Нейробиология что такое: Нейробиология | это… Что такое Нейробиология? |

Содержание

что это такое, примеры работ, перспективы, недостатки, особенности, исследования

Так называют науку, которая изучает устройство, функционирование, развитие, генетику, биохимию, физиологию и патологию нервной системы. Все это нейробиология. Без нее никуда, когда заходит речь не только о проблемах общества, но и современных типах заболеваний.

Изучение поведения является также разделом нейробиологии, которая всё сильнее проникает в сферы психологии и другие науки. Нервная система, присущая многим живым существам, представляет особенный интерес для науки ввиду ее возможного улучшения, сложной схемы работы и прямого влияния на жизнь людей. Прорывы в сфере нейробиологии позволят нам решить проблемы старения, психологических расстройств, душевных болезней, работы мозга и многого другого: в том числе и заглянуть в тайны работы нервной системы человека.

Самое обсуждаемое по теме Нейробиология

Наркоз, если говорить научным языком — это искусственно вызванное состояние торможения ЦНС, в результате которого пациент засыпает, теряет сознание, происходит расслабление его мышц, а также снижение или отключение некоторых рефлексов. Вместе с тем теряется болевая чувствительность. Наркоз, как известно, используют для людей и животных. Но, как выяснили ученые, он также действует на растения. Казалось бы, они и так не двигаются и не имеют нервных окончаний, как в таком случае может проявляться действия наркоза? Напомню, что существуют растения, способные двигаться. К таким относится мухоловка, кизил канадский, мимоза стыдливая и некоторые другие. На таких видах ученым и удалось обнаружить действия наркоза. Надо сказать, что впервые влияние анестетиков было обнаружено еще в XIX веке. Тогда для эксперимента ученые использовали диэтиловый эфир (обеспечивает местное обезболивание) на мимозе стыдливой. Это растение опускает листья в результате прикосновений, но диэтиловый эфир обездвижил растение. Теперь же ученым удалось выяснить как именно влияет наркоз на растения.

По данным Всемирной организации здравоохранения, во всем мире от нарушений зрения страдает около 2,2 миллиардов человек. В большинстве случаев решить проблему можно при помощи очков, контактных линз или несложных операций по восстановлению зрения. Однако, бывают и тяжелые случаи, когда человек полностью теряет возможность видеть окружающий мир. Недавно российские ученые провели испытания нейроимпланта ELVIS, который захватывает картину окружающего мира при помощи двух камер и передает эту информацию прямо в головной мозг. В тестировании принял участие шестилетний самец павиана — обезьяна из семейства мартышковых. После установки всей системы, он хоть и не смог видеть на все 100%, но различал очертания предметов и людей. Российские ученые считают, что нейроимплант ELVIS можно будет устанавливать в организмы людей уже в 2027 году.

Выращивание органов — это перспективная технология, которая позволяет людям не ждать донорских частей тела для пересадки в случае серьезных болезней. Благодаря ей, медики могут вырастить искусственный мочевой пузырь или другой несложный орган, пересадить его в организм человека и спасти ему жизнь. Выращенные искусственным образом органы принято называть органоидами. Помимо получения донорских органов, ученые используют эту технологию для изучения разных болезней человека и изобретения методов их лечения. Наука постоянно развивается и недавно немецким ученым в очередной раз удалось пробиться вперед и вырастить в лаборатории небольшой головной мозг. Результат оказался настолько хорошим, что впоследствии на сложном органе начали развиваться настоящие глаза. Звучит как что-то сложное и это действительно так. Однако, весь процесс выращивания головного мозга можно объяснить простыми словами.

В прошлом году специалисты из Google и Гарвардского университета создали первую 3D-карту мозга плодовой мушки. На ней можно увидеть 20 миллионов синапсов, которые связывают между собой 25 миллионов нейронов. Четверть мозга плодовой мушки, нанесенные на карту, стали важной работой в области нейронаук коннектомики, которая изучает структурные связи мозга. Теперь же ученым удалось визуализировать (пусть и крохотный) участок человеческого мозга. Это стало возможным благодаря изъятию мозговой ткани в ходе операции на мозге 45-летней женщины, страдавшей от эпилепсии. Причиной операции стала неэффективность лекарственных препаратов, поэтому хирургам пришлось также удалить здоровые сегменты мозга. Нередко пациенты решают пожертвовать извлеченный материал в исследовательских целях, что и произошло в ходе нового исследования. И все же, самое потрясающее в этой новости заключается в том, что один кубический миллиметр ткани, или один пиксель на МРТ, можно рассмотреть в максимальной детализации онлайн.

Как-то раз, выйдя из дома в красной куртке, я попала под дождь. Так произошло и в следующий раз, стоило мне одеться так же и выйти на улицу. Выходит, каждый раз, когда на мне красная куртка, идет дождь? Разумеется, нет. Но наше мышление устроено таким образом, что может сыграть с нами злую шутку – теперь каждый раз, когда я надеваю красную куртку, я беру с собой зонт. В этом нет совершенно никакого смысла, так почему же я продолжаю ассоциировать верхнюю одежду определенного цвета с дождем? Ответ на этот вопрос, как ни странно, берет начало в 1975 году, когда исследователи из Стэндфордского университета провели ряд увлекательных экспериментов, пытаясь понять, как формируются наши убеждения. Пригласив группу студентов, ученые вручили им пары предсмертных записок, одна из которых была написана случайным человеком, другая – человеком, который впоследствии покончил с собой, а затем попросили отличить подлинные записки от поддельных. Результаты научной работы оказались удивительны и впоследствии были подтверждены множеством других исследований.

Ученые из американского штата Калифорния создали технологию, которая позволяет людям писать текстовые сообщения силой мысли. Они вживили в голову человека несколько чипов, которые считывают активность его мозга и преобразуют ее в рукописный текст на экране. Считается, что такая технология вернет парализованным людям возможность общаться со своими родственниками и окружающим миром в целом. На самом деле, эта технология уже не нова, однако раньше испытуемые могли печатать только около 40 знаков в минуту, в то время как средняя скорость печати на клавиатуре за такое время составляет 190 символов. Новая версия технологии почти вдвое увеличила этот показатель, а в будущем исследователи намерены сделать печать слов силой мысли молниеносным процессом. Давайте разберемся как все это работает — как всегда, максимально понятно и без сложных терминов.

Всем нам кажется, что мы осознаем собственную смертность. Но это – очередная иллюзия, искусно созданная мозгом. Еще в 2019 году израильские ученые выяснили, что на самом деле мы не верим в то, что умрем. Наш мозг воспринимает уход из жизни как нечто, что происходит только с другими, стремясь защититься от мыслей о неизбежности кончины. И все же на Земле существуют люди, которые ежедневно сталкиваются со смертью и изучают ее. О последних предлагаю поговорить подробнее, ибо повод уж очень подходящий. Как показали результаты исследования американских ученых, по меньшей мере через сутки после смерти в коре человеческого мозга наблюдается экспрессия генов – процесс преобразования наследственной информации от гена в белок или РНК (функциональный продукт). По сути, часть генов в мозге становится активнее, усиливая рост клеток. О том, что представляют собой «зомби-гены» и почему их необходимо учитывать в посмертных исследованиях тканей мозга, а также при изучении неврологических и психических заболеваний, рассказываем в этой статье.

В 2016 году глава Tesla Илон Маск (Elon Musk) объявил об открытии компании Neuralink. Она занимается созданием технологии для подключения человеческого мозга к компьютеру и дела у нее, судя по всему, идут весьма неплохо. В конце 2020 года компания «чипировала» свинью и смогла проследить за активностью ее мозга при помощи компьютера. При этом животное чувствовало себя хорошо, то есть как минимум свиньям эта технология не вредит. Недавно выяснилось, что компания Neuralink пошла дальше и смогла установить чип в головной мозг обезьяны. По словам Илона Маска, животное чувствует себя прекрасно и благодаря технологии может играть в видеоигры при помощи своего разума и даже включать телевизор. В будущем компания хочет внедрить чип в голову другой особи и сделать так, чтобы обезьяны смогли соревноваться друг с другом в виртуальном теннисе.

Основатель компаний Tesla и SpaceX Илон Маск (Elon Musk) занимается не только разработками в сфере электрических автомобилей и аэрокосмической техники. В 2016 году он открыл компанию Neuralink, главная цель которой — создание полноценного нейроинтерфейса, связывающего человеческий мозг с компьютером. Вот уже два года подряд он проводит презентации, в рамках которых рассказывает, каких успехов успели достичь специалисты компании. С момента проведения мероприятия в 2019 году, исследователи уменьшили размеры чипа и количество электродов, которые присоединяются к мозгу. А это значит, что устройство стало менее заметным и более безопасным для установки. Чтобы показать, как оно выглядит, насколько хорошо работает и в каких целях может использоваться, представители Neuralink подключили устройство к мозгу свиньи. Выбор пал именно на это животное, потому что оно очень похоже на человека и «тоже любит поесть».

Мозг продолжает удивлять нас своей великолепной сложностью. Новаторские исследования, сочетающие нейробиологию с математикой, свидетельствуют о том, что когда мозг обрабатывает информацию, он создает нейронные структуры до 11 измерений. Под «измерениями» ученые подразумевают абстрактные математические пространства, а не другие физические области. Тем не менее, исследователи «нашли мир, который мы себе не представляли», сказал Big Think Генри Маркрам, директор проекта Blue Brain, автор нового открытия.

математические модели в нейробиологии / Хабр

На протяжении тысячелетий человечество волновали вопросы функционирования нервной системы: предпринимались попытки понять, как происходит восприятие и обучение, что такое эмоции и сознание, какую роль они играют, как они появились в ходе эволюции, каково влияние различных внешних и внутренних факторов на развитие и становление нервной системы человека и других животных. Все эти захватывающие темы так или иначе затронуты в нейробиологии и смежных с ней дисциплинах.

Нейробиология — это наука, изучающая структуру, функционирование и развитие нервной системы человека и животных. Brain science — более узкая дисциплина, посвященная головному мозгу человека. Нейробиология охватывает разные уровни организации — от молекулярного до системного, плавно переходя в молекулярную биологию и биохимию с одной стороны и в нейропсихологию (наука на стыке с психологией) с другой.

Некоторые люди, как и в незапамятные времена, продолжают утверждать, что понять работу мозга невозможно, или же отрицают, что мозг порождает наш разум и сознание и т. д. Несмотря на все это, в реальности науки, работающие в этой области, делают огромные успехи и быстро сокращают пробелы в нашем понимании существующих вопросов. За последние десятилетия человечество узнало о том, что нервные клетки все-таки восстанавливаются и научилось перепрограммировать стволовые клетки так, чтобы они формировали новые нейроны [1]. Мы также выяснили, что посредством электрической стимуляции нервов можно восстановить способность самостоятельно передвигаться у парализованных пациентов с повреждениями спинного мозга [2]. Многие заболевания нервной системы сейчас можно распознать на ранних стадиях и без использования инвазивных методов или долгого мучительного сканирования: относительно простой анализ генетической информации человека позволяет выявлять многие нейродегенеративные заболевания, эпилепсии и двигательные расстройства даже до начала проявления симптомов. Появилась возможность создавать подробные карты и общедоступные базы данных, содержащие информацию о том, как конкретные гены связаны с различными заболеваниями или определенными типами поведения и как взаимодействия продуктов этих генов вовлечены в процессинг огромного потока информации в мозге. Были открыты детальные (на уровне работы индивидуальных нейронов) механизмы обработки информации о пространственном местоположении организма – своего рода внутренний GPS, обеспечивающий ориентирование (за эту работу была присуждена Нобелевская премия в 2014 году)[10].

Одним из относительно недавних событий в истории нейронауки стало применение компьютерных методов. Началось оно с простых математических моделей индивидуальных нейронов и небольших сетей, разработанных еще в 50-е годы, и на сегодняшний день невероятно расширилось. Сейчас вычислительная нейробиология включает в себя множество самых разнообразных подходов, позволяющих исследовать как элементарные низкоуровневые процессы, так и сложные когнитивные функции.

Вычислительная нейробиология, как и многие науки, в основном использует подход «снизу-вверх»» (bottom-up), анализируя, как динамические взаимодействия между биологическими нейронами могут реализовывать функции вычислительных компонентов мозга. Этот подход позволяет воссоздать и понять эмерджентные динамические процессы в небольших частях мозга (таких как кортикальные колонки и зоны), а также воспроизвести феномены, наблюдаемые в биологических нейронных сетях, как, например, осцилляции. В этой области были разработаны математические модели элементарных вычислительных компонентов и их реализации при помощи биологических нейронов. Сюда входят компоненты сенсорного кодирования, нормализации, кратковременной памяти, накопление информации, принятие решений и контроль движений. Большинство этих компонентов достаточно просты в вычислительном плане, но они и являются составляющими элементами когнитивной деятельности.

Подход «сверху-вниз» (top-down) стремится отобразить когнитивные функции на алгоритмическом уровне. Этот подход игнорирует биологическую реализацию и вместо этого пытается разложить процессы обработки информации, лежащие в основе функционирования нервной системы, на алгоритмические компоненты. Ученые уже начали тестировать сложные вычислительные модели, способные описать высокоуровневые сенсорные и когнитивные функции мозга. Недавние достижения в области машинного обучения, получившей мощный толчок за счет растущих вычислительных мощностей и крупномасштабных датасетов, на которых можно проводить обучение, позволили заметно продвинуться в решении проблем понимания процессов восприятия, когнитивной деятельности и контроля.

Рисунок 1. Подходы «снизу-вверх» vs «сверху-вниз». Эти два подхода являются крайностями континуума различных путей к общей цели — объяснению того, как именно наш мозг порождает наш разум. В целом, на данный момент существует отрицательная корреляция между когнитивной и биологической точностью моделей. Однако эта отрицательная корреляция может быть превращена в позитивную, когда когнитивные ограничения позволяют лучше понять биологические функции и когда биология служит вдохновением для создания моделей, объясняющих мыслительные процессы [3].

Одной из важных тем, изучаемых в нейробиологии, является развитие нервной системы от самых ранних зародышевых стадий до взрослого организма. Помимо чисто фундаментального интереса, хорошее понимание этого процесса необходимо для расширения возможностей лечения множества заболеваний, связанных с дисфункциями нервной системы, вызванными нарушениями на разных этапах развития. Четкое понимание того, как происходит регуляция числа клеток различных типов в головном мозге поможет пролить свет на этиологию таких состояний, как микроцефалия, мегалэнцефалия, мальформации коры головного мозга, приводящие к фармакорезистентной эпилепсии и расстройствам когнитивных функций. Нарушения в процессах миграции предшественников нейронов и в процессах образования слоев внутри коры приводят к различным структурным нарушениям, среди которых Х-сцепленная перивентрикулярная узловая гетеротопия — заболевание, характеризующееся высокой внутриутробной смертностью и судорогами. Дефекты механизмов образования «корректных» связей между нервными клетками внутри одной зоны НС или между различными зонами являются причиной формирования неверно функционирующих сетей в нервной системе, что может являться причиной патологических состояний вроде той же эпилепсии и таких нейропсихиатрических нарушений, как аутизм и шизофрения.

Исследования в области развития НС проводятся учеными из разных сфер по всему миру. Одни ищут ответы на поставленные вопросы при помощи простых клеточных культур, другие используют более сложные in vitro системы, известные как органоиды, третьи ставят эксперименты на грызунах. В нашей лаборатории JetBrains Research используется чисто вычислительный (in silico) подход: мы разрабатываем модельный фреймворк BCNNM (Biological Cellular Neural Network Modeling), который может быть использован исследователями для построения динамических пространственных моделей развития и функционирования нервной ткани.

Наш подход

Фреймворк BCNNM включает в себя полезные фичи, не представленные в других существующих моделях биологических нейронных сетей. Например, это возможность прослеживать все события, происходящие с каждой клеткой на протяжении всего времени симуляции, регистрировать изменения широкого набора биологически релевантных параметров (концентрации внутри- и внеклеточных ионов, сигнальных и других молекул, мембранный потенциал и т. д.). В то же время сохраняется способность модели описывать поведение клеточной популяции как единого целого. Такая возможность особенно полезна с учетом того, что наш фреймворк позволяет работать с миллионами клеток, что дает большое преимущество перед моделями, описывающими подробно работу лишь небольшого числа нейронов. При этом, описание тканевых и клеточных процессов в BCNNM достаточно подробно и биологично по сравнению со статистическими моделями, которые оперируют сотнями миллионов клеток.

Наша дискретно-событийная модель позволяет снизить уровень сложности определения модели и вычислений, а также абстрагироваться от континуальности реальных событий. Для многих процессов возможно использование определяемой самим пользователем случайности величин, описывающих процесс, что делает моделирование более увлекательным, а его результаты менее предсказуемыми. В целом, BCNNM является модельным фреймворком широкого назначения, в отличие от большинства моделей, создаваемых в области нейромоделирования, которые нацелены на воссоздание лишь строго определенных экспериментальных сеттингов. В рамках нашей модели возможно подробное воспроизведение биологических механизмов, пользователи могут выбрать желаемый уровень детализации для описываемых процессов (от сдвигов внутриклеточных концентраций ферментов до взаимодействий групп клеток, образующих многоклеточные структуры высокого уровня). Пользователь может создавать структуры с большим количеством специфических связей, моделировать прохождение химических и электрических сигналов внутри них и раскрывать особенности их работы.

Модельный «индивид» — это набор логических объектов, распределенных в пространстве. Состояние индивида определяется выполнением сигнальных путей каждого из этих логических объектов в данный момент времени. Логический объект в модели — это абстракция, необходимая для того, чтобы объединить описания компонентов и их взаимодействий. Примерами логических объектов в данном контексте являются всевозможные клеточные компартменты. В конфигурации модели они заданы как наборы возможных механизмов, скомбинированных в сигнальные пути, куда также входят испускаемые и принимаемые сигналы. Процессы, ассоциированные с логическим объектом, могут модифицировать его состояние, пространственное расположение или активность. Набор сигнальных путей для каждого компартмента определяет, какие процессы могут с ним происходить и какие условия должны выполняться.

Результаты

В наших экспериментах мы используем модель для создания самых разных пространственных конфигураций клеточных структур. С использованием биологических данных о последовательности процессов дифференциации в клеточных линиях нервных и глиальных клеток, градиентов концентрации сигнальных молекул, заданных правил миграции и роста отростков мы получаем in silico аналоги органоидов головного мозга, которые ученые выращивают в лабораториях. Правильно продифференцировавшие клетки самоорганизуются в слоистые или ганглионарные структуры, свойственные таким органоидам. Ниже показан пример того, как может происходить пролиферация и дифференциация в модельном пространстве. Конфигурация пространства может быть любой, и выращиваемая структура может быть как сферической, так и слоистой.

Рисунок 2. Рост и дифференциация клеточной массы в ходе симуляции.Рост клеточной структуры

При моделировании в режиме «нормального развития» полученные структуры обладают количественными соотношениями различных типов клеток и их пространственным распределением, характерными для биологических структур [4,5]. Параметры внутренней связности также сравнимы с аналогичными параметрами моделируемых in vitro и in vivo систем в норме [6]. Моделируемый органоид из миллиона клеток может содержать миллионы отростков и синапсов, которые обеспечивают связность внутри слоев и между ними. Количество и соотношение входящих и исходящих связей для клеток внутри слоя коррелирует с таковым в живых системах. В слоистых модельных структурах паттерны связывания слоев между собой сходны с тем, что можно наблюдать в слоистых структурах мозга или в церебральных органоидах. Эти паттерны связывания не случайны — они следуют из молекулярных правил аксонального наведения и связывания нужных целей. Ниже можно увидеть визуализацию процесса аксонального наведения в нашей модели.

Рост аксона

Моделирование в BCNNM возможно и в режиме «отклонения от нормы» за счет гибкости конфигурации. Это позволяет наблюдать за развитием дефектных структур, что может пролить свет на течение различных заболеваний нервной системы. Работая с моделью, мы показали, что, меняя концентрации сигнальных молекул или параметры ответов со стороны клеток (что может являться, к примеру, аналогом изменения чувствительности клеточных рецепторов) в области деления, дифференциации или создания связей, мы можем наблюдать отклонения в системе, которые напоминают изменения, свойственные нарушениям развития биологических нервных тканей.

Помимо моделирования нарушений процесса развития, в рамках нашего проекта проводились исследования по посттравматическому нейрогенезу [7]. Клеточная динамика после нанесения травмы продемонстрировала поведение соответствующее реальному [8, 9]: резко падает количество нервных клеток и повышается концентрация некротического фактора, что ведет к дифференциации мультипотентных стволовых клеток в нейрональные предшественники, которые мигрируют к месту травмы и в свою очередь дифференцируются в нейроны. Пример такой динамики показан на рисунке 5, а в таблице ниже приведено сравнение изменения числа пролиферирующих клеток при травме разной силы в модели и в экспериментальных данных из исследования на мышах [8].

Рисунок 3. Пример клеточной динамики после нанесения травмы в модели.

Перспективы применения метода

Фреймворк BCNNM может быть использован для подробного in silico воспроизведения in vitro экспериментов, направленных на получение детальных наборов параметров, характеризующих все ключевые компоненты (клетки, их компартменты, синапсы и т. д.), предоставляя новые данные для нейробиологических исследований. Это могут быть как фундаментальные вопросы, касающиеся процессов развития, так и более прикладные, связанные с различными заболеваниями центральной нервной системы, а в перспективе и с разработкой подходов для лечения некоторых из этих заболеваний. Применение фреймворка для предварительного вычислительного тестирования биологических и медицинских гипотез позволит снизить стоимость постановки лабораторных экспериментов и ускорит процесс проведения исследований.

Курс Computational Neuroscience

Помимо исследовательской деятельности, наша лаборатория вовлечена в образовательный процесс. С 2019 года мы читаем курс «Вычислительные нейронауки» для студентов партнерских магистратур ВШЭ и ИТМО (и любых вольнослушателей!) в рамках образовательных программ JetBrains. В прошлом осеннем семестре лекции и семинары проходили в очном формате. В ходе курса студентам были предложены базовый материал для изучения и обсуждения в аудитории, материалы для самостоятельного, более глубокого погружения, интересные практические задания по моделированию нейронов и биологических нейронных сетей. В осеннем семестре 2020 курс проходит в удаленном формате, что позволило нам значительно расширить аудиторию. Видеоматериалы будут доступны всем желающим на YouTube-канале JetBrains Research.

В заключение: если вы нейробиолог и у вас есть экспериментальные данные, которые вы бы хотели использовать для моделирования, напишите нам. Мы будем очень рады сотрудничеству!

Список литературы

Takahashi, J. iPS cell-based therapy for Parkinson’s disease: A Kyoto trial. Regenerative Therapy, 2020, ISSN 2352-3204. https://doi.org/10.1016/j.reth.2020.06.002.
Angeli, C. A., Boakye, M., Morton, R. A., Vogt, J., Benton, K., Chen, Y., … Harkema, S. J. (2018). Recovery of Over-Ground Walking after Chronic Motor Complete Spinal Cord Injury. New England Journal of Medicine. doi:10.1056/NEJMoa1803588 (https://doi.org/10.1056/NEJMoa1803588)
Kriegeskorte, N., & Douglas, P. K. (2018). Cognitive computational neuroscience. Nature Neuroscience. doi:10.1038/s41593-018-0210-5
Caffrey, J. R., Hughes, B. D., Britto, J. M., and Landman, K. A. (2014). An in silico agent-based model demonstrates reelin function in directing lamination of neurons during cortical development. PLoS ONE 9. doi:10.1371/journal.pone.0110415
Dingle, Y.-T. L., Boutin, M. E., Chirila, A. M., Livi, L. L., Labriola, N. R., Jakubek, L. M., et al. (2015). Three-dimensional neural spheroid culture: An in vitro model for cortical studies. Tissue engineering. Part C, Methods 21, 1274–1283. doi:10.1089/ten.TEC.2015.0135. 26414693
Gerhard, F., Pipa, G., Lima, B., Neuenschwander, S., and Gerstner, W. (2011). Extraction of network topology from multi-electrode recordings: Is there a small-world effect? Frontiers in Computational Neuroscience 5. doi:10.3389/fncom.2011.00004
Мыров В.О. Вычислительное моделирование посттравматического нейрогенеза. Магистерская диссертация. СПбАУ РАН, Санкт-Петербург 2018
Wang, X., Gao, X., Michalski, S., Zhao, S., & Chen, J. (2016). Traumatic Brain Injury Severity Affects Neurogenesis in Adult Mouse Hippocampus. Journal of Neurotrauma, 33(8), 721–733. doi:10.1089/neu.2015.4097 (https://doi.org/10.1089/neu.2015.4097)
Neuberger, E. J. , Swietek, B., Corrubia, L., Prasanna, A., & Santhakumar, V. (2017). Enhanced Dentate Neurogenesis after Brain Injury Undermines Long-Term Neurogenic Potential and Promotes Seizure Susceptibility. Stem Cell Reports, 9(3), 972–984. doi:10.1016/j.stemcr.2017.07.015 (https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2017.07.015)
https://www.scientificamerican.com/article/how-the-2014-nobel-prize-winners-found-the-brain-s-own-gps/

Неврология: обзор, история, основные разделы

Нейробиологи сосредотачиваются на мозге и его влиянии на поведение и когнитивные функции, или на то, как люди думают.

Они также исследуют, что происходит с нервной системой, когда у людей есть неврологические, психические расстройства и расстройства развития нервной системы.

Нейробиолог может специализироваться в самых разных областях, от нейроанатомии до нейропсихологии. Исследования в этой области могут улучшить наше понимание как мозга, так и тела, того, как они работают, и проблем со здоровьем, которые на них влияют.

Поделиться на PinterestНеврология фокусируется на нервной системе, которая влияет на каждую часть тела и разума.

Неврология — это междисциплинарная наука, которая тесно сотрудничает с другими дисциплинами, такими как математика, лингвистика, инженерия, информатика, химия, философия, психология и медицина.

Нейробиологи изучают клеточные, функциональные, поведенческие, эволюционные, вычислительные, молекулярные, клеточные и медицинские аспекты нервной системы. Существуют различные области, которые сосредоточены на разных аспектах, но они часто пересекаются.

Исследователи могут изучить активность мозга у людей с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера. Используемые инструменты включают сканирование МРТ и компьютеризированные 3-D модели. Они могут проводить эксперименты с использованием образцов клеток и тканей.

Результаты могут привести к разработке новых лекарств. Некоторые нейробиологи занимаются лечением пациентов.

Нейронаука влияет на многие, если не на все, функции человека, но она также способствует лучшему пониманию широкого спектра распространенных заболеваний.

К ним относятся:

Синдром Дауна
Расстройства Autistic Spectrum (ASD)
ADHD
.
расстройства иммунной системы, такие как рассеянный склероз

Более глубокое понимание неврологических факторов может помочь в разработке лекарств и других стратегий лечения и профилактики этих и многих других проблем со здоровьем.

Древние греки были одними из первых, кто начал изучать мозг. Они пытались понять роль мозга и то, как он работает, и объяснить нервные расстройства.

Согласно статье в Scientific American, Аристотель, греческий философ, выдвинул теорию о том, что мозг является механизмом охлаждения крови.

Пьер Поль Брока (1824-1880) был французским врачом, хирургом и анатомом. Он работал с пациентами с повреждениями головного мозга. Он пришел к выводу, что разные области мозга участвуют в определенных функциях.

Часть мозга, известная как зона Брока, отвечает за некоторые речевые и другие функции. Повреждение этой области при инсульте может привести к афазии Брока, когда человек уже не может производить точную или связную речь.

В 19 веке фон Гемгольц, немецкий врач и физик, измерил скорость, с которой нервные клетки производят электрические импульсы.

В 1873 году Гамильо Гольджи, итальянский врач, патолог и ученый, использовал соль хромата серебра, чтобы увидеть, как выглядят нейроны.

В начале 20-го века Сантьяго Рамон-и-Кахаль, испанский патолог, гистолог и нейробиолог, выдвинул гипотезу о том, что нейроны представляют собой независимые единицы нервных клеток.

В 1906 году Гольджи и Кахаль совместно получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за свою работу и классификацию нейронов в головном мозге.

С 1950-х годов исследования и практика в современной неврологии достигли больших успехов, что привело к развитию методов лечения инсульта, сердечно-сосудистых заболеваний, рассеянного склероза (РС) и других заболеваний.

Научные разработки позволили нейробиологам изучить структуру, функции, развитие, аномалии и способы изменения нервной системы.

Аффективная неврология : Исследования показывают, как нейроны ведут себя по отношению к эмоциям.

Поведенческая неврология : Это исследование того, как мозг влияет на поведение.

Клиническая неврология : Медицинские специалисты, такие как неврологи и психиатры, изучают расстройства нервной системы на основе основных результатов неврологии, чтобы найти способы их лечения и предотвращения. Они также ищут способы реабилитации тех, кто подвергся неврологическим повреждениям. Клинические нейробиологи рассматривают психические заболевания как расстройства головного мозга.

Когнитивная неврология : изучает то, как мозг формирует и контролирует мысли, а также нейронные факторы, лежащие в основе этих процессов. Во время исследований ученые измеряют активность мозга, пока люди выполняют задания. Эта область объединяет неврологию с когнитивными науками психологии и психиатрии.

Вычислительная неврология : Ученые пытаются понять, как мозг вычисляет. Они используют компьютеры для имитации и моделирования функций мозга, а также применяют методы математики, физики и других вычислительных областей для изучения функций мозга.

Культурная неврология : В этой области изучается взаимодействие между культурными факторами и геномными, нейронными и психологическими процессами. Это новая дисциплина, которая может помочь объяснить различия в показателях здоровья между разными группами населения. Выводы также могут помочь ученым избежать культурных предубеждений при разработке экспериментов.

Неврология развития : Здесь рассматривается, как мозг и нервная система растут и изменяются с момента зачатия до взрослой жизни. Собранная информация помогает ученым лучше понять, как развиваются и развиваются неврологические системы. Это позволяет им описывать и понимать ряд нарушений развития. Это также дает представление о том, как и когда регенерируются нервные ткани.

Молекулярная и клеточная неврология : Ученые изучают роль отдельных молекул, генов и белков в функционировании нервов и нервной системы на молекулярном и клеточном уровне.

Нейроинженерия : Исследователи используют инженерные методы, чтобы лучше понять, заменить, восстановить или улучшить нервные системы.

Нейровизуализация : Это направление медицинской визуализации, основное внимание в котором уделяется мозгу. Нейровизуализация используется для диагностики заболеваний и оценки состояния головного мозга. Это также может быть полезно при изучении мозга, того, как он работает и как различные виды деятельности влияют на мозг.

Нейроинформатика : Эта область предполагает сотрудничество ученых-компьютерщиков и нейробиологов. Эксперты разрабатывают эффективные способы сбора, анализа, обмена и публикации данных.

Нейролингвистика : Специалисты исследуют, как мозг позволяет нам усваивать, сохранять, понимать и выражать язык. Он помогает логопедам разрабатывать стратегии помощи детям с нарушениями речи или людям, которые хотят восстановить речь, например, после инсульта.

Нейрофизиология : Здесь рассматривается, как мозг и его функции связаны с различными частями тела, а также роль нервной системы от субклеточного уровня до целых органов. Это помогает ученым понять, как работает человеческое мышление, и дает представление о нарушениях, связанных с нервной системой.

Нейронаука — это новая и важная область, затрагивающая все аспекты того, как люди двигаются, думают и ведут себя. В 2007 году было подсчитано, что аномальные неврологические состояния затрагивают до 1 миллиарда человек во всем мире.

Люди, которые приходят в эту профессию, должны иметь интерес к естественным наукам и математике. Большинство нейробиологов начинают с получения степени бакалавра в области неврологии, а затем получают докторскую степень.

Те, кто хочет заниматься клинической работой и лечить пациентов, также должны сначала пройти обучение на врача (MD) и пройти медицинскую ординатуру. Они также должны сдать экзамен на получение медицинской лицензии в США.

Затем они могут получить постдокторскую стипендию, например, в лаборатории, чтобы пройти дополнительное обучение, прежде чем подавать заявление о приеме на работу.

По данным Бюро статистики труда США, средняя годовая зарплата ученого-медика, включая нейробиологов, в 2016 году составляла 80 530 долларов. Заработная плата варьировалась от 57 000 долларов до 116 840 долларов.

Нейронаука: обзор, история, основные разделы

Нейробиологи сосредотачиваются на мозге и его влиянии на поведение и когнитивные функции или на то, как люди думают.

Поделиться на PinterestНеврология фокусируется на нервной системе, которая влияет на каждую часть тела и разума.

Неврология влияет на многие, если не на все, функции человека, но она также способствует лучшему пониманию широкого спектра распространенных заболеваний.

К ним относятся:

Синдром Дауна
Расстройства Autistic Spectrum (ASD)
ADHD
.
нарушения иммунной системы, такие как рассеянный склероз

Более глубокое понимание неврологических факторов может помочь в разработке лекарств и других стратегий для лечения и предотвращения этих и многих других проблем со здоровьем.

В 1873 году Гамильо Гольджи, итальянский врач, патологоанатом и ученый, использовал соль хромата серебра, чтобы увидеть, как выглядят нейроны.

С 19В 50-х годах исследования и практика в современной неврологии достигли больших успехов, что привело к развитию методов лечения инсульта, сердечно-сосудистых заболеваний, рассеянного склероза (РС) и других состояний.

Аффективная неврология : Исследования показывают, как нейроны ведут себя по отношению к эмоциям.

Поведенческая неврология : Это исследование того, как мозг влияет на поведение.

Когнитивная неврология : Здесь рассматривается, как мозг формирует и контролирует мысли, а также нейронные факторы, лежащие в основе этих процессов. Во время исследований ученые измеряют активность мозга, пока люди выполняют задания. Эта область объединяет неврологию с когнитивными науками психологии и психиатрии.

Нейрофизиология : Здесь рассматривается, как мозг и его функции связаны с различными частями тела, а также роль нервной системы, от субклеточного уровня до целых органов. Это помогает ученым понять, как работает человеческое мышление, и дает представление о нарушениях, связанных с нервной системой.