Kognitiivne neuroteadus. Neurobioloogia

Neuroteadlased, neurofüsioloogid, neurolingvistid, neuropsühholoogid - nende teadlaste seas on neid, kes mitte ainult ei uuri aju, vaid kirjutavad sellest ka raamatuid. Oleme kogunud teile parimad. Igast neist raamatutest on saanud sensatsioon. Igas - ebatavalised uuringud ja hämmastavad järeldused. Lugege ja olge üllatunud.

Susan Weinshenk on tuntud Ameerika teadlane, kes on spetsialiseerunud käitumispsühholoogiale. Teda kutsutakse "Brain Ladyks", kuna ta uurib uusimaid edusamme neuroteadustes ja inimajus ning rakendab oma teadmisi äris ja Igapäevane elu. Susan räägib oma raamatus aju ja psüühika põhiseadustest. Ta toob välja 7 peamist inimkäitumise motivaatorit, mis määravad meie elu. Kui tead neid seadusi ja motivaatoreid ning neid käivitavaid tehnikaid, saad mõjutada iga inimese käitumist. Sellest lähemalt Raamatukogus esitletud raamatu "Mõjuseadused" arvustuses " peamine idee". saate meie veebisaidilt tasuta alla laadida.

David Lewist nimetatakse neuroturunduse isaks. Alates 1980. aastatest on ta uurinud aju elektrilisi reaktsioone erinevad tüübid reklaam, paljastades ostjate vaimse tegevuse põhimõtted, mida saab müügis rakendada. David Lewise neuroteaduste uuringute teemaks on enam kui kolmkümmend aastat olnud inimaju haavatavus ja erinevaid meetodeid mõju talle. «Kinnitasin salvestamiseks vabatahtlike pähe elektroodid elektriline aktiivsus nende aju telereklaame vaadates. Võttis analüüsiks süljeproovid, jälgiti spetsiaalsed seadmed silmade liigutused ja kerged muutused näoilmetes. Nende varaste uuringute tulemusel kujunes mitme miljardi dollari suurune neuroturundustööstus, ”ütleb ta. Üks esimesi avastusi, mille Lewis tegi, oli see, et poodi minev inimene ei sea alati oma eesmärki allahindlust. Sageli võitlevad inimesed sel viisil depressiooniga, rõõmustavad end, tõstavad oma prestiiži, rahuldavad uudishimu, hävitavad igavuse. Ostlemisest on saanud miljonite inimeste jaoks meelelahutus ja samal ajal teraapia. Ja korporatsioonide jaoks kolossaalse konkurentsi tingimustes on ülesandeks number üks saanud ostja peas toimuvate protsesside uurimine. Miks valib inimene miljoni analoogtoote hulgast konkreetse kaubamärgi kasuks? Selle kohta selles raamatus, mis on esitatud raamatukogus "Peamine mõte".

Norman Doidge, MD, pühendas oma uurimistöö aju plastilisusele. Oma põhitöös teeb ta revolutsioonilise avalduse: meie aju on võimeline muutma oma struktuuri ja tööd tänu inimese mõtetele ja tegudele. Doidge räägib viimased avastused, mis tõestab, et inimese aju on plastiline, mis tähendab, et see võib ennast muuta. Raamat sisaldab lugusid teadlastest, arstidest ja patsientidest, kes on saavutanud hämmastavaid muutusi. Neile, kellel oli tõsiseid probleeme, suutis ilma operatsioonide ja pillideta välja ravida ajuhaigused, mida peeti ravimatuks. No need, kellel ei olnud erilisi probleeme, võivad oluliselt parandada nende aju tööd. Lisateavet leiate peamisest mõtteraamatukogust.

Kelly McGonigal on Stanfordi ülikooli professor, neuroteadlane, Ph.D., psühholoog ning juhtiv ekspert vaimse ja vaimse vahelise seose uurimisel. füüsilised seisundid isik. Tema koolitused Teadus tahtejõust, teadus kaastundest ja teised on võitnud arvukalt auhindu. McGonigali raamatuid on tõlgitud ja avaldatud kümnetes riikides üle maailma, need räägivad populaarses keeles, kuidas kasutada psühholoogia ja neurofüsioloogia valdkonna edusamme, et muuta inimene õnnelikumaks ja edukamaks. See raamat räägib tahtejõu puudumise probleemist. Kes meist poleks lubanud endale kaalust alla võtta, ülesöömisest loobuda, suitsetamisest loobuda, esmaspäeval jõusaalis käima hakata, hilinemine või ülehinnatud ostlemine lõpetada? Kuid iga kord, kui need nõrkused võtsid meist võimust, tekitasid meile süütunde ja meie endi väärtusetuse. Kas sellest on väljapääs nõiaringi? Jah seal on! Kelly McGonigal on veendunud, et teadus võib aidata meil tahtejõudu treenida. Selle kohta selles raamatus, mis on esitatud raamatukogus "Peamine mõte".

John Medina on tunnustatud molekulaarbioloog, kes uurib aju arengu ja geneetikaga seotud geene. vaimsed häired. Medina on Washingtoni ülikooli bioinseneri professor ja Seattle'i Vaikse ookeani ülikooli ajuuuringute keskuse direktor. Aktiivse teadustegevuse kõrval on John Medina olnud aastaid erinevate bioloogiliste ja farmaatsiaettevõtete konsultant, tegelenud kirjanduslik loovus- Ta on 6 bioloogiateemalise populaarteadusliku raamatu autor. Medina aastatepikkuse uurimistöö tulemuseks oli kontseptsioon, mis kirjeldab 12 "aju reeglit", mis kajastub selles raamatus. , mida esitletakse Raamatukogus "Peamine mõte", tutvustame teile teadlase mõistet.

André Alemand on Groningeni ülikooli kognitiivse neuropsühholoogia professor, kes on aastaid aju vananemist uurinud. Aleman esitab oma raamatus küsimuse, mis määrab ajufunktsioonide säilimise vanemas eas, hoolimata loomulikust. bioloogilised protsessid. Raamatus räägib ta, kuidas end pöördumatute muutuste eest kaitsta ja kindlustada hea kvaliteet elu igas vanuses. Palju sõltub sellest, mida sa tead aju toimimise kohta ja milliseid harjumusi sa kogu oma elu jooksul arendad. Näiteks viimased neurofüsioloogilised uuringud tõestavad, et küpses ajus sünnivad neuronid jätkuvalt, kuid kui aju “puhkab” ega õpi uusi asju, surevad nad kiiresti.

Kognitiivne neuroteadus– teadus, mis uurib ajutegevuse seost muude aspektidega närvisüsteem Koos vaimsed protsessid ja käitumine. Erilist tähelepanu kognitiivne neuroteadus keskendub mõtlemisprotsesside neuraalse aluse uurimisele. Kognitiivne neuroteadus on nii psühholoogia kui ka neuroteaduse haru, mis kattub kognitiivse psühholoogia ja neuropsühholoogiaga.

Kognitiivne neuroteadus põhineb kognitiivteaduste teooriatel, mis on kombineeritud neuropsühholoogia ja arvutimodelleerimise tõenditega.

Oma interdistsiplinaarse olemuse tõttu võib kognitiivsel neuroteadusel olla erinev taust. Lisaks eelmainitud seotud erialadele võib kognitiivne neuroteadus kattuda järgmiste teadusharudega: neuroteadus, biotehnoloogia, psühhiaatria, neuroteadus, füüsika, arvutiteadus, lingvistika, filosoofia ja matemaatika.

Kognitiivses neuroteaduses kasutavad nad eksperimentaalsed meetodid psühhofüsioloogia, kognitiivne psühholoogia, funktsionaalne neuropildistamine, elektrofüsioloogia, psühhogeneetika. Oluline aspekt Kognitiivne neuroteadus uurib inimesi, kellel on ajukahjustuse tõttu vaimsed häired.

Seost neuronite struktuuri ja kognitiivsete võimete vahel kinnitavad sellised faktid nagu sünapside arvu ja suuruse suurenemine rottide ajus nende treenimise tagajärjel, ülekande efektiivsuse vähenemine. närviimpulss sünapside kohta, mida täheldatakse Alzheimeri tõve all kannatavatel inimestel.

Üks esimesi mõtlejaid, kes väitis, et mõtlemine toimub ajus, oli Hippokrates. 19. sajandil tegid sellised teadlased nagu Johann Peter Müller katseid uurida funktsionaalne struktuur aju vaimsete ja käitumuslike funktsioonide lokaliseerimise seisukohalt ajupiirkondades.

Uue distsipliini tekkimine

Kognitiivteaduse sünd

11. septembril 1956 toimus Massachusettsis ulatuslik kognitivistide kohtumine. Tehnoloogiainstituut. George A. Miller esitas oma referaadi The Magic Number Seven, Plus or Miinus Two, Chomsky ja Newell ning Simon esitasid oma arvutiteaduse töö tulemusi. Ulrich Neisser kommenteeris selle kohtumise tulemusi oma raamatus kognitiivne psühholoogia(1967). Mõiste "psühholoogia" kaob 1950. ja 1960. aastatel, andes teed mõistele "kognitiivteadus". Biheivioristid, nagu Miller, hakkasid keskenduma pigem keele kujutamisele üldine käitumine. David Marri ettepanek mälu hierarhiliseks esituseks viis paljud psühholoogid selle mõttega nõustuma vaimne võimekus, sealhulgas algoritmid, nõuavad ajus märkimisväärset töötlemist.

Neuroteaduse ja kognitiivteaduste ühendamine

Kuni 1980. aastateni oli neuroteaduse ja kognitiivteaduste koostoime tühine. Mõiste "kognitiivne neuroteadus" võtsid kasutusele George Miller ja Michael Gazzaniga "Takso tagaosas New Yorgis". Kognitiivne neuroteadus andis eksperimentaalpsühholoogia, neuropsühholoogia ja neuroteaduse lähenemisviisidega teoreetilise aluse kognitiivteadusele, mis tekkis aastatel 1950–1960. 20. sajandi lõpus arenesid välja uued tehnoloogiad, mis tänapäeval moodustavad kognitiivse neuroteaduse metoodika aluse, sealhulgas transkraniaalne magnetstimulatsioon (1985) ja funktsionaalne magnetresonantstomograafia (1991). Varasemad meetodid, mida kognitiivses neuroteaduses kasutati, hõlmasid EEG-d (inimese EEG - 1920) ja MEG-d (1968). Mõnikord on kognitiivsed neuroteadlased kasutanud muid aju kuvamise meetodeid, nagu PET ja SPECT. tulevikutehnoloogia neuroteaduses on lähi-infrapuna-spektroskoopia redigeerimine, mis kasutab valguse neeldumist, et arvutada oksiidi ja desoksühemoglobiini muutusi ajukoore piirkondades. Muud meetodid hõlmavad mikroneurograafiat, näo elektromüograafiat ja silmade jälgimist.

Tehnikad ja meetodid

Tomograafia

Aju struktuuri uuritakse kompuutertomograafia, magnetresonantstomograafia ja angiograafia abil. CT skaneerimine ja angiograafial on madalam aju kujutise eraldusvõime kui magnetresonantstomograafial.

Aju tsoonide aktiivsuse uurimine ainevahetuse analüüsi põhjal võimaldab teha positronemissioontomograafiat ja funktsionaalset magnetresonantstomograafiat.

• Positronemissioontomograafia skaneerib suurenenud glükoosi omastamist aju aktiivsetes piirkondades. Manustatud glükoosi radioaktiivse vormi tarbimise intensiivsust peetakse selle ajupiirkonna rakkude kõrge aktiivsuse parameetriks.
• Funktsionaalne magnetresonantstomograafia skaneerib hapnikutarbimise intensiivsust. Hapnik fikseeritakse hapnikuaatomi osade viimisel tugevas magnetväljas ebastabiilsesse olekusse. Seda tüüpi tomograafia eeliseks on suurem ajaline täpsus võrreldes positronemissioontomograafiaga, st võimalus registreerida muutusi, mis ei kesta kauem kui paar sekundit.

Elektroentsefalogramm

Elektroentsefalogramm võimaldab uurida eluskandja ajus toimuvaid protsesse ja seeläbi analüüsida ajutegevust vastusena teatud stiimulitele aja jooksul. eelis seda meetodit on antud võimalus uurida aju aktiivsust täpne aeg. Selle uurimismeetodi puuduseks ajutegevus on suutmatus saavutada ruumilise eraldusvõime täpsust – võimetus täpselt määrata, millised neuronid või neuronite rühmad või isegi ajuosad reageerivad antud stiimulile. Ruumilise eraldusvõime täpsuse saavutamiseks kombineeritakse elektroentsefalogrammi positronemissioontomograafiaga.

Aju ja vaimse tegevuse piirkonnad

eesaju

• Cortex mängib oluline roll vaimses tegevuses. Ajukoor täidab meelte kaudu saadud teabe töötlemise, mõtlemise ja muude kognitiivsete funktsioonide rakendamise funktsiooni. Ajukoor koosneb funktsionaalselt kolmest tsoonist: sensoorne, motoorne ja assotsiatiivne tsoon. Assotsiatsioonitsooni ülesanne on siduda sensoorsete ja motoorsete tsoonide tegevus. Assotsiatiivne tsoon eeldatavasti võtab vastu ja töötleb teavet sensoorsest tsoonist ning algatab sihipärase tähendusliku käitumise. Broca keskus ja Wernicke piirkond asuvad ajukoore assotsiatsioonipiirkondades. assotsiatsiooni tsoon otsmikusagarad arvatakse, et ajukoor on vastutav loogiline mõtlemine, isiku tehtud otsused ja järeldused.

• Ajukoore esiosa- liigutuste planeerimine, juhtimine ja teostamine (ajukoore motoorne piirkond - pretsentraalne gyrus), kõne, abstraktne mõtlemine, otsustusvõime.

• Ajukoore parietaalsagara somatosensoorsed funktsioonid. Posttsentraalses gyruses lõpevad pindmise ja sügava tundlikkuse aferentsed rajad. Ajukoore motoorsete ja sensoorsete funktsioonide areng määras kindlaks suure ala nendest tsoonidest, mis vastavad kehaosadele, mis on käitumises ja väliskeskkonnast teabe vastuvõtmises kõige olulisemad. Posttsentraalse gyruse elektriline stimulatsioon tekitab vastavas kehaosas puudutustunde.
• Ajukoore kuklaluu ​​- visuaalne funktsioon. Kiud, mille kaudu visuaalne informatsioon siseneb ajukooresse, mis on suunatud nii ipsilateraalselt kui ka kontralateraalselt. (Optiline kiasm)
• Ajukoore oimusagara on kuulmisfunktsioon.

• talamus jaotab meeltest saadavat informatsiooni ümber, välja arvatud haistmine, teatud ajukoore piirkondadesse. Taalamuse neli peamist tuuma vastavad neljale teabetaju tüübile, mida elundid saavad: (nägemis-, kuulmis-, puute-, tasakaalu- ja tasakaalutunnetus). Taalamuse tuumad saadavad informatsiooni töötlemiseks ajukoore teatud piirkondadesse.
• Hüpotalamus suhtleb limbilise süsteemiga ja reguleerib isendi põhioskusi, mis on seotud liigi püsimajäämisega: võitlemine, toitmine, põgenemisest vabanemine, kaaslase leidmine.
• Limbiline süsteem seotud mälu, lõhna, emotsioonide ja motivatsiooniga. Limbilise süsteemi väheareng, näiteks loomadel, viitab valitsevale instinktiivsele käitumise regulatsioonile. Limbilise süsteemi amügdala on seotud agressiivsuse ja hirmu reaktsioonidega. Mandelkeha eemaldamine või kahjustamine, nagu katsed näitavad, põhjustab hirmu ebakohanemisvõimet ja suurenenud volüümikust.Aju vahesein on seotud hirmu ja viha emotsioonidega.
• Mängib hipokampus (aju osa). väga oluline roll meeldejätmisega seotud protsessides uut teavet. Hipokampuse rikkumine muudab võimatuks uue teabe meeldejätmise, kuigi õpitud teave jääb siiski mällu ja inimene saab seda opereerida. Korsakovi sündroom, mis on seotud hipokampuse talitlushäiretest tingitud mäluhäiretega. Hipokampuse teine ​​ülesanne on määrata asjade ruumiline paigutus, nende asukoht üksteise suhtes. Ühe hüpoteesi kohaselt moodustab hipokampus skeemi ehk kaardi ruumist, milles keha peab liikuma.
• Basaaltuumad täidab motoorseid funktsioone.

keskaju

Keskaju mängib olulist rolli mitte-Sauria liikide loomaorganismide käitumises. Imetajatel aga keskaju teostab olulised omadused silmade liikumise juhtimine, koordinatsioon.

• Retikulaarne aktiveeriv süsteem (retikulaarne moodustumine), toime mis asub ka telentsefalonis, on neuronite süsteem, mis mängib teadvuse protsessides üliolulist rolli. Retikulaarne moodustumine vastutab ärkamise / uinumise protsesside eest, filtreerides ajju sisenevaid sekundaarseid stiimuleid. Koos taalamusega tagab retikulaarne moodustis indiviidi teadlikkuse enda olemasolust, mis on isoleeritud välistest stiimulitest.
• Aju keskne hallaine (aju periakveduktaalne hallaine), paikneb ajutüves ja seda ümbritsevas keskaju Sylvi joas, mis on seotud indiviidi kohanemiskäitumisega.

Tagumine aju

AT piklik medulla närvid parem pool kehaosa ühenduvad vasaku poolkeraga ja vasaku kehapoole närvid ühenduvad parema ajupoolkeraga. Osa närvide kaudu edastatavast teabest on ipsilateraalne.

Neurotransmitterid ja vaimne aktiivsus

Neurotransmitterid, mis vastutavad närvisüsteemi neuronite koostoime eest.

• Atsetüülkoliin – see neurotransmitter peaks osalema mäluprotsessides, kuna see kõrged kontsentratsioonid leitud hipokampusest
• Dopamiin – seotud liikumise, tähelepanu ja õppimise reguleerimisega.
• Adrenaliin – mõjutab erksustunnet.
• Serotoniin – seotud ärkamise, uinumise, meeleolu reguleerimisega.
• Gamma-aminovõihape – mõjutab õppimis- ja mälumehhanisme

Kognitiivsed võimed

Tähelepanu

Funktsioonide integreerimise teooria selgitab varajasi protsesse visuaalne taju tähelepanu on leidnud neurobioloogilise aluse David Hubeli ja Thorsten Wieseli uuringutes. Teadlased on avastanud visuaalse otsingumehhanismi neuraalse aluse. Ajukoore neuronid erinevatel viisidel reageeris teatud ruumilise orientatsiooniga (vertikaalne, horisontaalne, nurga all kallutatud) seotud visuaalsetele stiimulitele. Mitmete teadlaste edasised uuringud näitasid, et visuaalse tajumise erinevad etapid on seotud ajukoore neuronite erineva aktiivsusega. Üks tegevus vastab varajased staadiumid visuaalsete stiimulite ja stiimulimärkide töötlemine, muu tegevus vastab taju hilisele staadiumile, mida iseloomustab fookus tähelepanu, süntees ja märkide integreerimine.

Kognitiivse neuroteaduse teemad on ka:

• Haridus
• Mälu
• Peegelneuronid
• Teadvus
• Otsuste tegemine
• Sobimatu negatiivsus

Viimased trendid

Üks olulisemaid praegused trendid kognitiivses neuroteaduses, kuna uurimisvaldkond laieneb järk-järgult ajupiirkonna lokaliseerimisest täiskasvanu ajus spetsiifiliste funktsioonide täitmisele ühe tehnoloogia abil, on uuringud erinevad. erinevad suunad nagu seire REM uni, masin, mis suudab tuvastada aju elektrilist aktiivsust une ajal.

Mõtteprotsesside põhialused. Kognitiivne neuroteadus on nii psühholoogia kui ka neuroteaduse haru, mis kattub kognitiivse psühholoogia ja neuropsühholoogiaga.

Kognitiivne neuroteadus põhineb kognitiivteaduste teooriatel, mis on kombineeritud neuropsühholoogia ja arvutisimulatsioonide tõenditega.

Oma interdistsiplinaarse olemuse tõttu võib kognitiivsel neuroteadusel olla erinev taust. Lisaks eelmainitud seotud erialadele võib kognitiivne neuroteadus kattuda järgmiste teadusharudega: neuroteadus, biotehnoloogia, psühhiaatria, neuroteadus, füüsika, arvutiteadus, lingvistika, filosoofia ja matemaatika.

Kognitiivses neuroteaduses kasutatakse psühhofüsioloogia, kognitiivpsühholoogia, funktsionaalse neuropildistamise, elektrofüsioloogia, psühhogeneetika eksperimentaalseid meetodeid. Kognitiivse neuroteaduse oluline aspekt on ajukahjustusest tingitud psüühikahäiretega inimeste uurimine.

Seost neuronite struktuuri ja kognitiivsete võimete vahel kinnitavad sellised faktid nagu sünapside arvu ja suuruse suurenemine rottide ajus nende treenimise tagajärjel, närviimpulsi sünapside kaudu edastamise efektiivsuse vähenemine. , mida on täheldatud Alzheimeri tõvega inimestel.

Üks esimesi mõtlejaid, kes väitis, et mõtlemine toimub ajus, oli Hippokrates. 19. sajandil tegid sellised teadlased nagu Johann Peter Müller katseid uurida aju funktsionaalset struktuuri vaimsete ja käitumuslike funktsioonide lokaliseerimise osas ajupiirkondades.

1. Uue distsipliini tekkimine

1.1. Kognitiivteaduse sünd

11. septembril 1956 toimus kognitivistide ulatuslik kokkutulek aastal. George A. Miller esitles oma tööd "Maagiline number seitse, pluss või miinus kaks", Noam Chomsky ning Newell ja Simon tutvustasid oma arvutiteadusega tehtud töö tulemusi. Ulrich Neisser kommenteeris selle kohtumise tulemusi oma raamatus kognitiivne psühholoogia(1967). Mõiste "psühholoogia"? väheneb 1950. ja 1960. aastatel, andes teed mõistele "kognitiivteadus". Biheivioristid, nagu Miller, hakkasid keskenduma pigem kõne kujutamisele kui üldisele käitumisele. David Marri ettepanek mälu hierarhiliseks esituseks pani paljud psühholoogid nõustuma ideega, et vaimsed võimed, sealhulgas algoritmid, nõuavad ajus märkimisväärset töötlemist.

1.2. Neuroteaduse ja kognitiivteaduste ühendamine

Kuni 1980. aastateni oli neuroteaduse ja kognitiivteaduste koostoime tühine. Mõiste "kognitiivne neuroteadus" võtsid kasutusele George Miller ja Michael Gazzaniga "Takso tagaosas New Yorgis". Kognitiivne neuroteadus andis eksperimentaalpsühholoogia, neuropsühholoogia ja neuroteaduse lähenemisviisidega teoreetilise aluse kognitiivteadusele, mis tekkis aastatel 1950–1960. 20. sajandi lõpus arenesid välja uued tehnoloogiad, mis tänapäeval moodustavad kognitiivse neuroteaduse metoodika aluse, sealhulgas transkraniaalne magnetstimulatsioon (1985) ja funktsionaalne magnetresonantstomograafia (1991). Varasemad kognitiivses neuroteaduses kasutatud meetodid olid EEG (inimese EEG – 1920) ja MEG (1968). Mõnikord on kognitiivsed neuroteadlased kasutanud muid aju kuvamise meetodeid, nagu PET ja SPECT. Tulevikutehnoloogia neuroteaduses on lähi-infrapuna-spektroskoopia redigeerimine, mis kasutab valguse neeldumist, et arvutada oksü- ja desoksühemoglobiini muutused kortikaalsetes piirkondades. Muud meetodid hõlmavad mikroneurograafiat, näo elektromüograafiat ja silmade jälgimist.

2. Tehnikad ja meetodid

2.1. Tomograafia

Aju struktuuri uuritakse kompuutertomograafia, magnetresonantstomograafia, angiograafia abil. Kompuutertomograafial ja angiograafial on madalam ajupildi eraldusvõime kui magnetresonantstomograafial.

Aju tsoonide aktiivsuse uurimine ainevahetuse analüüsi põhjal võimaldab teha positronemissioontomograafiat ja funktsionaalset magnetresonantstomograafiat.

2.2. Elektroentsefalogramm

3. Aju ja vaimse tegevuse piirkonnad

3.1. eesaju

• Ajukoore esiosa- liigutuste planeerimine, juhtimine ja teostamine (ajukoore motoorne piirkond - pretsentraalne gyrus), kõne, abstraktne mõtlemine, hinnangud.

Kognitiivse neuroteaduse teemad on ka:

6. Viimased trendid

Kognitiivse neuroteaduse üks olulisemaid praeguseid suundumusi on see, et uurimisvaldkond laieneb järk-järgult: alates ajupiirkonna lokaliseerimisest kuni täiskasvanu ajus spetsiifiliste funktsioonide täitmiseni ühe tehnoloogia abil, erinevad uuringud eri suundades, näiteks REM-une jälgimine. masin, mis suudab une ajal tajuda aju elektrilist aktiivsust.

Kui teadlastel õnnestub "aju lahti harutada", kas see aitab ravida kõiki haigusi, kontrollida tundeid, kontrollida mälestusi ja genereerida ideid nagu arvuti? Neuroteadlane Ed Boyden rääkis The Huffington Postile, millised väljavaated avavad ajuuuringuid, mida inimene võib saavutada, kui õpib neuroneid kontrollima ja miks peaks ebaõnnestunud projektidele andma teise või isegi kolmanda võimaluse. Teooriad ja praktikad avaldab intervjuu tõlke.

"Generage pidevalt uusi ideid. Ärge lugege mõtlemata. Kommenteerige, sõnastage, kajastage ja tehke kokkuvõte, isegi kui loete eessõna. Seega püüate alati mõista asjade olemust, mis on loovuse jaoks vajalik.

Ed Boyden kirjutas kord lühikese essee teemal "Kuidas mõelda" ja ülaltoodud lõigust sai tema reegel nr 1. võitis talle maineka ajuauhinna, kuna ta aitas saavutada "võib-olla viimase 40 aasta kõige olulisema tehnilise läbimurde". žürii esimehele.

See oli peaaegu kümme aastat tagasi. Tema ideede genereerimise süsteem näib olevat täitnud ootused. Boyden võitis eelmisel aastal 3 miljoni dollari suuruse läbimurdeauhinna ja tema ja ta kolleegid avastasid uus meetod jälgides peaaegu kujuteldamatult pisikest elektriskeemi ajus. See võimaldas saada kõige rohkem.

- Ütlete sageli, et teie eesmärk on "aju lahti harutada". Mis sul mõttes on?

Ma arvan, et selle fraasi tähendus muutub uute teadmiste saamisel, kuid nüüd tähendab "aju lahti harutamine" minu jaoks seda, et esiteks saame simuleerida (tõenäoliselt arvuti abil) protsesse, mis tekitavad midagi nagu mõtted ja tunded. teiseks, et me mõistame, kuidas ravida ajuhäireid, nagu Alzheimeri tõbi või epilepsia. Need on kaks eesmärki, mis hoiavad mind edasi. Üks keskendub inimloomuse mõistmisele, teine ​​on rohkem meditsiiniline.

Võite mulle vastu vaielda, märkides, et on veel kolmas küsimus: mis on teadvus? Miks on meil mälestusi, kui pudeleid, pastakaid ja laudu, nii palju kui me teame, ei ole? Ma kardan, et meil ei ole täpne määratlus teadvus, seega on sellele küsimusele raske läheneda. Meil ei ole "teadvuse mõõdikut", mis näitaks, kui teadlik miski on. Arvan, et kunagi jõuame selleni, kuid keskpikas perspektiivis tahaksin keskenduda kahele esimesele küsimusele.

Miks me maailmast nii palju teame? On üsna kummaline, et me saame aru universaalse gravitatsiooni seadusest või kvantmehaanika»

- Kui võitsite 2016. aastal läbimurdeauhinna, rääkisite käimasolevatest ajuuuringutest: “Kui õnnestub, siis saame vastata küsimustele nagu “Kes ma olen? Milline on minu isiksus? Mida ma pean tegema? Miks ma siin olen?" Kuidas saavad uuringud aidata meil vastata küsimusele "Kes ma olen?"

Toon näite. Kui 2008. aastal majanduskriis tabas, rääkisin paljude inimestega, miks inimesed teevad nii, nagu nad teevad. Miks paljud meie lahendused ebaõnnestuvad? parimad lahendused mille võiksime vastu võtta?

Muidugi on olemas terve teadusvaldkond – käitumisökonoomika, mis püüab seletada meie tegevust psühholoogilisel ja kognitiivsel tasandil. Näiteks kui küsite inimeselt palju küsimusi ja siis ta kõnnib kommikausist mööda, võtab ta tõenäoliselt mõne, sest on vastustest väsinud ega suuda vastu panna.

Käitumisökonoomika võib seletada mõningaid asju, kuid see ei suuda seletada otsuste tegemise aluseks olevaid protsesse ja veel vähem mõningaid alateadlikke asju, mille üle meil üldse kontrolli ei ole. Pange tähele, et kui me millestki teadlikuks saame, on see sageli vahetult enne seda toimunud alateadlike protsesside tulemus. Nii et kui saaksime aru, kuidas ajurakud on organiseeritud vooluringiks (praktiliselt arvutiahelaks, kui soovite) ja näeksime, kuidas teave nende võrkude kaudu liigub ja muutub, oleks meil palju selgem ettekujutus, miks meie aju teatud lahendusi vastu võtab. . Kui me seda uurime, saame ehk ületada mõned piirangud ja vähemalt mõista, miks me seda teeme.

Võite ette kujutada, et väga kauges tulevikus (tõenäoliselt paljude aastakümnete kaugusel) saame esitada väga raskeid küsimusi selle kohta, miks me tunneme teatud asju nii, nagu me seda teeme, või miks me mõtleme endast teatud viisil. psühholoogia ja filosoofia vaateväljas, kuid millele on füüsikaseaduste abil nii raske vastata.

- Olgu, jätkan samas suunas. Kuidas aju-uuringud aitavad vastata küsimusele "Miks ma siin olen?"

Üks põhjus, miks ma füüsikalt aju uurimisele üle läksin, oli küsimus "Miks me maailmast nii palju teame?". On üsna kummaline, et me mõistame universaalse gravitatsiooni seadust või et me mõistame kvantmehaanikat - vähemalt, kuni arvutite valmistamiseni. Hämmastav, et maailm on mingil moel arusaadav.

Ja ma küsisin endalt: kui meie aju saab mingist osast aru, aga kõigest muust ei saa aru ja kõik, mis on talle arusaadav, on kättesaadav tänu füüsikaseadustele, millel põhineb ka meie aju töö, siis midagi sellist nagu nõiaring kujuneb välja, eks? Ja ma püüan aru saada, kuidas seda murda? Kuidas muuta universum arusaadavaks? Oletame, et universumis on midagi, millest me aru ei saa, aga kui me teame, kuidas inimmõistus töötab ja millised vaimsed võimed meil puuduvad, saame ehk luua parema tehisintellekti, mis aitaks meie mõtlemisvõimet parandada. Ma nimetan seda mõistet mõnikord "aju kaasprotsessoriks" - millekski, mis töötab ajuga ja laiendab meie arusaamist.

- Optogeneetikat kasutatakse nüüd aju uurimiseks laborites üle maailma. Millised on sellega seotud kõige huvitavamad ja paljutõotavamad valdkonnad, mida esile tõstate?

Mõned teadlased teevad üsna väljakutseid filosoofiline punkt vaadata katseid. Näiteks avastas California Tehnoloogiainstituudi teadlaste rühm sügaval ajus väikese rakkude klastri. Kui aktiveerite need valgusega, näiteks hiirtel (paljud töötavad nendega), muutuvad loomad agressiivseks, isegi julmaks. Nad ründavad kõiki vahetus läheduses asuvaid olendeid või objekte, isegi juhuslikke esemeid, nagu kinnas. See on väga huvitav, sest nüüd saate esitada selliseid küsimusi nagu "Mis juhtub, kui te neid rakke ärritate? Kas see saadab lihastele motoorseid käske? Teisisõnu, kas hiir liigub ründama? Või on see puudutuskäsk? See tähendab, et hiir kardab ja ründab enesekaitseks? Küsida võib tõesti olulised küsimused eksperimendi olulisusest, kui mingi ajuosa sellist põhjustab keeruline reaktsioon nagu agressioon või julmus.

On mitmeid teadlasi, kes tegelevad aktiveerimise või vaigistusega närviline tegevus sisse erinevad osad aju meditsiiniliseks otstarbeks. Näiteks teadlaste rühm, kes näitas epilepsiat põdevatel hiirtel, et teatud rakkudele toimides on võimalik krambihooge "välja lülitada". On ka teisi rühmitusi, kes on uurinud Parkinsoni tõvega hiiri ja on suutnud loomad haiguse sümptomitest vabastada.

Teadlased avastavad fundamentaalteadustes palju huvitavat. Minu MIT-i kolleeg Suzumi Tonegawa ja tema teadlaste meeskond tegid midagi väga nutikat: nad "programmeerisid" hiired nii, et mälu eest vastutavad neuronid aktiveeruvad valguse toimel. Nad leidsid, et kui need neuronid taasaktiveeritaks valgusimpulsiga, käituks hiir nii, nagu elaks ta mälu uuesti läbi. Seega on võimalik määrata rakurühmad, mis põhjustavad mälu esilekerkimist mällu. Sellest ajast peale on teadlased teinud kõikvõimalikke katseid – näiteks saavad nad aktiveerida rõõmsa mälestuse ja panna hiire enesetunde paremaks ka siis, kui ta on haige. Ja loetelu jätkub ja jätkub.

"Paljud meie ettevõtmised õnnestuvad täielikult alles teisel või kolmandal katsel."

- Kas teil on uusi ideid, kuidas elu paremaks muuta?

Sain aru, et kui ma tõesti tahan, et ajutehnoloogiaid rakendataks üle maailma, siis pean sellesse ettevõtjana panustama, st looma ettevõtte ja aitama neil leiutistel jõuda akadeemilisest ringkonnast kaugemale. Minu labor on varem teinud koostööd erinevate ettevõtetega, kuid sel aastal olen ise seotud kolme käivitamisega. Loodan, et saame aru, kuidas need tehnoloogiad saavad inimesi aidata. Sain aru, et ma ei taha lihtsalt postitada teaduslik töö; Ma tahan, et neid tehnoloogiaid kasutataks päriselus.

- Üks neist ettevõtetest tegeleb aju parandava tehnoloogiaga, kas pole?

Täpselt nii. Asutasime väike ettevõte nimega Expansion Technologies, selle eesmärk on harida maailma nende laienemisteooriate kohta. Muidugi saavad inimesed meie selleteemalisi väljaandeid iseseisvalt uurida, kuid kui suudame oma ideed massidesse viia, siis on paljud teaduslikud ja meditsiinilised probleemid oleks palju lihtsam otsustada.

Pean kohe ütlema, et kõik uuringuandmed on Internetis leitavad, jagame avalikult kogu teavet. Oleme koolitanud ilmselt üle saja teadlaste rühma. Soovi korral saavad kõik sarnase mikroskoopilise uuringu läbi viia. Kuid erinevalt optogeneetikast, kus saab alati mõne poole pöörduda mittetulundusühing DNA tasuta või raha eest saamiseks vajavad need uuringud kemikaale, nii et ettevõte, mis teeb vajalike reaktiivide komplektid kõigile kättesaadavaks, säästab aega.

Vastus küsimusele, mida neuroteadust uurib, on üsna lühike. Neurobioloogia on bioloogia ja teaduse haru, mis uurib aju struktuuri, funktsiooni ja füsioloogiat. Juba selle teaduse nimi ütleb, et peamised uurimisobjektid on närvirakud - neuronid, mis moodustavad kogu närvisüsteemi.

• Millest aju koosneb peale neuronite?
• Neuroteaduse arengu ajalugu
• Neurobioloogilised uurimismeetodid

Millest aju koosneb peale neuronite?

Närvisüsteemi struktuuris osalevad lisaks neuronitele endile ka mitmesugused rakulised glia, mis moodustavad enamik aju ja teiste närvisüsteemi osade maht. Glia on loodud teenima neuroneid ja nendega tihedalt suhtlema, pakkudes neid normaalne toimimine ja elujõudu. Sellepärast kaasaegne neuroteadus aju uurib ka neurogliat ja nende erinevaid funktsioone neuronite varustamisel.

Neuroteaduse arengu ajalugu

Neurobioloogia kui teaduse kaasaegne arengulugu sai alguse avastuste ahelast 19. ja 20. sajandi vahetusel:

1. J.-P. esindajad ja toetajad. Müller Saksa füsioloogiakoolkonnast (G. von Helmholtz, K. Ludwig, L. Hermann, E. Dubois-Reymond, Y. Bernstein, K. Bernard jt) suutsid tõestada edastatava elektrilist olemust. närvikiud signaalid.
2. Yu. Bernshtein pakkus 1902. aastal välja närvikoe ergastamist kirjeldava membraaniteooria, kus otsustav roll omistati kaaliumiioonidele.
3. Tema kaasaegne E. Overton avastas samal aastal, et naatrium on vajalik närvis erutuse tekitamiseks. Kuid kaasaegsed ei hinnanud Overtoni teoseid.
4. K. Bernard ja E. Dubois-Reymond väitsid, et ajusignaalid edastatakse kemikaalide kaudu.
5. Vene teadlane V. Yu. Ta kinnitas seda ka eksperimentaalselt elektrit on ärritava füüsikalise ja keemilise toimega.
6. Elektroentsefalograafia päritolu oli V.V. Pravdich-Neminsky, kes suutis 1913. aastal esimest korda registreerida koera kolju pinnalt tema aju elektrilise aktiivsuse. Ja esimese inimese elektroentsefalogrammi salvestuse tegi 1928. aastal Austria psühhiaater G. Berger.
7. E. Huxley, A. Hodgkini ja K. Cole'i ​​uuringutes selgusid neuronite erutuvuse mehhanismid raku- ja molekulaarsel tasandil. Esimene 1939. aastal suutis mõõta, kuidas hiidkalmaari aksonite membraani ergastus muudab selle ioonjuhtivust.
8. 60ndatel Ukraina NSV Teaduste Akadeemia Füsioloogia Instituudis ak. P. Kostjuk registreeris esimesena ioonvoolud selgroogsete ja selgrootute neuronite membraanide ergastamise hetkel.

Seejärel täiendati neurobioloogia arengu ajalugu paljude rakusisese signaalimise protsessis osalevate komponentide avastamisega:

• fosfataasid;
• kinaasid;
• ensüümid, mis osalevad teise sõnumitoojate sünteesis;
• arvukad G-valgud ja teised.

E. Neeri ja B. Sakmani töös kirjeldati üksikute ioonkanalite uuringuid konnalihaskiududes, mis aktiveerusid atsetüülkoliini toimel. Edasine areng uurimismeetodid võimaldasid uurida erinevate aastal saadaolevate üksikute ioonkanalite aktiivsust rakumembraanid. Viimase 20 aasta jooksul on neurobioloogia alustesse laialdaselt juurutatud molekulaarbioloogia meetodeid, mis võimaldasid mõista keemiline struktuur rakusisese ja rakkudevahelise signaaliülekande protsessides osalevad mitmesugused valgud. Elektron- ja täiustatud optilise mikroskoopia abil, samuti lasertehnoloogia sai võimalikuks uurida närvirakkude ja organellide füsioloogia põhialuseid makro- ja mikrotasandil.

Video neuroteadusest - ajuteadusest:

Neurobioloogilised uurimismeetodid

Inimese aju neurobioloogia teoreetilised uurimismeetodid põhinevad suures osas loomade kesknärvisüsteemi uurimisel. inimese aju on pika üldise elu arengu tulemus planeedil, mis sai alguse arheaajal ja kestab tänaseni. Loodus on läbi elanud lugematul hulgal kesknärvisüsteemi ja selle koostisosade variante. Nii märgati, et protsessidega neuronid ja neis toimuvad protsessid inimestel jäid täpselt samaks, mis palju primitiivsematel loomadel (kalad, lülijalgsed, roomajad, kahepaiksed jne).

Neuroteaduse arengus Viimastel aastatelÜha enam kasutatakse intravitaalseid ajulõike merisead ja vastsündinud rotid. Sageli kasutatakse närvikude kasvatatakse kunstlikult.

Mida nad saavad näidata kaasaegsed meetodid neuroteadus? Esiteks on need üksikute neuronite ja nende protsesside toimimismehhanismid. Protsesside või neuronite endi bioelektrilise aktiivsuse registreerimiseks kasutatakse erilised trikid mikroelektroodi tehnoloogia. Olenevalt ülesannetest ja uurimisobjektidest võib see välja näha erinev.

Kõige sagedamini kasutatakse kahte tüüpi mikroelektroode: klaasi ja metalli. Viimase jaoks võetakse sageli volframtraati paksusega 0,3–1 mm. Ühe neuroni aktiivsuse registreerimiseks sisestatakse mikroelektrood manipulaatorisse, mis suudab seda looma ajus väga täpselt liigutada. Manipulaator võib sõltuvalt lahendatavatest ülesannetest töötada eraldi või olla objekti pealuu külge kinnitatud. Viimasel juhul peab seade olema miniatuurne, mistõttu seda nimetatakse mikromanipulaatoriks.

Registreeritud bioelektriline aktiivsus sõltub mikroelektroodi otsa raadiusest. Kui see läbimõõt ei ületa 5 mikronit, on võimalik registreerida ühe neuroni potentsiaal, kui sel juhul elektroodi ots läheneb uuritavale. närvirakk umbes 100 mikronit. Kui mikroelektroodi otsa läbimõõt on kaks korda suurem, siis registreeritakse kümnete või isegi sadade neuronite samaaegne aktiivsus. Samuti on laialt levinud klaaskapillaaridest mikroelektroodid, mille läbimõõt jääb vahemikku 1–3 mm.

Mida huvitavat tead neuroteadusest? Mida te sellest teadusest arvate? Räägi meile sellest kommentaarides.