Интегративная нейробиология
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( Май 2010 г. ) |
Интегративная нейронаука — это исследование нейронауки , которое работает над объединением данных о функциональной организации для лучшего понимания сложных структур и поведения. [1] Связь между структурой и функцией, а также то, как регионы и функции соединяются друг с другом. Различные части мозга выполняют разные задачи, соединяясь друг с другом, обеспечивая сложное поведение. [2] Интегративная нейробиология работает над заполнением пробелов в знаниях, которые в значительной степени могут быть достигнуты с помощью обмена данными, для создания понимания систем, которые в настоящее время применяются к симуляционной нейробиологии : компьютерное моделирование мозга, которое объединяет функциональные группы вместе. [3] [1]
Обзор
[ редактировать ]Корни интегративной нейробиологии берут начало в школе реляционной биологии Рашевского-Розена. [4] который математически характеризует функциональную организацию, абстрагируя структуру (т. е. физику и химию). Он был дополнительно расширен Шове. [5] который ввел иерархическую и функциональную интеграцию.
Иерархическая интеграция является структурной, включающей пространственно-временную динамическую непрерывность в евклидовом пространстве, обеспечивающую функциональную организацию, а именно.
- Иерархическая организация + Иерархическая интеграция = Функциональная организация
Однако функциональная интеграция является реляционной и поэтому требует топологии, не ограниченной евклидовым пространством, а скорее занимающей векторные пространства. [6] Это означает, что для любой данной функциональной организации методы функционального анализа позволяют отображать реляционную организацию посредством функциональной интеграции, а именно.
- Функциональная организация + Функциональная интеграция = Реляционная организация
Таким образом, иерархическая и функциональная интеграция влечет за собой «нейробиологию когнитивной семантики», где иерархическая организация связана с нейробиологией, а реляционная организация связана с когнитивной семантикой . Реляционная организация отбрасывает этот вопрос; «функция диктует структуру», следовательно, подразумеваются материальные аспекты, в то время как в редукционизме причинная связь между структурой и динамикой влечет за собой функцию, которая устраняет функциональную интеграцию, поскольку причинная связь иерархической интеграции в мозгу отсутствует в структуре.
Если интегративную нейробиологию изучать с точки зрения функциональной организации иерархических уровней, то ее определяют как причинно-следственную связь в мозге иерархической интеграции. Если его изучать с точки зрения реляционной организации, то его определяют как семантическое следствие функциональной интеграции в мозгу.
Его цель — представить исследования функциональной организации отдельных систем мозга в масштабе посредством иерархической интеграции, приводящей к типичным для вида поведениям в нормальных и патологических состояниях. Таким образом, интегративная нейробиология стремится к единому пониманию функций мозга во всех масштабах.
Тезис Спайви о непрерывности разума [7] расширяет интегративную нейробиологию до области психологии непрерывности.
Мотивация
[ редактировать ]По мере накопления данных они попадают в соответствующие специализации с очень небольшим перекрытием. [1] Создание стандартизированной интегрированной базы данных нейробиологии приведет к созданию статических моделей, которые в противном случае были бы невозможны, например, для понимания и лечения психических расстройств. [8]
Он обеспечивает основу для объединения огромного разнообразия специализаций в современной нейробиологии , в том числе
- Молекулярная нейробиология – генетические и клеточные аспекты функции мозга
- Нейроанатомия – связи, сети, нейромедиаторные системы.
- Поведенческая нейробиология – явные последствия нейронной активности
- Системная нейробиология - описание сенсорных и моторных систем.
- Нейронаука развития - структурные и функциональные изменения во время взросления.
- Когнитивная нейронаука - каналы и этапы сенсорной обработки, включая память.
- Математическая нейробиология - количественное моделирование и эмуляция функций нейронов и мозга.
- Клинические наблюдения – данные, которые можно получить из дисфункции головного мозга
Это разнообразие неизбежно, но, возможно, оно создало пустоту: пренебрежение основной ролью нервной системы в обеспечении выживания и процветания животного. Интегративная нейробиология стремится заполнить эту кажущуюся пустоту.
Экспериментальные методы
[ редактировать ]Идентификация различных областей мозга с помощью корреляционных и причинно-следственных методов в совокупности дает представление об общей функции мозга и карте местоположения. Использование различных данных, собранных с помощью разных методов, в совокупности способствует лучшему взаимосвязанному и комплексному пониманию работы мозга.
Корреляция
[ редактировать ]Связь между состояниями мозга и поведенческими состояниями. [9] Наблюдается через пространственные и временные различия. На эту точку в мозгу влияют действия или стимулы, а также время реакции. [10] Для этого используются следующие инструменты: фМРТ и ЭЭГ, более подробная информация приведена ниже.
Функциональная магнитно-резонансная томография
[ редактировать ]Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) измеряет кислородзависимую реакцию крови (ЖИРНЫЙ шрифт) , используя магнитный резонанс для наблюдения за оксигенированными участками крови. Активные области связаны с усилением кровотока, что представляет собой корреляционную связь. [11] [12] Пространственная локализация фМРТ позволяет получить точную информацию вплоть до ядер и областей Бродмана . [13] Некоторые виды деятельности, такие как зрительная система, происходят очень быстро и длятся всего лишь доли секунды, в то время как другие функции мозга, например память, могут занимать дни или месяцы. ФМРТ измеряет данные в течение нескольких секунд, что затрудняет измерение чрезвычайно быстрых процессов. [14]
Электроэнцефалография
[ редактировать ]Электроэнцефалография (ЭЭГ) позволяет увидеть электрическую активность мозга с течением времени, может измерять только реакции на предъявленные стимулы, стимулы, предъявляемые экспериментатором. он использует электродные датчики, расположенные на поверхности черепа, для измерения синхронной активности нейронов. Не может быть определенной активности, вызванной стимулами, а только корреляцией между данной функцией и областью мозга. ЭЭГ измеряет общие изменения в обширных регионах без специфичности. [15]
Причинно-следственный
[ редактировать ]Мозговая активность напрямую вызвана стимуляцией определенного региона, что доказано экспериментами.
ТМС
[ редактировать ]ТМС ( Транскраниальная магнитная стимуляция ) использует магнитную катушку, создающую всплеск магнитного поля, который активирует активность в определенной области мозга. Это полезно для возбуждения определенной области коры и регистрации возникающих в результате МВП (моторных вызванных потенциалов). [16] [17] Он дает определенные причинно-следственные связи, но ограничен корой головного мозга, что делает невозможным проникновение глубже поверхности мозга. [17]
Исследования поражений
[ редактировать ]Когда у пациентов имеются естественные поражения, это возможность наблюдать, как поражение в определенной области влияет на функциональность. Или в экспериментах, не связанных с людьми, повреждения могут быть созданы путем удаления участков мозга. Эти методы не обратимы, в отличие от методов исследования мозга, и не показывают точно, какой именно участок мозга выведен из строя из-за нарушения гомеостаза в головном мозге. При пермеатном поражении мозг химически корректируется и восстанавливает гомеостаз. [18] Полагаясь на естественные явления, вы не можете контролировать такие переменные, как местоположение и размер. А в случаях повреждения в нескольких областях дифференциация не является точной из-за отсутствия массовых данных.
Электродная стимуляция
[ редактировать ]Картирование кортикальной стимуляции , инвазивная хирургия головного мозга, которая исследует область коры, чтобы связать различные области с функциями. [19] Обычно возникает во время открытой операции на головном мозге, когда в определенные области вводятся электроды и проводятся наблюдения. Этот метод ограничен количеством пациентов, перенесших открытую операцию на головном мозге, которые согласились на такое экспериментирование, а также тем, какая область мозга оперируется. Также выполнено на мышах с полным охватом мозга.
Приложения
[ редактировать ]Проект человеческого мозга
[ редактировать ]Со времени «десятилетия мозга» произошел взрывной рост открытий в отношении мозга и их применения в большинстве областей медицины. В связи с этим взрывным ростом все больше признается необходимость интеграции данных различных исследований, модальностей и уровней понимания. Конкретный пример ценности крупномасштабного обмена данными был предоставлен проектом Human Brain Project .
Медицинский
[ редактировать ]Важность крупномасштабной интеграции информации о мозге для новых подходов к медицине признана. [20] Вместо того, чтобы полагаться главным образом на информацию о симптомах, для понимания того, какое лечение лучше всего подходит конкретному человеку, в конечном итоге может потребоваться сочетание информации о мозге и генах.
Поведенческий
[ редактировать ]Также ведется работа по изучению эмпатии и тенденций социального поведения, чтобы лучше понять, как эмпатия играет роль в поведенческой науке и как мозг реагирует на эмпатию, вызывает эмпатию и со временем развивает сочувствие. Объединение этих функциональных единиц, социального поведения и воздействия помогает лучше понять сложное поведение, которое создает человеческий опыт. [21]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Интегративная нейробиология: объединение биологических, психологических и клинических моделей человеческого мозга . Гордон, Эвиан. Амстердам: Издательство Harwood Academic Publishers. 2000. ISBN 9780203304761 . OCLC 567985508 .
{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ Кочубей, Борис; Треттер, Феликс; Браун, Ханс А.; Буххайм, Томас; Драгун, Андреас; Фукс, Томас; Хаслер, Феликс; Хастедт, Хайнер; Хинтербергер, Тило; Нортофф, Джордж; Рентшлер, Инго (2016). «Методологические проблемы на пути к интегративной нейронауке человека» . Границы интегративной нейронауки . 10:41 . дои : 10.3389/fnint.2016.00041 . ISSN 1662-5145 . ПМК 5126073 . ПМИД 27965548 .
- ^ Фань, Сюэ; Маркрам, Генри (07 мая 2019 г.). «Краткая история симуляционной нейронауки» . Границы нейроинформатики . 13:32 . дои : 10.3389/fninf.2019.00032 . ISSN 1662-5196 . ПМК 6513977 . ПМИД 31133838 .
- ^ Луи, АХ (2009). Больше, чем сама жизнь: синтетическое продолжение реляционной биологии . Франкфурт [Германия]: Ontos Verlag.
- ^ Шове, Гилберт (1996). Теоретические системы в биологии: иерархическая и функциональная интеграция . Оксфорд [Великобритания]: Pergamon Press.
- ^ Бжичи, С.; Познанский, Р.Р. (2013). Математическая нейронаука . Амстердам [Нидерланды]: Elsevier BV.
- ^ Спайви, MJ (2007). Непрерывность ума . Нью-Йорк [Нью-Йорк]: Издательство Оксфордского университета.
- ^ Гордон, Эвиан (июнь 2003 г.). «Интегративная нейронаука в психиатрии: роль стандартизированной базы данных». Австралазийская психиатрия . 11 (2): 156–163. дои : 10.1046/j.1039-8562.2003.00533.x . ISSN 1039-8562 . S2CID 145382687 .
- ^ Дийкстра, Надин; де Брюин, Леон (19 июля 2016 г.). «Когнитивная нейронаука и причинно-следственная связь: значение для психиатрии» . Границы в психиатрии . 7 : 129. doi : 10.3389/fpsyt.2016.00129 . ISSN 1664-0640 . ПМЦ 4949233 . ПМИД 27486408 .
- ^ Вудс, Адам Дж.; Гамильтон, Рой Х.; Кранец, Александр; Минхаус, Прит; Биксон, Маром; Ю, Джонатан; Чаттерджи, Анджан (15 мая 2014 г.). «Пространство, время и причинность в человеческом мозгу» . НейроИмидж . 92 : 285–297. doi : 10.1016/j.neuroimage.2014.02.015 . ISSN 1095-9572 . ПМК 4008651 . ПМИД 24561228 .
- ^ «Введение в FMRI — Департамент клинических нейронаук Наффилда» . www.ndcn.ox.ac.uk. Проверено 26 ноября 2019 г.
- ^ Логотетис, Никос К.; Паулс, Джон; Огат, Марк; Тринат, Торстен; Ольтерманн, Аксель (2001). «Нейрофизиологическое исследование основы сигнала фМРТ». Природа . 412 (6843): 150–157. Бибкод : 2001Natur.412..150L . дои : 10.1038/35084005 . ПМИД 11449264 . S2CID 969175 .
Наши результаты однозначно показывают, что пространственно локализованное увеличение контраста BOLD прямо и монотонно отражает увеличение нейронной активности.
- ^ Карр, Валери А.; Риссман, Джесси; Вагнер, Энтони Д. (2010). «Визуализация медиальной височной доли человека с помощью фМРТ высокого разрешения» . Нейрон . 65 (3): 298–308. дои : 10.1016/j.neuron.2009.12.022 . ПМК 2844113 . ПМИД 20159444 .
- ^ Хюттель, SA; Сонг, AW; Маккарти, Г. (2009), Функциональная магнитно-резонансная томография (2-е изд.), Массачусетс: Sinauer, ISBN 978-0-87893-286-3
- ^ Нидермейер Э.; да Силва, Флорида (2004). Электроэнцефалография: основные принципы, клиническое применение и смежные области . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-7817-5126-1
- ^ ван Дун, Ким; Бодрангьен, Флориан; Манто, Марио; Мариен, Питер (01.06.2017). «Нацеливание на мозжечок с помощью неинвазивной нейростимуляции: обзор». Мозжечок . 16 (3): 695–741. дои : 10.1007/s12311-016-0840-7 . ISSN 1473-4230 . ПМИД 28032321 . S2CID 3999098 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гроппа, С.; Оливьеро, А.; Эйзен, А.; Квартарон, А.; Коэн, LG; Молл, В.; Кэлин-Ланг, А.; Мима, Т.; Росси, С.; Толстая метла, ГВ; Россини, премьер-министр (май 2012 г.). «Практическое руководство по диагностической транскраниальной магнитной стимуляции: отчет комитета IFCN» . Клиническая нейрофизиология . 123 (5): 858–882. дои : 10.1016/j.clinph.2012.01.010 . ISSN 1388-2457 . ПМЦ 4890546 . ПМИД 22349304 .
- ^ Вайдья, Авинаш Р.; Пуджара, Майя С.; Петридес, Майкл; Мюррей, Элизабет А.; Товарищи, Лесли К. (2019). «Исследования повреждений в современной нейронауке» . Тенденции в когнитивных науках . 23 (8): 653–671. дои : 10.1016/j.tics.2019.05.009 . ПМК 6712987 . ПМИД 31279672 .
- ^ Лессер, Рональд П.; Арройо, Сантьяго; Кроун, Натан; Гордон, Барри (1998). «Моторное и сенсорное картирование лобных и затылочных долей» . Эпилепсия . 39 : С69–С80. дои : 10.1111/j.1528-1157.1998.tb05127.x . ПМИД 9637595 .
- ^ Инсел, Томас Р.; Волков, Нора Д; Лэндис, История C; Ли, Тин-Кай; Бэтти, Джеймс Ф; Просеивание, Пол (2003). «Пределы роста: почему нейробиологии нужна крупномасштабная наука» . Природная неврология . 7 (5): 426–427. дои : 10.1038/nn0504-426 . ПМИД 15114352 . S2CID 30158264 .
- ^ Хейн, Грит; Сингер, Таня (2010), «Нейронаука встречается с социальной психологией: интегративный подход к человеческой эмпатии и просоциальному поведению», Просоциальные мотивы, эмоции и поведение: лучшие ангелы нашей природы , Американская психологическая ассоциация, стр. 109–125, дои : 10.1037/12061-006 , ISBN 978-1433805462 , S2CID 142743763
