Нейрофизика
Нейрофизика (или нейробиофизика ) — раздел биофизики, занимающийся разработкой и использованием физических методов для получения информации о нервной системе . Нейрофизика — это междисциплинарная наука, использующая физику и объединяющая ее с другими нейронауками для лучшего понимания нервных процессов.Используемые методы включают методы экспериментальной биофизики и другие физические измерения, такие как ЭЭГ. [1] в основном для изучения электрических , механических или жидкостных свойств, а также теоретических и вычислительных подходов . [2] Термин «нейрофизика» представляет собой смесь слов « нейрон » и « физика ».
Среди других примеров - теоретизация эктопических потенциалов действия в нейронах с использованием расширения Крамерса-Мойала. [3] и описание физических явлений, измеряемых во время ЭЭГ, в дипольном приближении [1] используйте нейрофизику, чтобы лучше понять нейронную активность.
Другой совершенно отличный теоретический подход рассматривает нейроны как обладающие энергией взаимодействия модели Изинга и исследует физические последствия этого для различных топологий дерева Кэли и больших нейронных сетей . В 1981 году точное решение для замкнутого дерева Кэли (с петлями) было получено Питером Бартом для произвольного коэффициента ветвления. [4] и обнаружено необычное при фазовом переходе. поведение [5] в его локальных вершинных и дальних корреляциях между сайтами, что позволяет предположить, что возникновение структурно детерминированных и зависящих от связности кооперативных явлений может играть значительную роль в больших нейронных сетях.
Техника записи [ править ]
Старые методы регистрации активности мозга с использованием физических явлений уже широко распространены в исследованиях и медицине . Электроэнцефалография (ЭЭГ) использует электрофизиологию для измерения электрической активности мозга. Этот метод, с помощью которого Ганс Бергер впервые зарегистрировал электрическую активность мозга человека в 1924 году, [6] является неинвазивным и использует электроды, помещаемые на кожу головы пациента для регистрации активности мозга. Основанная на том же принципе, электрокортикография (ЭКоГ) требует краниотомии для регистрации электрической активности непосредственно в коре головного мозга .
В последние десятилетия физики придумали технологии и устройства для изображения мозга и его активности. Метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), открытый Сэйдзи Огавой в 1990 году, [7] выявляет изменения кровотока внутри мозга. Основываясь на существующей методике медицинской визуализации магнитно-резонансной томографии (МРТ) и на связи между нейронной активностью и мозговым кровотоком, этот инструмент позволяет ученым изучать деятельность мозга, когда она запускается контролируемой стимуляцией. Другой метод, двухфотонная микроскопия (2P), изобретенный Винфридом Денком (за который он был удостоен премии Brain Prize в 2015 году). [8] ), Джон Х. Стриклер и Уотт В. Уэбб в 1990 году в Корнельском университете , [9] использует флуоресцентные белки и красители для изображения клеток мозга . Этот метод сочетает в себе двухфотонное поглощение, впервые предложенное Марией Гепперт-Майер в 1931 году, с лазерами. Сегодня этот метод широко используется в исследованиях и часто сочетается с генной инженерией для изучения поведения нейронов определенного типа .
Теории сознания [ править ]
Сознание до сих пор остается неизвестным механизмом, и теоретикам еще предстоит выдвинуть физические гипотезы, объясняющие его механизмы. Некоторые теории опираются на идею о том, что сознание можно объяснить нарушениями в электромагнитном поле головного мозга , генерируемыми потенциалами действия, запускаемыми во время активности мозга. [10] Эти теории называются электромагнитными теориями сознания . Другая группа гипотез предполагает, что сознание можно объяснить не с помощью классической динамики , а с помощью квантовой механики и ее явлений. Эти гипотезы сгруппированы в идею квантового разума и были впервые выдвинуты Юджином Вигнером .
Институты нейрофизики [ править ]
- Лаборатория теоретической нейрофизики Бременского университета
- Отделение нейрофизики Института Макса Планка
- Центр функционально-интегративной нейронауки, группа нейрофизики, Орхусский университет
- Центр нейрофизики В.М. Кека, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе
- Программа нейрофизики, Университет штата Джорджия
- Нейрофизика в Институте неврологии Лондонского университетского колледжа
- Нейрофизика в Университете Радбауд, Университет Радбауд, Неймеген, Нидерланды
Награды [ править ]
Среди списка премий, которые награждают нейрофизиков за вклад в неврологию и смежные области, наиболее заметной является Премия мозга , последними лауреатами которой являются Адриан Бёрд и Худа Зогби за «их новаторскую работу по картированию и пониманию эпигенетической регуляции мозга и для идентификации гена, вызывающего синдром Ретта». [11] Другими наиболее значимыми премиями, которые могут быть присуждены нейрофизику, являются: Премия НАН в области нейронаук , Премия Кавли и в некоторой степени Нобелевская премия по физиологии и медицине . Можно отметить, что Нобелевская премия была присуждена учёным, разработавшим методы, которые внесли большой вклад в лучшее понимание нервной системы, таким как Неер и Сакманн в 1991 году за пластырь-зажим , а также Лаутербур и Мэнсфилд за их работу по магнитному излучению. резонансная томография (МРТ) в 2003 году.
См. также [ править ]
- Потенциал действия - Нейронная связь с помощью электрических импульсов.
- Мозг – центральный орган нервной системы.
- Биофизика - Исследование биологических систем с использованием методов физических наук.
- Электротехника – Отрасль машиностроения
- Электрофизиология - Исследование электрических свойств биологических клеток и тканей.
- Молекулярная нейробиология - Отделение нейробиологии
- Нейронная инженерия - Дисциплина биомедицинской инженерии.
- Нейровизуализация - набор методов для измерения и визуализации аспектов нервной системы.
- Нейрофизиология - Исследование нейронов.
- Нейронаука - Научное исследование нервной системы.
- Психофизика - отрасль знаний, связанная с физическими стимулами и психологическим восприятием.
- Квантовый разум – Граничная гипотеза
- Солитонная модель в нейробиологии
Книги [ править ]
- Вульфрам Герстнер и Вернер М. Кистлер, Модели импульсных нейронов, одиночные нейроны, популяции, пластичность, издательство Кембриджского университета (2002). Архивировано 24 марта 2019 г. в Wayback Machine. ISBN 0-521-89079-9 ISBN 0-521-81384-0
- Олвин Скотт, Нейронаука: математический учебник, Birkhäuser (2002) ISBN 0-387-95403-1
- Грабен, Питер; Чжоу, Чансун; Тиль, Марко; Куртс, Юрген (2008), «Основы нейрофизики», Лекции по супервычислительной нейронауке , Берлин, Гейдельберг: Springer , стр. 3–48, Бибкод : 2008lsn..book.....G , doi : 10.1007/978-3 -540-73159-7 , ISBN 978-3-540-73159-7
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Нуньес, Майкл; Нуньес, Пол; Шринивасан, Рамеш (01 января 2016 г.), Электроэнцефалография (ЭЭГ): нейрофизика, экспериментальные методы и обработка сигналов , стр. 175–197, ISBN 9781482220971 , получено 30 июня 2018 г.
- ^ «Философия процесса» . Стэнфордская энциклопедия философии . Лаборатория метафизических исследований Стэнфордского университета. 2022.
- ^ Фрэнк, Т.Д. (8 января 2007 г.). «Разложение Крамерса – Мойала для стохастических дифференциальных уравнений с одинарными и множественными задержками: приложения к финансовой физике и нейрофизике» . Буквы по физике А. 360 (4): 552–562. Бибкод : 2007PhLA..360..552F . doi : 10.1016/j.physleta.2006.08.062 . ISSN 0375-9601 .
- ^ Барт, Питер Ф. (1981). «Кооперативность и переходное поведение больших нейронных сетей». Магистерская диссертация . Берлингтон: Университет Вермонта: 1–118.
- ^ Кризан, Дж. Э.; Барт, ПФ ; Глассер, ML (1983). «Точные фазовые переходы для модели Изинга на замкнутом дереве Кэли». Физика . 119А . Издательство Северной Голландии: 230–242. дои : 10.1016/0378-4371(83)90157-7 .
- ^ Хаас, Л. (2003). «Ганс Бергер (1873–1941), Ричард Катон (1842–1926) и электроэнцефалография» . Журнал неврологии, нейрохирургии и психиатрии . 74 (1): 9. дои : 10.1136/jnnp.74.1.9 . ISSN 0022-3050 . ПМК 1738204 . ПМИД 12486257 .
- ^ Огава, С.; Ли, ТМ; Наяк, А.С.; Глинн, П. (1990). «Кислородочувствительный контраст на магнитно-резонансном изображении мозга грызунов в сильных магнитных полях» . Магнитный резонанс в медицине . 14 (1): 68–78. дои : 10.1002/mrm.1910140108 . ISSN 0740-3194 . ПМИД 2161986 . S2CID 12379024 .
- ^ «Лаборатория Nokia Bell: нейрофизические исследования» . www.bell-labs.com . Проверено 16 ноября 2020 г.
- ^ Денк, В.; Стриклер, Дж.; Уэбб, В. (1990). «Двухфотонная лазерная сканирующая флуоресцентная микроскопия». Наука . 248 (4951): 73–76. Бибкод : 1990Sci...248...73D . дои : 10.1126/SCIENCE.2321027 . ПМИД 2321027 . S2CID 18431535 .
- ^ Макфадден, Дж. (1 января 2013 г.). «Теория поля CEMI, замыкающая цикл» . Журнал исследований сознания: противоречия в науке и гуманитарных науках . 20 (1–2): 153–168. ISSN 1355-8250 .
- ^ «Анонс премии The Brain Prize 2020» . Лундбекфонден . Проверено 29 октября 2020 г.
