Jump to content

Когнитивная нейробиология

Когнитивная нейробиология — это научная область, которая занимается изучением биологических процессов и аспектов, лежащих в основе познания . [1] с особым акцентом на нейронные связи в мозге, которые участвуют в психических процессах . В нем рассматриваются вопросы о том, как на когнитивную деятельность влияют или контролируют ее нейронные цепи в мозге. Когнитивная нейробиология является отраслью нейробиологии и психологии , пересекающейся с такими дисциплинами, как поведенческая нейробиология , когнитивная психология , физиологическая психология и аффективная нейробиология . [2] Когнитивная нейробиология опирается на теории когнитивной науки в сочетании с данными нейробиологии и компьютерного моделирования . [2]

Части мозга играют важную роль в этой области. Нейроны играют наиболее важную роль, поскольку основная задача — установить понимание когнитивных функций с нейронной точки зрения, а также с точки зрения различных долей коры головного мозга .

Методы, используемые в когнитивной нейробиологии, включают экспериментальные процедуры психофизики и когнитивной психологии , функциональную нейровизуализацию , электрофизиологию , когнитивную геномику и поведенческую генетику .

Исследования пациентов с когнитивным дефицитом вследствие поражений головного мозга составляют важный аспект когнитивной нейробиологии. Повреждения поврежденного мозга представляют собой аналогичную отправную точку для здорового и полностью функционирующего мозга. Эти повреждения изменяют нейронные цепи в мозге и вызывают сбои в основных когнитивных процессах, таких как память или обучение . Людей, имеющих нарушения обучаемости и подобные повреждения, можно сравнить с тем, как функционируют здоровые нейронные цепи, и, возможно, сделать выводы об основе затронутых когнитивных процессов. Некоторые примеры нарушений обучаемости в мозге включают места в области Вернике, левой части височной доли и области Брокка, близкой к лобной доле. [3]

Кроме того, когнитивные способности, основанные на развитии мозга, изучаются и исследуются в рамках области когнитивной нейробиологии развития . Это показывает развитие мозга с течением времени, анализируя различия и придумывая возможные причины этих различий.

Теоретические подходы включают вычислительную нейробиологию и когнитивную психологию .

происхождение Историческое

Хронология развития области когнитивной нейробиологии
Хронология, показывающая основные достижения в науке, которые привели к появлению области когнитивной нейробиологии.

Когнитивная нейробиология — это междисциплинарная область исследований, возникшая на базе нейробиологии и психологии . [4] В этих дисциплинах есть несколько этапов, которые изменили подход исследователей к своим исследованиям и привели к тому, что эта область стала полностью признанной.

Хотя задача когнитивной нейробиологии состоит в описании нейронных механизмов, связанных с разумом, исторически она развивалась путем исследования того, как определенная область мозга поддерживает данную умственную способность. Однако первые попытки разделить мозг оказались проблематичными. Движение френологов не смогло обеспечить научное обоснование своих теорий и с тех пор было отвергнуто. Общий вид поля, означающий, что все области мозга участвуют во всех действиях. [5] также был отвергнут в результате картирования мозга, начавшегося с Хитцига и Фрича . экспериментов [6] и в конечном итоге был разработан с помощью таких методов, как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ). [7] Гештальт-теория , нейропсихология и когнитивная революция стали важными поворотными моментами в создании когнитивной нейробиологии как области, объединившей идеи и методы, которые позволили исследователям установить больше связей между поведением и его нейронными субстратами.

Истоки философии [ править ]

Философов всегда интересовал разум: «идея о том, что объяснение явления предполагает понимание механизма, ответственного за него, имеет глубокие корни в истории философии от атомных теорий в V веке до нашей эры до ее возрождения в 17 и 18 веках в трудах Галилея, Декарта и Бойля, среди прочих, это идея Декарта о том, что машины, построенные людьми, могут служить моделями научного объяснения». [8] Например, Аристотель считал, что мозг — это система охлаждения тела, а способность к разуму находится в сердце . Было высказано предположение, что первым человеком, который считал иначе, был римский врач Гален во втором веке нашей эры, который заявил, что мозг является источником умственной деятельности. [9] хотя это также было приписано Алкмеону . [10] Однако Гален считал, что личность и эмоции генерируются не мозгом, а другими органами. Андреас Везалий , анатом и врач, был первым, кто поверил, что мозг и нервная система являются центром разума и эмоций. [11] Психология , важная область когнитивной нейробиологии, возникла из философских рассуждений о разуме. [12]

19 век [ править ]

Френология [ править ]

Страница из Американского френологического журнала

Одним из предшественников когнитивной нейробиологии была френология псевдонаучный подход, утверждавший, что поведение можно определять по форме черепа . В начале 19 века Франц Йозеф Галл и И. Г. Спурцхайм считали, что человеческий мозг локализован примерно в 35 различных отделах. В своей книге «Анатомия и физиология нервной системы в целом и мозга в частности» Галл утверждал, что более крупный выступ в одной из этих областей означает, что этот участок мозга используется этим человеком чаще. Эта теория привлекла значительное внимание общественности, что привело к публикации френологических журналов и созданию френометров, которые измеряли шишки на голове человека. Хотя френология оставалась неотъемлемой частью ярмарок и карнавалов, она не получила широкого признания в научном сообществе. [13] Основная критика френологии заключается в том, что исследователи не смогли проверить теории эмпирически. [4]

Локализационистский взгляд [ править ]

Локализационистская точка зрения касалась локализации умственных способностей в определенных областях мозга, а не того, каковы были характеристики способностей и как их измерить. [4] Исследования, проведенные в Европе, например, исследования Джона Хьюлингса Джексона , подтвердили эту точку зрения. Джексон изучал пациентов с повреждением головного мозга , особенно больных эпилепсией . Он обнаружил, что пациенты с эпилепсией часто совершают одни и те же клонические и тонические движения мышц во время приступов, что заставило Джексона поверить в то, что они каждый раз вызываются активностью в одном и том же месте мозга. Джексон предположил, что определенные функции локализованы в определенных областях мозга. [14] что имело решающее значение для будущего понимания долей мозга .

Совокупное представление поля [ править ]

Согласно совокупному полю зрения, все области мозга участвуют в каждой психической функции. [5]

Пьер Флуранс , французский психолог-экспериментатор, бросил вызов локализационистской точке зрения, используя эксперименты на животных. [4] Он обнаружил, что удаление мозжечка (мозга) у кроликов и голубей влияет на их чувство мышечной координации и что все когнитивные функции у голубей нарушаются при полушарий головного мозга удалении . Из этого он пришел к выводу, что кора головного мозга , мозжечок и ствол мозга функционируют вместе как единое целое. [15] Его подход подвергся критике на том основании, что тесты были недостаточно чувствительными, чтобы выявить избирательные недостатки, если бы они присутствовали. [4]

Появление нейропсихологии [ править ]

Возможно, первые серьезные попытки локализовать психические функции в определенных участках мозга были предприняты Брока и Вернике . В основном это было достигнуто за счет изучения влияния травм различных частей мозга на психологические функции. [9] В 1861 году французский невролог Поль Брока наткнулся на человека с ограниченными возможностями, который понимал язык, но не мог говорить. Мужчина мог издавать только звук «тан». Позже выяснилось, что у мужчины была повреждена область левой лобной доли, известная теперь как зона Брока . Карл Вернике, немецкий невролог , нашел пациента, который мог говорить бегло, но бессмысленно. Пациент перенес инсульт и не мог понимать устную и письменную речь. У этого пациента было поражение в области соединения левой теменной и височной долей, теперь известной как зона Вернике . Эти случаи, свидетельствующие о том, что поражения вызывают специфические изменения в поведении, решительно подтверждают локализационистскую точку зрения. Кроме того, афазия — это расстройство обучения, которое также было обнаружено Полем Брока. По данным Медицинской школы Джонса Хопкинса, афазия — это языковое расстройство, вызванное повреждением определенной области мозга, которая контролирует выражение и понимание речи. [16] Это часто может привести к тому, что человек произносит слова без смысла, известные как «словесный салат». [17]

Картирование мозга [ править ]

В 1870 году немецкие врачи Эдуард Хитциг и Густав Фрич опубликовали свои выводы о поведении животных. Хитциг и Фрич пропускали электрический ток через кору головного мозга собаки, заставляя сокращаться разные мышцы в зависимости от того, какие области мозга подвергались электрической стимуляции. Это привело к предположению, что отдельные функции локализованы в определенных областях мозга, а не в головном мозге в целом, как предполагает взгляд на совокупное поле. [6] Бродманн также был важной фигурой в картировании мозга; его эксперименты, основанные на методах окрашивания тканей Франца Ниссля, разделили мозг на пятьдесят две области.

20 век [ править ]

революция Когнитивная

В начале 20-го века взгляды в Америке характеризовались прагматизмом, что привело к предпочтению бихевиоризма как основного подхода в психологии . Дж. Б. Уотсон был ключевой фигурой в своем подходе «стимул-реакция». Проводя эксперименты на животных, он стремился получить возможность предсказывать и контролировать поведение. Бихевиоризм в конечном итоге потерпел неудачу, потому что он не мог обеспечить реалистичную психологию человеческих действий и мыслей – он сосредоточился в первую очередь на ассоциациях стимул-реакция в ущерб объяснению таких явлений, как мышление и воображение. Это привело к тому, что часто называют «когнитивной революцией». [18]

Учение о нейронах [ править ]

В начале 20 века Сантьяго Рамон-и-Кахаль и Камилло Гольджи начали работать над структурой нейрона. Гольджи разработал метод окрашивания серебром , который мог полностью окрасить несколько клеток в определенной области, что привело его к мысли, что нейроны напрямую связаны друг с другом в одной цитоплазме. Кахаль оспорил эту точку зрения после того, как окрасил участки мозга, в которых было меньше миелина, и обнаружил, что нейроны представляют собой отдельные клетки. Кахаль также обнаружил, что клетки передают электрические сигналы по нейрону только в одном направлении. И Гольджи, и Кахаль были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1906 году за работу по доктрине нейронов. [19]

Середина-конец 20 века [ править ]

Некоторые открытия 20-го века продолжали продвигать эту область, такие как открытие столбцов доминирования глаз , запись отдельных нервных клеток у животных и координация движений глаз и головы. Экспериментальная психология также сыграла важную роль в создании когнитивной нейробиологии. Некоторые особенно важные результаты заключались в демонстрации того, что некоторые задачи выполняются посредством дискретных этапов обработки, изучения внимания, [20] [21] и представление о том, что поведенческие данные сами по себе не предоставляют достаточно информации для объяснения психических процессов. В результате некоторые психологи-экспериментаторы начали исследовать нейронные основы поведения. Уайлдер Пенфилд создал карты первичных сенсорных и моторных областей мозга, стимулируя кору пациентов во время операции. Работа Сперри и Газзаниги над пациентами с расщеплением мозга в 1950-х годах также сыграла важную роль в прогрессе в этой области. [9] Сам термин «когнитивная нейробиология» был придуман Газзанигой и когнитивным психологом Джорджем Армитиджем Миллером, когда они ехали в такси в 1976 году. [22]

Картирование мозга [ править ]

Новые технологии картирования мозга, в частности фМРТ и ПЭТ , позволили исследователям исследовать экспериментальные стратегии когнитивной психологии, наблюдая за работой мозга. Хотя это часто считают новым методом (большая часть технологий появилась сравнительно недавно), основной принцип заложен еще в 1878 году, когда кровоток впервые был связан с функцией мозга. [7] Анджело Моссо , итальянский психолог XIX века, отслеживал пульсации мозга взрослого человека через нейрохирургически созданные костные дефекты в черепах пациентов. Он отметил, что когда испытуемые выполняли такие задачи, как математические расчеты, пульсации мозга локально усиливались. Такие наблюдения привели Моссо к выводу, что кровоток мозга зависит от его функции. [7]

Появление новой дисциплины [ править ]

Рождение когнитивной науки

масштабная встреча когнитивистов состоялась 11 сентября 1956 года в Массачусетском технологическом институте . Джордж А. Миллер представил свою статью « Магическое число семь, плюс-минус два ». [23] а Ноам Хомский и Ньюэлл и Саймон представили свои открытия в области информатики . Ульрик Нейссер прокомментировал многие открытия, сделанные на этой встрече, в своей книге «Когнитивная психология» 1967 года . Термин «психология» пришел в упадок в 1950-х и 1960-х годах, в результате чего эту область стали называть «когнитивной наукой». Бихевиористы, такие как Миллер, начали концентрироваться на репрезентации языка, а не на общем поведении. Дэвид Марр пришел к выводу, что любой когнитивный процесс следует понимать на трех уровнях анализа. Эти уровни включают вычислительный, алгоритмический/представительный и физический уровни анализа. [24]

нейробиологии и когнитивной Объединение науки

До 1980-х годов взаимодействие между нейробиологией и когнитивной наукой было скудным. [25] Когнитивная нейробиология начала интегрировать недавно заложенную теоретическую основу когнитивной науки, возникшую между 1950-ми и 1960-ми годами, с подходами экспериментальной психологии, нейропсихологии и нейробиологии. (Нейронаука не была признана единой дисциплиной до 1971 года. [26] ). Говорят, что в конце 1970-х годов нейробиолог Майкл С. Газзанига и когнитивный психолог Джордж А. Миллер впервые ввели термин «когнитивная нейробиология». [27] В самом конце 20-го века появились новые технологии, которые сейчас составляют основу методологии когнитивной нейробиологии, включая ТМС (1985) и фМРТ (1991). Более ранние методы, используемые в когнитивной нейробиологии, включают ЭЭГ (ЭЭГ человека, 1920 г.) и МЭГ (1968 г.). Иногда когнитивные нейробиологи используют другие методы визуализации мозга, такие как ПЭТ и ОФЭКТ . Будущим методом нейробиологии является NIRS , который использует поглощение света для расчета изменений окси- и дезоксигемоглобина в областях коры. У некоторых животных единичную запись можно использовать . Другие методы включают микронейрографию , лицевую ЭМГ и отслеживание глаз . Интегративная нейробиология пытается консолидировать данные в базах данных и сформировать единые описательные модели из различных областей и масштабов: биологии, психологии, анатомии и клинической практики. [28]

Обзор АРТМАП

Теория адаптивного резонанса ( АРТ ) — это теория когнитивной нейробиологии, разработанная Гейл Карпентер и Стивеном Гроссбергом в конце 1970-х годов по аспектам того, как мозг обрабатывает информацию . В нем описывается ряд моделей искусственных нейронных сетей , которые используют контролируемые и неконтролируемые методы обучения и решают такие проблемы, как распознавание и прогнозирование образов . [29]

В 2014 году Станислас Деэн , Джакомо Риццолатти и Тревор Роббинс были награждены Премией мозга «за новаторские исследования высших механизмов мозга, лежащих в основе таких сложных функций человека, как грамотность, умение считать, мотивированное поведение и социальное познание, а также за их усилия понять когнитивные и социальные процессы». поведенческие расстройства». [30] Бренда Милнер , Маркус Рэйкл и Джон О’Киф получили премию Кавли в области нейробиологии «за открытие специализированных мозговых сетей для памяти и познания». [31] и О'Киф разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в том же году с Мэй-Бритт Мозер и Эдвардом Мозером «за открытие клеток, которые составляют систему позиционирования в мозге». [32]

В 2017 году Вольфрам Шульц , Питер Даян и Рэй Долан были удостоены премии Brain Prize «за междисциплинарный анализ механизмов мозга, связывающих обучение с вознаграждением, что имеет далеко идущие последствия для понимания человеческого поведения, включая расстройства принятия решений в такие состояния, как азартные игры, наркомания, компульсивное поведение и шизофрения»., [33]

тенденции Последние

Недавно фокус исследований расширился от локализации областей мозга для выполнения определенных функций во взрослом мозге с использованием единой технологии. Исследования расходились в нескольких направлениях: изучение взаимодействия между различными областями мозга, использование множества технологий и подходов для понимания функций мозга, а также использование вычислительных подходов. [34] Достижения в области неинвазивной функциональной нейровизуализации и связанных с ней методов анализа данных также позволили использовать в высшей степени натуралистичные стимулы и задачи, такие как художественные фильмы, изображающие социальные взаимодействия, в исследованиях когнитивной нейробиологии. [35]

Еще одна недавняя тенденция в когнитивной нейробиологии — использование оптогенетики для изучения функций цепей и их поведенческих последствий. [36]

Темы [ править ]

Методы [ править ]

К экспериментальным методам относятся:

Известные люди [ править ]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Газзанига, Иври и Мангун 2002, ср. титул.
  2. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Газзанига 2002, с. xv
  3. ^ «Нарушение обучаемости | МОЗГ» . www.brainaacn.org . Проверено 27 апреля 2022 г.
  4. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Кослин С. М. и Андерсен Р. А. (1992). Границы когнитивной нейробиологии. Кембридж, Массачусетс: MIT Press.
  5. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Корделия Эриксон-Дэвис. «Тренинг нейробиоуправления при паркинсоническом треморе и брадикинезии» (PDF) . Проверено 23 мая 2013 г.
  6. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Фрич, Г.; Хитциг, Э. (июнь 2009 г.). «Электрическая возбудимость головного мозга». Эпилепсия и поведение . 15 (2): 123–130. дои : 10.1016/j.yebeh.2009.03.001 . ПМИД   19457461 . S2CID   40594131 .
  7. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Рэйхл, Маркус Э. (2009). «Краткая история картирования человеческого мозга». Тенденции в нейронауках . 32 (2): 118–126. дои : 10.1016/j.tins.2008.11.001 . ПМИД   19110322 . S2CID   205403489 .
  8. ^ Сирджованни, Элизабетта (2009). «Механистический подход к психиатрической классификации» (PDF) . Диалоги в философии, ментальных и нейронауках . 2 (2): 45–49.
  9. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Уттал, Уильям Р. (2011). Разум и мозг: критическая оценка когнитивной нейронауки . МТИ Пресс. ISBN  978-0-262-29803-2 . [ нужна страница ]
  10. ^ Гросс, Чарльз Г. (июль 1995 г.). «Аристотель о мозге». Нейробиолог . 1 (4): 245–250. дои : 10.1177/107385849500100408 . S2CID   146717837 .
  11. ^ Смит, CUM (январь 2013 г.). «Кардиоцентрическая нейрофизиология: устойчивость заблуждений». Журнал истории нейронаук . 22 (1): 6–13. дои : 10.1080/0964704X.2011.650899 . ПМИД   23323528 . S2CID   34077852 .
  12. ^ Хэтфилд, Гэри (июнь 2002 г.). «Психология, философия и когнитивная наука: размышления об истории и философии экспериментальной психологии». Разум и язык . 17 (3): 207–232. дои : 10.1111/1468-0017.00196 .
  13. ^ Bear, Connors & Paradiso 2007 , стр. 10–11.
  14. ^ Энерсен, ОД, 2009 г.
  15. ^ Боринг, Э.Г. (1957). История экспериментальной психологии. Нью-Йорк.
  16. ^ «Афазия» . www.hopkinsmedicine.org . Проверено 27 апреля 2022 г.
  17. ^ «Область Вернике | Определение, местоположение, функции и факты | Британника» . www.britanica.com . Проверено 27 апреля 2022 г.
  18. ^ Мандлер, Джордж (2002). «Истоки когнитивной (р)эволюции» . Журнал истории поведенческих наук . 38 (4): 339–353. дои : 10.1002/jhbs.10066 . ПМИД   12404267 . S2CID   38146862 .
  19. ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине 1906 года» .
  20. ^ Карраско, Мариса (2011). «Визуальное внимание: последние 25 лет» . Исследование зрения . 51 (13): 1484–1525. дои : 10.1016/j.visres.2011.04.012 . ПМК   3390154 . ПМИД   21549742 .
  21. ^ Кастнер, Сабина; Унгерлейдер, Лесли Г. (2000). «Механизмы зрительного внимания в коре головного мозга человека». Ежегодный обзор неврологии . 23 : 315–41. дои : 10.1146/annurev.neuro.23.1.315 . ПМИД   10845067 . S2CID   11869810 .
  22. ^ Газзанига, Майкл (1984). "Предисловие". Справочник по когнитивной нейронауке . стр. VII.
  23. ^ Миллер (1956). «Магическое число семь плюс-минус два: некоторые ограничения нашей способности обрабатывать информацию». Психологический обзор . 63 (2): 81–97. CiteSeerX   10.1.1.308.8071 . дои : 10.1037/h0043158 . ПМИД   13310704 . S2CID   15654531 .
  24. ^ «Подходы в когнитивной психологии» . ЮнгМиндед .
  25. ^ недоступно, [1] недоступно
  26. ^ Общество неврологии. Дата первого собрания Общества нейронаук
  27. ^ «О ЦНС» . Общество когнитивных нейронаук . Проверено 25 июня 2023 г.
  28. ^ «Рост психологии как науки – зарождение психологии» . www.boundless.com . Архивировано из оригинала 28 июня 2013 года . Проверено 6 июня 2022 г.
  29. ^ Карпентер, Г.А., Гроссберг, С., и Рейнольдс, Дж.Х. (1991), ARTMAP: контролируемое обучение в реальном времени и классификация нестационарных данных с помощью самоорганизующейся нейронной сети. Архивировано 19 мая 2006 г. в Wayback Machine , нейронные сети. , 4, 565-588
  30. ^ «Мозговая премия» . Архивировано из оригинала 5 сентября 2015 г. Проверено 10 ноября 2015 г.
  31. ^ «Лауреаты премии Кавли 2014 года в области нейробиологии» . 30 мая 2014 г.
  32. ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине 2014» . NobelPrize.org .
  33. ^ Галлагер, Джеймс (6 марта 2017 г.). «Ученые получили премию за исследования мозга» . Би-би-си . Проверено 6 марта 2017 г.
  34. ^ Такео, Ватанабэ. «Редакционный обзор когнитивной нейробиологии» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 декабря 2012 г. Проверено 1 декабря 2011 г.
  35. ^ Хэссон, Ури; и др. (2004). «Межсубъектная синхронизация корковой активности при естественном зрении». Наука . 303 (5664): 1634–1640. Бибкод : 2004Sci...303.1634H . дои : 10.1126/science.1089506 . ПМИД   15016991 . S2CID   12688628 .
  36. ^ Пама, Е.А. Клаудия; Колзато, Лоренца С.; Хоммель, Бернхард (6 сентября 2013 г.). «Оптогенетика как инструмент нейромодуляции в когнитивной нейробиологии» . Границы в психологии . 4 : 610. doi : 10.3389/fpsyg.2013.00610 . ПМЦ   3764402 . ПМИД   24046763 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Связанные викикниги

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 88609519485c1de65781bd999992ccfd__1709036520
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/88/fd/88609519485c1de65781bd999992ccfd.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Cognitive neuroscience - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)