Часть серии статей о |
Биология |
---|
Нейронаука — это научное изучение нервной системы ( головного мозга , спинного мозга и периферической нервной системы ), ее функций и ее расстройств. [1] [2] [3] Это междисциплинарная наука, которая объединяет физиологию , анатомию , молекулярную биологию , биологию развития , цитологию , психологию , физику , информатику , химию , медицину , статистику и математическое моделирование для понимания фундаментальных и возникающих свойств нейронов , глии и нейронных цепей . [4] [5] [6] [7] [8] Понимание биологической основы обучения , памяти , поведения , восприятия и сознания было описано Эриком Канделом как «эпическая задача» биологических наук . [9]
Сфера нейронауки со временем расширилась, включив в себя различные подходы, используемые для изучения нервной системы в разных масштабах. Методы, используемые нейробиологами , значительно расширились: от молекулярных и клеточных исследований отдельных нейронов до визуализации сенсорных , моторных и когнитивных задач в мозге.
Самое раннее исследование нервной системы относится к Древнему Египту . Трепанация , хирургическая практика сверления или выскабливания отверстия в черепе с целью лечения травм головы или психических расстройств , или снятия внутричерепного давления, впервые была зафиксирована в период неолита . Рукописи, датируемые 1700 годом до нашей эры, указывают на то, что египтяне имели некоторые знания о симптомах повреждения мозга . [10]
Ранние взгляды на функцию мозга считали его своего рода «черепной начинкой». В Египте , начиная с конца Среднего царства , мозг регулярно удалялся в ходе подготовки к мумификации . В то время считалось, что сердце является вместилищем интеллекта. Согласно Геродоту , первым шагом мумификации было «взять изогнутый кусок железа и с его помощью вытянуть мозг через ноздри, таким образом избавившись от части, в то время как череп очищается от остального путем промывания лекарствами». [11]
Мнение о том, что сердце является источником сознания, не оспаривалось до времен греческого врача Гиппократа . Он считал, что мозг не только связан с ощущениями, поскольку большинство специализированных органов (например, глаза, уши, язык) расположены в голове рядом с мозгом, но также является местом нахождения интеллекта. [12] Платон также предполагал, что мозг является местом нахождения рациональной части души. [13] Аристотель , однако, считал, что сердце является центром интеллекта и что мозг регулирует количество тепла, выделяемого сердцем. [14] Эта точка зрения была общепринятой, пока римский врач Гален , последователь Гиппократа и врач римских гладиаторов , не заметил, что его пациенты теряли свои умственные способности, когда они получали повреждения мозга. [15]
Абулкасис , Аверроэс , Авиценна , Авензоар и Маймонид , работавшие в средневековом мусульманском мире, описали ряд медицинских проблем, связанных с мозгом. В Европе эпохи Возрождения Везалий (1514–1564), Рене Декарт (1596–1650), Томас Уиллис (1621–1675) и Ян Сваммердам (1637–1680) также внесли свой вклад в нейронауку.
Новаторская работа Луиджи Гальвани в конце 1700-х годов подготовила почву для изучения электрической возбудимости мышц и нейронов. В 1843 году Эмиль дю Буа-Реймон продемонстрировал электрическую природу нервного сигнала, [16] скорость которого Герман фон Гельмгольц приступил к измерению, [17] а в 1875 году Ричард Катон обнаружил электрические явления в больших полушариях мозга кроликов и обезьян. [18] Адольф Бек опубликовал в 1890 году аналогичные наблюдения спонтанной электрической активности мозга кроликов и собак. [19] Исследования мозга стали более сложными после изобретения микроскопа и разработки процедуры окрашивания Камилло Гольджи в конце 1890-х годов. В этой процедуре использовалась соль хромата серебра для выявления сложных структур отдельных нейронов . Его метод был использован Сантьяго Рамоном-и-Кахалем и привел к формированию нейронной доктрины — гипотезы о том, что функциональной единицей мозга является нейрон. [20] Гольджи и Рамон-и-Кахаль разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1906 году за их обширные наблюдения, описания и категоризацию нейронов по всему мозгу.
Параллельно с этим исследованием в 1815 году Жан Пьер Флуренс вызвал локализованные поражения мозга у живых животных, чтобы наблюдать их влияние на моторику, чувствительность и поведение. Работа с пациентами с повреждениями мозга Марка Дакса в 1836 году и Поля Брока в 1865 году показала, что определенные области мозга отвечают за определенные функции. В то время эти результаты рассматривались как подтверждение теории Франца Йозефа Галля о том, что язык локализован и что определенные психологические функции локализованы в определенных областях коры головного мозга . [21] [22] Гипотеза локализации функции была поддержана наблюдениями за пациентами с эпилепсией, проведенными Джоном Хьюлингсом Джексоном , который правильно сделал вывод об организации двигательной коры , наблюдая за прогрессированием припадков по всему телу. Карл Вернике далее развил теорию специализации определенных структур мозга в понимании и воспроизведении языка. Современные исследования с использованием методов нейровизуализации по-прежнему используют церебральную цитоархитектоническую карту Бродмана (относящуюся к изучению клеточной структуры ), анатомические определения той эпохи, продолжая показывать, что отдельные области коры активируются при выполнении определенных задач. [23]
В 20 веке нейронаука стала признаваться как отдельная академическая дисциплина сама по себе, а не как исследования нервной системы в рамках других дисциплин. Эрик Кандел и его коллеги цитировали Дэвида Риоха , Фрэнсиса О. Шмитта и Стивена Куффлера как сыгравших решающую роль в становлении этой области. [24] Риох инициировал интеграцию основных анатомических и физиологических исследований с клинической психиатрией в Армейском исследовательском институте Уолтера Рида , начиная с 1950-х годов. В тот же период Шмитт основал исследовательскую программу нейронауки на биологическом факультете Массачусетского технологического института , объединив биологию, химию, физику и математику. Первый автономный факультет нейронауки (тогда называвшийся психобиологией) был основан в 1964 году в Калифорнийском университете в Ирвайне Джеймсом Л. Макгоу . [25] За этим последовало отделение нейробиологии в Гарвардской медицинской школе , которое было основано в 1966 году Стивеном Куффлером. [26]
В процессе лечения эпилепсии Уайлдер Пенфилд создал карты расположения различных функций (двигательной, сенсорной, памяти, зрения) в мозге. [27] [28] Он обобщил свои выводы в книге 1950 года под названием «Кора головного мозга человека» . [29] Уайлдер Пенфилд и его коллеги-исследователи Эдвин Болдри и Теодор Расмуссен считаются создателями кортикального гомункула . [30]
Понимание нейронов и функций нервной системы становилось все более точным и молекулярным в течение 20-го века. Например, в 1952 году Алан Ллойд Ходжкин и Эндрю Хаксли представили математическую модель передачи электрических сигналов в нейронах гигантского аксона кальмара, которую они назвали « потенциалами действия », и того, как они инициируются и распространяются, известную как модель Ходжкина–Хаксли . В 1961–1962 годах Ричард Фицхью и Дж. Нагумо упростили модель Ходжкина–Хаксли, в том, что называется моделью Фицхью–Нагумо . В 1962 году Бернард Кац смоделировал нейротрансмиссию через пространство между нейронами, известное как синапсы . Начиная с 1966 года, Эрик Кандел и его коллеги исследовали биохимические изменения в нейронах, связанные с обучением и хранением памяти у аплизии . В 1981 году Кэтрин Моррис и Гарольд Лекар объединили эти модели в модель Морриса–Лекара . Такая все более количественная работа привела к появлению многочисленных биологических моделей нейронов и моделей нейронных вычислений .
В результате растущего интереса к нервной системе в 20 веке было создано несколько известных организаций нейронауки, чтобы предоставить форум всем нейроученым. Например, Международная организация по исследованию мозга была основана в 1961 году, [31] Международное общество нейрохимии в 1963 году, [32] Европейское общество мозга и поведения в 1968 году, [33] и Общество нейронауки в 1969 году . [34] В последнее время применение результатов исследований нейронауки также привело к появлению прикладных дисциплин , таких как нейроэкономика , [35] нейрообразование , [36] нейроэтика , [37] и нейроправо . [38]
Со временем исследования мозга прошли через философскую, экспериментальную и теоретическую фазы, при этом работы по нейронным имплантатам и моделированию мозга, как предсказывалось, будут иметь важное значение в будущем. [39]
Научное изучение нервной системы значительно возросло во второй половине двадцатого века, в основном благодаря достижениям в молекулярной биологии , электрофизиологии и вычислительной нейронауке . Это позволило нейробиологам изучать нервную систему во всех ее аспектах: как она структурирована, как она работает, как она развивается, как она дает сбои и как ее можно изменить.
Например, стало возможным понять, во многих деталях, сложные процессы, происходящие внутри одного нейрона . Нейроны — это клетки, специализированные для коммуникации. Они способны общаться с нейронами и другими типами клеток через специализированные соединения, называемые синапсами , в которых электрические или электрохимические сигналы могут передаваться от одной клетки к другой. Многие нейроны выталкивают длинную тонкую нить аксоплазмы , называемую аксоном , которая может простираться до отдаленных частей тела и способна быстро переносить электрические сигналы, влияя на активность других нейронов, мышц или желез в их конечных точках. Нервная система возникает из совокупности нейронов, которые соединены друг с другом в нейронные цепи и сети .
Нервную систему позвоночных можно разделить на две части: центральную нервную систему (определяемую как головной и спинной мозг ) и периферическую нервную систему . У многих видов, включая всех позвоночных, нервная система является самой сложной системой органов в организме, причем большая часть сложности сосредоточена в мозге. Только человеческий мозг содержит около ста миллиардов нейронов и сто триллионов синапсов; он состоит из тысяч различимых подструктур, соединенных друг с другом в синаптические сети, сложность которых только начала распутываться. По крайней мере, один из трех из приблизительно 20 000 генов, принадлежащих человеческому геному, экспрессируется в основном в мозге. [40]
В связи с высокой степенью пластичности человеческого мозга структура его синапсов и их результирующие функции меняются на протяжении жизни. [41]
Понимание динамической сложности нервной системы является сложной исследовательской задачей. В конечном счете, нейробиологи хотели бы понять каждый аспект нервной системы, включая то, как она работает, как она развивается, как она дает сбои и как ее можно изменить или восстановить. Поэтому анализ нервной системы выполняется на нескольких уровнях, от молекулярного и клеточного до системного и когнитивного. Конкретные темы, которые формируют основной фокус исследований, со временем меняются, что обусловлено постоянно расширяющейся базой знаний и доступностью все более сложных технических методов. Усовершенствования в технологиях были основными двигателями прогресса. Разработки в области электронной микроскопии , компьютерных наук , электроники , функциональной нейровизуализации , а также генетики и геномики были основными двигателями прогресса.
Достижения в классификации клеток мозга стали возможны благодаря электрофизиологической регистрации, генетическому секвенированию отдельных клеток и высококачественной микроскопии, которые были объединены в единый методологический конвейер, называемый патч-секвенированием , в котором все три метода применяются одновременно с использованием миниатюрных инструментов. [42] Эффективность этого метода и большие объемы генерируемых данных позволили исследователям сделать некоторые общие выводы о типах клеток; например, что мозг человека и мыши имеет разные версии принципиально одинаковых типов клеток. [43]
Основные вопросы, рассматриваемые в молекулярной нейронауке, включают механизмы, посредством которых нейроны выражают и реагируют на молекулярные сигналы, и как аксоны формируют сложные паттерны связей. На этом уровне инструменты молекулярной биологии и генетики используются для понимания того, как развиваются нейроны и как генетические изменения влияют на биологические функции. [44] Морфология , молекулярная идентичность и физиологические характеристики нейронов и то, как они связаны с различными типами поведения , также представляют значительный интерес. [45]
Вопросы, рассматриваемые в клеточной нейронауке, включают механизмы того, как нейроны обрабатывают сигналы физиологически и электрохимически. Эти вопросы включают то, как сигналы обрабатываются невритами и сомой и как нейротрансмиттеры и электрические сигналы используются для обработки информации в нейроне. Нейриты представляют собой тонкие расширения от тела нейронной клетки , состоящие из дендритов (специализированных для получения синаптических входов от других нейронов) и аксонов (специализированных для проведения нервных импульсов, называемых потенциалами действия ). Сомы представляют собой тела клеток нейронов и содержат ядро. [46]
Еще одной важной областью клеточной нейронауки является исследование развития нервной системы . [47] Вопросы включают в себя паттернизацию и регионализацию нервной системы, развитие аксонов и дендритов, трофические взаимодействия , образование синапсов и роль фрактонов в нейральных стволовых клетках , [48] [49] дифференциацию нейронов и глии ( нейрогенез и глиогенез ) и миграцию нейронов . [50]
Вычислительное нейрогенетическое моделирование занимается разработкой динамических нейронных моделей для моделирования функций мозга в отношении генов и динамических взаимодействий между генами на клеточном уровне (вычислительное нейрогенетическое моделирование (CNGM) также может использоваться для моделирования нейронных систем). [51]
Исследования системной нейронауки сосредоточены на структурной и функциональной архитектуре развивающегося человеческого мозга и функциях крупномасштабных мозговых сетей или функционально связанных систем в мозге. Наряду с развитием мозга системная нейронаука также фокусируется на том, как структура и функция мозга позволяют или ограничивают обработку сенсорной информации, используя усвоенные ментальные модели мира, чтобы мотивировать поведение.
Вопросы в области системной нейронауки включают в себя то, как нейронные цепи формируются и используются анатомически и физиологически для выполнения таких функций, как рефлексы , мультисенсорная интеграция , координация движений , циркадные ритмы , эмоциональные реакции , обучение и память . [52] Другими словами, эта область исследований изучает, как связи создаются и трансформируются в мозге, и какое влияние это оказывает на человеческие ощущения, движение, внимание, ингибиторный контроль, принятие решений, рассуждение, формирование памяти, вознаграждение и регуляцию эмоций. [53]
Конкретные области интересов в этой области включают наблюдения за тем, как структура нейронных цепей влияет на приобретение навыков, как развиваются и изменяются специализированные области мозга ( нейропластичность ), а также разработка атласов мозга или схем электропроводки отдельных развивающихся мозгов. [54]
Смежные области нейроэтологии и нейропсихологии рассматривают вопрос о том, как нейронные субстраты лежат в основе определенного поведения животных и человека . [55] Нейроэндокринология и психонейроиммунология изучают взаимодействие между нервной системой, эндокринной и иммунной системами соответственно. [56] Несмотря на многочисленные достижения, способ, которым сети нейронов выполняют сложные когнитивные процессы и поведение, все еще плохо изучен. [57]
Когнитивная нейронаука рассматривает вопросы о том, как психологические функции производятся нейронными цепями . Появление новых мощных методов измерения, таких как нейровизуализация (например, фМРТ , ПЭТ , ОФЭКТ ), ЭЭГ , МЭГ , электрофизиология , оптогенетика и генетический анализ человека в сочетании со сложными экспериментальными методами когнитивной психологии позволяет нейробиологам и психологам решать абстрактные вопросы, такие как то, как познание и эмоции сопоставляются с определенными нейронными субстратами. Хотя многие исследования по-прежнему придерживаются редукционистской позиции, ища нейробиологическую основу когнитивных явлений, недавние исследования показывают, что существует интересное взаимодействие между нейробиологическими открытиями и концептуальными исследованиями, требуя и интегрируя обе точки зрения. Например, нейробиологические исследования эмпатии вызвали интересную междисциплинарную дискуссию с участием философии, психологии и психопатологии. [58] Более того, нейробиологическая идентификация множественных систем памяти, связанных с различными областями мозга, поставила под сомнение идею памяти как буквального воспроизведения прошлого, поддерживая взгляд на память как на генеративный, конструктивный и динамический процесс. [59]
Нейробиология также связана с социальными и поведенческими науками , а также с зарождающимися междисциплинарными областями. Примерами таких альянсов являются нейроэкономика , теория принятия решений , социальная нейронаука и нейромаркетинг для решения сложных вопросов о взаимодействии мозга с окружающей средой. Например, исследование потребительских реакций использует ЭЭГ для изучения нейронных коррелятов, связанных с переносом повествования в истории об энергоэффективности . [60]
Вопросы в вычислительной нейронауке могут охватывать широкий спектр уровней традиционного анализа, таких как развитие , структура и когнитивные функции мозга. Исследования в этой области используют математические модели , теоретический анализ и компьютерное моделирование для описания и проверки биологически правдоподобных нейронов и нервных систем. Например, биологические модели нейронов представляют собой математические описания спайковых нейронов, которые могут использоваться для описания как поведения отдельных нейронов, так и динамики нейронных сетей . Вычислительную нейронауку часто называют теоретической нейронаукой.
Неврология, психиатрия, нейрохирургия, психохирургия, анестезиология и медицина боли , невропатология, нейрорадиология , офтальмология , отоларингология , клиническая нейрофизиология , медицина наркомании и медицина сна — вот некоторые медицинские специальности, которые специально занимаются заболеваниями нервной системы. Эти термины также относятся к клиническим дисциплинам, включающим диагностику и лечение этих заболеваний. [61]
Неврология занимается заболеваниями центральной и периферической нервной системы, такими как боковой амиотрофический склероз (БАС) и инсульт , а также их лечением. Психиатрия фокусируется на аффективных , поведенческих, когнитивных и перцептивных расстройствах. Анестезиология фокусируется на восприятии боли и фармакологическом изменении сознания. Нейропатология фокусируется на классификации и основных патогенных механизмах заболеваний центральной и периферической нервной системы и мышц, уделяя особое внимание морфологическим, микроскопическим и химически наблюдаемым изменениям. Нейрохирургия и психохирургия работают в основном с хирургическим лечением заболеваний центральной и периферической нервной системы. [62]
В последнее время границы между различными специальностями размылись, поскольку все они находятся под влиянием фундаментальных исследований в области нейронауки. Например, визуализация мозга позволяет получить объективное биологическое представление о психических заболеваниях, что может привести к более быстрой диагностике, более точному прогнозу и улучшенному мониторингу прогресса пациента с течением времени. [63]
Интегративная нейронаука описывает попытку объединить модели и информацию из нескольких уровней исследований для разработки согласованной модели нервной системы. Например, визуализация мозга в сочетании с физиологическими числовыми моделями и теориями фундаментальных механизмов может пролить свет на психиатрические расстройства. [64]
Еще одной важной областью трансляционных исследований являются интерфейсы мозг-компьютер (BCI), или машины, которые способны общаться и влиять на мозг. В настоящее время они исследуются на предмет их потенциала для восстановления нейронных систем и восстановления определенных когнитивных функций. [65] Однако, прежде чем они будут приняты, необходимо рассмотреть некоторые этические соображения. [66] [67]
Современное образование и исследовательская деятельность в области нейронауки можно очень грубо разделить на следующие основные ветви, основанные на предмете и масштабе системы в исследовании, а также на отдельных экспериментальных или учебных подходах. Отдельные нейробиологи, однако, часто работают над вопросами, которые охватывают несколько отдельных подполей.
Ветвь | Описание |
---|---|
Аффективная нейронаука | Аффективная нейронаука изучает нейронные механизмы, участвующие в эмоциях, обычно посредством экспериментов на животных моделях. [68] |
Поведенческая нейронаука | Поведенческая нейронаука (также известная как биологическая психология, физиологическая психология, биопсихология или психобиология) — это применение принципов биологии к изучению генетических, физиологических и эволюционных механизмов поведения у людей и животных. [69] |
Клеточная нейробиология | Клеточная нейронаука изучает нейроны на клеточном уровне, включая морфологию и физиологические свойства. [70] |
Клиническая нейронаука | Научное изучение биологических механизмов, лежащих в основе расстройств и заболеваний нервной системы . [71] |
Когнитивная нейронаука | Когнитивная нейронаука изучает биологические механизмы, лежащие в основе познания. [71] |
Вычислительная нейронаука | Вычислительная нейронаука — это теоретическое исследование нервной системы. [72] |
Культурная нейронаука | Культурная нейронаука изучает, как культурные ценности, практики и убеждения формируют и формируются разумом, мозгом и генами в различных временных масштабах. [73] |
Нейробиология развития | Нейробиология развития изучает процессы, которые формируют, формируют и перестраивают нервную систему, и стремится описать клеточную основу развития нервной системы для изучения лежащих в ее основе механизмов. [74] |
Эволюционная нейронаука | Эволюционная нейронаука изучает эволюцию нервной системы. [75] |
Молекулярная нейронаука | Молекулярная нейронаука изучает нервную систему с помощью молекулярной биологии, молекулярной генетики, химии белков и связанных с ними методологий. [76] |
Нанонейронаука | Междисциплинарная область, объединяющая нанотехнологии и нейронауки. [77] |
Нейронная инженерия | Нейронная инженерия использует инженерные методы для взаимодействия, понимания, ремонта, замены или улучшения нейронных систем. [78] |
Нейроанатомия | Нейроанатомия – это наука об анатомии нервной системы . [79] |
Нейрохимия | Нейрохимия – это наука о том, как нейрохимические вещества взаимодействуют и влияют на функцию нейронов. [80] |
Нейроэтология | Нейроэтология — это изучение нейронной основы поведения животных. |
Нейрогастрономия | Нейрогастрономия изучает вкус и его влияние на ощущения, познание и память. [81] |
Нейрогенетика | Нейрогенетика – это изучение генетической основы развития и функционирования нервной системы . [82] |
Нейровизуализация | Нейровизуализация включает использование различных методов для прямого или косвенного отображения структуры и функций мозга. [83] |
Нейроиммунология | Нейроиммунология изучает взаимодействие нервной и иммунной систем. [84] |
Нейроинформатика | Нейроинформатика — это дисциплина в биоинформатике, которая занимается организацией данных нейронауки и применением вычислительных моделей и аналитических инструментов. [85] |
Нейролингвистика | Нейролингвистика — это изучение нейронных механизмов в человеческом мозге, которые контролируют понимание, производство и усвоение языка. [86] [71] |
Нейроофтальмология | Нейроофтальмология — это академически ориентированная специализация, объединяющая области неврологии и офтальмологии, часто имеющая дело со сложными системными заболеваниями, проявляющимися в зрительной системе. |
Нейрофизика | Нейрофизика — раздел биофизики, занимающийся разработкой и использованием физических методов для получения информации о нервной системе. [87] |
Нейрофизиология | Нейрофизиология — это изучение структуры и функций нервной системы, обычно с использованием физиологических методов, которые включают измерение и стимуляцию с помощью электродов или оптически с помощью ионно- или вольт-чувствительных красителей или светочувствительных каналов. [88] |
Нейропсихология | Нейропсихология — это дисциплина, которая находится под эгидой как психологии, так и нейронауки и участвует в деятельности в областях как фундаментальной, так и прикладной науки. В психологии она наиболее тесно связана с биопсихологией , клинической психологией , когнитивной психологией и психологией развития . В нейронауке она наиболее тесно связана с когнитивной, поведенческой, социальной и аффективной нейронауками. В прикладной и медицинской области она связана с неврологией и психиатрией. [89] |
Нейропсихофармакология | Нейропсихофармакология, междисциплинарная наука, связанная с психофармакологией и фундаментальной нейронаукой, изучает нейронные механизмы, на которые воздействуют лекарственные препараты, влияя на поведение. [90] |
Палеонейробиология | Палеонейробиология — это область, которая объединяет методы, используемые в палеонтологии и археологии для изучения эволюции мозга, особенно человеческого мозга. [91] |
Социальная нейронаука | Социальная нейронаука — это междисциплинарная область, посвященная пониманию того, как биологические системы реализуют социальные процессы и поведение, а также использованию биологических концепций и методов для информирования и уточнения теорий социальных процессов и поведения. [92] |
Системная нейронаука | Системная нейронаука изучает функционирование нейронных цепей и систем. [93] |
Фармацевтические продажи | Жилищный консультант |
Лаборант-техник | Специалист по вопросам нормативного регулирования |
Психометрист* | Медицинский техник* |
Научный писатель | Ассистент по клиническим исследованиям |
Пропаганда науки | Помощник по специальному образованию |
Некоммерческая работа | Помощник по уходу за пациентами * |
Специалист по санитарному просвещению | Техник по ортезированию и протезированию* |
Специалист по ЭЭГ* | Специалист по уходу за лабораторными животными |
Менеджер по медицине и здравоохранению | Инженер по продажам |
Судебно-медицинский эксперт | Правоохранительные органы |
Фармацевт-техник* | Менеджер по естественным наукам |
Государственная политика | Реклама/Маркетинг |
Практикующая медсестра | Специалист по нейровизуализации |
Помощник врача | Учитель |
Генетический консультант | Эпидемиология |
Трудотерапевт | Биостатистик |
Ортезист/протезист | Логопед |
Нейронный инженер | Здравоохранение |
Медицина (доктор медицины, доктор остеопатии) | Ученый-пищевик |
Научный сотрудник | Фармацевт |
Стоматолог | Ветеринар |
Физиотерапевт | Аудиолог |
Оптометрист | Адвокат |
Клинический психолог | Профессор |
Нейропсихолог | Хиропрактик |
Крупнейшей профессиональной организацией нейронауки является Общество нейронауки (SFN), которое базируется в Соединенных Штатах, но включает в себя множество членов из других стран. С момента своего основания в 1969 году SFN неуклонно росло: по состоянию на 2010 год в нем было зарегистрировано 40 290 членов из 83 стран. [95] Ежегодные встречи, проводимые каждый год в разных американских городах, привлекают исследователей, постдокторантов, аспирантов и студентов, а также учебные заведения, финансирующие агентства, издательства и сотни предприятий, которые поставляют продукцию, используемую в исследованиях.
Другие крупные организации, занимающиеся нейронаукой, включают Международную организацию по исследованию мозга (IBRO), которая проводит свои встречи в разных частях света каждый год, и Федерацию европейских нейробиологических обществ (FENS), которая проводит встречи в разных европейских городах каждые два года. FENS включает в себя набор из 32 организаций национального уровня, включая Британскую ассоциацию нейронауки , Немецкое нейробиологическое общество ( Neurovissenschaftliche Gesellschaft ) и Французское общество нейронауки . [96] Первое национальное почетное общество в области нейронауки, Nu Rho Psi , было основано в 2006 году. Также существуют многочисленные молодежные нейробиологические общества, которые поддерживают студентов, аспирантов и начинающих исследователей, такие как Simply Neuroscience [97] и Project Encephalon. [98]
В 2013 году в США была объявлена инициатива BRAIN . Международная инициатива по мозгу [99] была создана в 2017 году [100] , в настоящее время она объединена более чем семью национальными инициативами по исследованию мозга (США, Европа , Институт Аллена , Япония , Китай , Австралия, [101] Канада, [102] Корея, [103] и Израиль [104] ) [105], охватывающими четыре континента.
Помимо проведения традиционных исследований в лабораторных условиях, нейробиологи также участвовали в продвижении осведомленности и знаний о нервной системе среди широкой общественности и государственных служащих. Такие продвижения проводились как отдельными нейробиологами, так и крупными организациями. Например, отдельные нейробиологи продвигали образование в области нейробиологии среди молодых студентов, организовав International Brain Bee , который является академическим конкурсом для учащихся старших и средних школ по всему миру. [106] В Соединенных Штатах крупные организации, такие как Society for Neuroscience, продвигали образование в области нейробиологии, разработав учебник под названием Brain Facts, [107] сотрудничая с учителями государственных школ для разработки основных концепций нейробиологии для учителей и учащихся K-12, [108] и совместно спонсируя кампанию с фондом Dana Foundation под названием Brain Awareness Week для повышения осведомленности общественности о прогрессе и преимуществах исследований мозга. [109] В Канаде CIHR Canadian National Brain Bee ежегодно проводится в Университете Макмастера . [110]
В 1992 году преподаватели нейронауки основали Факультет нейронауки для студентов-бакалавров (FUN) для обмена передовым опытом и предоставления стипендий на поездки студентам, выступающим на встречах Общества нейронауки. [111]
Нейробиологи также сотрудничали с другими экспертами в области образования для изучения и совершенствования образовательных методов с целью оптимизации обучения среди студентов, новой области, называемой образовательной нейронаукой . [112] Федеральные агентства в Соединенных Штатах, такие как Национальный институт здравоохранения (NIH) [113] и Национальный научный фонд (NSF) [114] , также финансировали исследования, которые относятся к передовым методам преподавания и изучения концепций нейронауки.
Нейроморфная инженерия — это раздел нейронауки, который занимается созданием функциональных физических моделей нейронов для полезных вычислений. Возникающие вычислительные свойства нейроморфных компьютеров принципиально отличаются от обычных компьютеров в том смысле, что они представляют собой сложную систему , и что вычислительные компоненты взаимосвязаны без центрального процессора. [115]
Одним из примеров такого компьютера является суперкомпьютер SpiNNaker . [116]
Датчики также могут быть сделаны умными с помощью нейроморфной технологии. Примером этого является Event Camera 's BrainScaleS (вдохновленные мозгом многомасштабные вычисления в нейроморфных гибридных системах), гибридный аналоговый нейроморфный суперкомпьютер, расположенный в Гейдельбергском университете в Германии. Он был разработан как часть нейроморфной вычислительной платформы Human Brain Project и является дополнением к суперкомпьютеру SpiNNaker, который основан на цифровой технологии. Архитектура, используемая в BrainScaleS, имитирует биологические нейроны и их связи на физическом уровне; кроме того, поскольку компоненты сделаны из кремния, эти модельные нейроны работают в среднем в 864 раза (24 часа реального времени составляют 100 секунд в машинном моделировании), чем их биологические аналоги. [117]
Недавние достижения в области нейроморфных микрочиповых технологий привели к тому, что группа ученых создала искусственный нейрон, который может заменить настоящие нейроны при заболеваниях. [118] [119]
Год | Поле призов | Изображение | Лауреат | Продолжительность жизни | Страна | Обоснование | Ссылка. |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1904 | Физиология | Иван Петрович Павлов | 1849–1936 | Российская Империя | «в знак признания его работы по физиологии пищеварения, благодаря которой знания о важнейших аспектах этого предмета были преобразованы и расширены» | [120] | |
1906 | Физиология | Камилло Гольджи | 1843–1926 | Королевство Италия | «в знак признания их работы по структуре нервной системы» | [121] | |
Сантьяго Рамон и Кахаль | 1852–1934 | Реставрация (Испания) | |||||
1911 | Физиология | Аллвар Гуллстранд | 1862–1930 | Швеция | «за работу по диоптрике глаза» | [122] | |
1914 | Физиология | Роберт Барани | 1876–1936 | Австро-Венгрия | «за работы по физиологии и патологии вестибулярного аппарата» | [123] | |
1932 | Физиология | Чарльз Скотт Шеррингтон | 1857–1952 | Великобритания | «за открытия, касающиеся функций нейронов» | [124] | |
Эдгар Дуглас Адриан | 1889–1977 | Великобритания | |||||
1936 | Физиология | Генри Халлетт Дейл | 1875–1968 | Великобритания | «за открытия, касающиеся химической передачи нервных импульсов» | [125] | |
Отто Лёви | 1873–1961 | Австрия Германия | |||||
1938 | Физиология | Корнель Жан Франсуа Хейманс | 1892–1968 | Бельгия | «за открытие роли синусного и аортального механизмов в регуляции дыхания » | [126] | |
1944 | Физиология | Джозеф Эрлангер | 1874–1965 | Соединенные Штаты | «за открытия, касающиеся высокодифференцированных функций отдельных нервных волокон» | [127] | |
Герберт Спенсер Гассер | 1888–1963 | Соединенные Штаты | |||||
1949 | Физиология | Вальтер Рудольф Гесс | 1881–1973 | Швейцария | «За открытие функциональной организации промежуточного мозга как координатора деятельности внутренних органов» | [128] | |
Антонио Каэтано Эгаш Мониш | 1874–1955 | Португалия | «за открытие терапевтической ценности лейкотомии при некоторых психозах» | [128] | |||
1955 | Химия | Винсент дю Виньо | 1901–1978 | Соединенные Штаты | «за работу над биохимически важными соединениями серы, в особенности за первый синтез полипептидного гормона » (окситоцин) | [129] | |
1957 | Физиология | Даниэль Бове | 1907–1992 | Италия | «за открытия, касающиеся синтетических соединений, которые подавляют действие некоторых веществ организма, и особенно их действие на сосудистую систему и скелетные мышцы» | [130] | |
1961 | Физиология | Георг фон Бекеши | 1899–1972 | Соединенные Штаты | «за открытия физического механизма стимуляции в улитке» | [131] | |
1963 | Физиология | Джон Карью Эклс | 1903–1997 | Австралия | «за открытия, касающиеся ионных механизмов, участвующих в возбуждении и торможении в периферических и центральных участках мембраны нервной клетки» | [132] | |
Алан Ллойд Ходжкин | 1914–1998 | Великобритания | |||||
Эндрю Филдинг Хаксли | 1917–2012 | Великобритания | |||||
1967 | Физиология | Рагнар Гранит | 1900–1991 | Финляндия Швеция | «за открытия, касающиеся основных физиологических и химических зрительных процессов в глазу» | [133] | |
Холдан Кеффер Хартлайн | 1903–1983 | Соединенные Штаты | |||||
Джордж Уолд | 1906–1997 | Соединенные Штаты | |||||
1970 | Физиология | Юлиус Аксельрод | 1912–2004 | Соединенные Штаты | «за открытия, касающиеся гуморальных передатчиков в нервных окончаниях и механизмов их хранения, высвобождения и инактивации» | [132] | |
Ульф фон Эйлер | 1905–1983 | Швеция | |||||
Бернард Кац | 1911–2003 | Великобритания | |||||
1973 | Физиология | Карл фон Фриш | 1886–1982 | Австрия | «за открытия, касающиеся организации и выявления индивидуальных и социальных моделей поведения» | [134] | |
Конрад Лоренц | 1903–1989 | Австрия | |||||
Николас Тинберген | 1907–1988 | Нидерланды | |||||
1977 | Физиология | Роджер Гийемен | 1924–2024 | Франция | «за открытия, касающиеся выработки пептидных гормонов в мозге » | [135] | |
Эндрю В. Шалли | 1926– | Польша | |||||
1981 | Физиология | Роджер В. Сперри | 1913–1994 | Соединенные Штаты | «за открытия, касающиеся функциональной специализации полушарий головного мозга » | [133] | |
Дэвид Х. Хьюбел | 1926–2013 | Канада | «за открытия, касающиеся обработки информации в зрительной системе » | [133] | |||
Торстен Н. Визель | 1924– | Швеция | |||||
1986 | Физиология | Стэнли Коэн | 1922–2020 | Соединенные Штаты | "за открытия факторов роста " | [136] | |
Рита Леви-Монтальчини | 1909–2012 | Италия | |||||
1997 | Физиология | Стэнли Б. Прузинер | 1942– | Соединенные Штаты | «за открытие прионов — нового биологического принципа заражения» | [137] | |
1997 | Химия | Йенс К. Скоу | 1918–2018 | Дания | «за первое открытие фермента, переносящего ионы, Na + , K + -АТФазы» | [138] | |
2000 | Физиология | Арвид Карлссон | 1923–2018 | Швеция | «за открытия, касающиеся передачи сигналов в нервной системе » | [139] | |
Пол Грингард | 1925–2019 | Соединенные Штаты | |||||
Эрик Р. Кандел | 1929– | Соединенные Штаты | |||||
2003 | Химия | Родерик МакКиннон | 1956– | Соединенные Штаты | «за открытия, касающиеся каналов в клеточных мембранах [...] для структурных и механистических исследований ионных каналов» | [140] | |
2004 | Физиология | Ричард Аксель | 1946– | Соединенные Штаты | «за открытия обонятельных рецепторов и организации обонятельной системы » | [141] | |
Линда Б. Бак | 1947– | Соединенные Штаты | |||||
2012 | Химия | Роберт Лефковиц | 1943– | Соединенные Штаты | "за исследования рецепторов, сопряженных с G-белком " | [142] | |
Брайан Кобилка | 1955– | Соединенные Штаты | |||||
2014 | Физиология | Джон О'Киф | 1939– | Соединенные Штаты Соединенное Королевство | «за открытия ячеек места и сетки , составляющих систему позиционирования в мозге» | [143] | |
Мэй-Бритт Мозер | 1963– | Норвегия | |||||
Эдвард И. Мозер | 1962– | Норвегия | |||||
2017 | Физиология | Джеффри С. Холл | 1939– | Соединенные Штаты | «за открытия молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм » | [144] | |
Михаил Росбаш | 1944– | Соединенные Штаты | |||||
Майкл У. Янг | 1949– | Соединенные Штаты | |||||
2021 | Физиология | Дэвид Джулиус | 1955– | Соединенные Штаты | «за открытие рецепторов температуры и осязания» | [145] | |
Ардем Патапутян | 1967– | Ливан Соединенные Штаты | |||||
2024 | Физика | Джон Хопфилд | 1933– | Соединенные Штаты | «за основополагающие открытия и изобретения, которые позволяют осуществлять машинное обучение с использованием искусственных нейронных сетей » | [146] | |
Джеффри Хинтон | 1947– | Великобритания |
Последний рубеж биологических наук, их конечная задача — понять биологическую основу сознания и психических процессов, посредством которых мы воспринимаем, действуем, учимся и помним.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )