehnologiju otkrila je mali skup ćelija duboko, duboko u mozgu. Ako ih aktivirate svjetlom, na primjer, kod miševa (mnogi rade s njima), tada će životinje postati agresivne, čak i okrutne. Oni će napasti bilo koje stvorenje ili objekt u neposrednoj blizini, čak i nasumične predmete poput rukavice. Ovo je veoma interesantno, jer sada možete postavljati pitanja poput „Šta se dešava kada iritirate ove ćelije? Šalje li motornu komandu mišićima? Drugim riječima, da li se miš kreće u napad? Ili je to komanda dodirom? Odnosno, miš se boji i napada u samoodbrani? Zaista možete pitati važna pitanja o značaju eksperimenta, kada to uzrokuje dio mozga kompleksna reakcija poput agresije ili okrutnosti.

Postoji veliki broj istraživača koji rade na aktiviranju ili utišavanju nervna aktivnost V različitim dijelovima mozga u medicinske svrhe. Na primjer, grupa naučnika koja je pokazala na miševima koji boluju od epilepsije da je moguće "isključiti" napade djelovanjem na određene stanice. Postoje i druge grupe koje su proučavale miševe sa Parkinsonovom bolešću i uspele da oslobode životinje od simptoma bolesti.

Naučnici otkrivaju mnogo zanimljivih stvari u fundamentalnim naukama. Moj kolega sa MIT-a Suzumi Tonegawa i njegov tim istraživača uradili su nešto veoma pametno: "programirali" miševe tako da se neuroni koji su odgovorni za pamćenje aktiviraju svetlošću. Otkrili su da ako se ovi neuroni reaktiviraju svjetlosnim impulsom, miš bi se ponašao kao da oživljava neku uspomenu. Tako je moguće odrediti grupe ćelija koje uzrokuju da se memorija pojavi u memoriji. Od tada istraživači rade razne eksperimente – na primjer, mogu aktivirati veselo sjećanje i učiniti da se miš osjeća bolje čak i ako je bolestan. A lista se nastavlja i nastavlja.

“Mnogi naši poduhvati su u potpunosti uspješni tek iz drugog ili trećeg pokušaja.”

- Imate li neku novu ideju kako život učiniti boljim?

Shvatio sam da ako zaista želim da se moždane tehnologije primjenjuju širom svijeta, onda moram tome doprinijeti kao poduzetnik, odnosno osnovati posao i pomoći da ovi izumi prevaziđu akademske okvire. Moja laboratorija je ranije surađivala sa raznim kompanijama, ali ove godine i sama sam uključena u lansiranje tri. Nadam se da možemo shvatiti kako ove tehnologije mogu pomoći ljudima. Shvatio sam da ne želim samo da objavljujem naučni rad; Želim da se ove tehnologije koriste u stvarnom životu.

- Jedna od ovih kompanija se bavi tehnologijom za poboljšanje mozga, zar ne?

Upravo. Osnovali smo mala kompanija pod nazivom Expansion Technologies, njegov cilj je obrazovati svijet o ovim teorijama ekspanzije. Naravno, ljudi mogu samostalno proučavati naše publikacije na ovu temu, ali ako možemo svoje ideje iznijeti masama, onda će mnogi naučni i medicinski problemi biće mnogo lakše odlučiti.

Moram odmah reći da se svi podaci istraživanja mogu naći na internetu, mi otvoreno dijelimo sve informacije. Obučili smo vjerovatno više od stotinu grupa istraživača. Po želji, svako može obaviti sličan mikroskopski pregled. Ali za razliku od optogenetike, gdje se uvijek nekome možete obratiti neprofitna organizacija Za dobijanje DNK besplatno ili za novac, ove studije zahtevaju hemikalije, tako da kompanija koja pravi komplete neophodnih reagensa dostupnih svima štedi vreme.

Odgovor na pitanje koje studije neuronauke je prilično kratak. Neurobiologija je grana biologije i nauke koja proučava strukturu, funkciju i fiziologiju mozga. Sam naziv ove nauke govori da su glavni predmeti proučavanja nervne ćelije - neuroni koji čine čitav nervni sistem.

• Od čega se sastoji mozak osim neurona?
• Istorija razvoja neuronauke
• Neurobiološke metode istraživanja

Od čega se sastoji mozak osim neurona?

U strukturi nervnog sistema, pored samih neurona, učestvuju i različite ćelijske glije koje čine večina volumena mozga i drugih dijelova nervnog sistema. Glia je dizajnirana da služi neuronima i blisko komunicira s njima, osiguravajući ih normalno funkcionisanje i vitalnost. Zbog toga moderne neuronauke mozga također proučava neurogliju i njihove različite funkcije u opskrbi neurona.

Istorija razvoja neuronauke

Moderna istorija razvoja neurobiologije kao nauke započela je nizom otkrića na prelazu iz 19. u 20. vek:

1. Predstavnici i pristalice J.-P. Müller iz njemačke škole fiziologije (G. von Helmholtz, K. Ludwig, L. Hermann, E. Dubois-Reymond, Y. Bernstein, K. Bernard, itd.) uspjeli su dokazati električnu prirodu prenošenog nervnih vlakana signale.
2. Yu. Bernshtein je 1902. godine predložio teoriju membrane koja opisuje ekscitaciju nervnog tkiva, pri čemu je odlučujuća uloga pripisana jonima kalijuma.
3. Njegov savremenik E. Overton je iste godine otkrio da je natrijum neophodan za stvaranje ekscitacije u nervima. Ali savremenici nisu cijenili Overtonova djela.
4. K. Bernard i E. Dubois-Reymond sugerirali su da se moždani signali prenose putem kemikalija.
5. Ruski naučnik V.Yu. To je i eksperimentalno potvrdio struja ima iritirajući fizički i hemijski efekat.
6. Na početku elektroencefalografije bio je V.V. Pravdich-Neminsky, koji je 1913. godine po prvi put mogao snimiti električnu aktivnost njegovog mozga sa površine lobanje psa. A prvi snimak ljudskog elektroencefalograma napravio je 1928. godine austrijski psihijatar G. Berger.
7. U studijama E. Huxleya, A. Hodgkina i K. Colea otkriveni su mehanizmi ekscitabilnosti neurona na ćelijskom i molekularnom nivou. Prvi je 1939. mogao izmjeriti kako ekscitacija membrane aksona divovskih lignji mijenja njenu ionsku provodljivost.
8. Šezdesetih godina u Institutu za fiziologiju Akademije nauka Ukrajinske SSR pod rukovodstvom ak. P. Kostyuk su prvi registrovali jonske struje u trenutku ekscitacije membrana neurona kičmenjaka i beskičmenjaka.

Tada je povijest razvoja neurobiologije dopunjena otkrićem mnogih komponenti uključenih u proces unutarćelijske signalizacije:

• fosfataze;
• kinaze;
• enzimi uključeni u sintezu sekundarnih glasnika;
• brojni G-proteini i drugi.

U radu E. Neera i B. Sakmana opisana su istraživanja pojedinačnih jonskih kanala u mišićnim vlaknima žabe, koja su aktivirana acetilkolinom. Dalji razvoj istraživačke metode omogućile su proučavanje aktivnosti različitih pojedinačnih jonskih kanala dostupnih u ćelijske membrane. U posljednjih 20 godina metode molekularne biologije su naširoko uvedene u temelje neurobiologije, što je omogućilo razumijevanje hemijska struktura različiti proteini uključeni u procese intracelularne i međustanične signalizacije. Uz pomoć elektronske i napredne optičke mikroskopije, kao i laserska tehnologija postalo je moguće proučavati osnove fiziologije nervnih ćelija i organela na makro- i mikronivou.

Video o neuronauci - nauci o mozgu:

Neurobiološke metode istraživanja

Teorijske metode istraživanja u neurobiologiji ljudskog mozga u velikoj su mjeri zasnovane na proučavanju CNS-a životinja. ljudski mozak je proizvod duge opće evolucije života na planeti, koja je započela u arhejskom periodu i traje do danas. Priroda je prošla kroz bezbroj varijanti centralnog nervnog sistema i njegovih sastavnih elemenata. Tako je uočeno da su neuroni sa procesima i procesima koji se u njima odvijaju kod ljudi ostali potpuno isti kao i kod mnogo primitivnijih životinja (ribe, člankonošci, gmizavci, vodozemci, itd.).

U razvoju neuronauke posljednjih godina Sve više se koriste intravitalni rezovi mozga zamorci i novorođenih pacova. Često se koristi nervnog tkiva veštački kultivisan.

Šta mogu da pokažu savremenim metodama neuronauka? Prije svega, to su mehanizmi rada pojedinih neurona i njihovi procesi. Za registraciju bioelektrične aktivnosti procesa ili samih neurona koriste se specijalni trikovi mikroelektrodna tehnologija. To, ovisno o zadacima i predmetima istraživanja, može izgledati drugačije.

Najčešće se koriste dvije vrste mikroelektroda: staklene i metalne. Za potonje se često uzima volframova žica debljine od 0,3 do 1 mm. Da bi se snimila aktivnost jednog neurona, mikroelektroda se ubacuje u manipulator koji je sposoban vrlo precizno pomjeriti u mozgu životinje. Manipulator može raditi zasebno ili biti pričvršćen za lubanju objekta, ovisno o zadacima koji se rješavaju. U potonjem slučaju, uređaj mora biti minijaturan, zbog čega se naziva mikromanipulator.

Zabilježena bioelektrična aktivnost ovisi o radijusu vrha mikroelektrode. Ako ovaj promjer ne prelazi 5 mikrona, tada postaje moguće registrirati potencijal jednog neurona ako se u ovom slučaju vrh elektrode približi istraživanom nervne ćelije oko 100 mikrona. Ako vrh mikroelektrode ima dvostruko veći promjer, tada se bilježi istovremena aktivnost desetina ili čak stotina neurona. Rasprostranjene su i mikroelektrode od staklenih kapilara, čiji se promjeri kreću od 1 do 3 mm.

Koje zanimljive stvari znate o neuronauci? Šta mislite o ovoj nauci? Recite nam o tome u komentarima.