Интегративная нейробиология - Integrative neuroscience

Интегративная нейробиология - это исследование нейробиологии, которое работает над объединением данных функциональной организации для лучшего понимания сложных структур и поведения. Взаимосвязь между структурой и функцией, а также то, как области и функции связаны друг с другом. Различные части мозга выполняют разные задачи, взаимодействуя друг с другом, обеспечивая сложное поведение. Интегративная нейробиология работает, чтобы заполнить пробелы в знаниях, которые в значительной степени могут быть достигнуты с помощью обмена данными, для создания понимания систем, которые в настоящее время применяются в симуляции нейробиологии : компьютерное моделирование мозга, которое объединяет функциональные группы вместе.

Обзор

Корни интегративной нейробиологии берут начало в школе реляционной биологии Рашевского-Розена, которая характеризует функциональную организацию математически, абстрагируясь от структуры (т.е. физики и химии). Он был дополнительно расширен Шове, который ввел иерархическую и функциональную интеграцию.

Иерархическая интеграция является структурной, включающей пространственно-временную динамическую непрерывность в евклидовом пространстве, чтобы вызвать функциональную организацию, а именно.

Иерархическая организация + Иерархическая интеграция = Функциональная организация

Однако функциональная интеграция является реляционной, и поэтому для этого требуется топология, не ограниченная евклидовым пространством, а занимающая векторные пространства. Это означает, что для любой данной функциональной организации методы функционального анализа позволяют отображать реляционную организацию с помощью функциональной интеграции, а именно: .

Функциональная организация + Функциональная интеграция = Организация отношений

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. Относительная организация отбрасывает материю; «функция диктует структуру», следовательно, материальные аспекты влекут за собой, в то время как в редукционизме причинная связь между структурой и динамикой влечет за собой функцию, которая устраняет функциональную интеграцию, потому что в структуре отсутствует причинное следствие иерархической интеграции в мозгу.

Если интегративная нейробиология изучается с точки зрения функциональной организации иерархических уровней, то она определяется как причинное следствие иерархической интеграции в мозгу. Если это изучать с точки зрения организации отношений, то это определяется как семантическое следствие функциональной интеграции в мозгу.

Он направлен на представление исследований функциональной организации конкретных систем мозга в масштабе через иерархическую интеграцию, ведущую к типичному для вида поведению в нормальных и патологических состояниях. Таким образом, интегративная нейробиология стремится к единому пониманию функций мозга в разных масштабах.

Тезис Спайви о непрерывности разума расширяет интегративную нейробиологию до области психологии непрерывности.

Мотивация

По мере накопления данных он попадает в соответствующие специализации с очень небольшим перекрытием. С созданием стандартизированной интегрированной базы данных нейробиологических данных можно создать статические модели, которые в противном случае были бы невозможны, например, понимание и лечение психических расстройств.

Он обеспечивает основу для объединения огромного разнообразия специальностей современной нейробиологии , в том числе

Это разнообразие неизбежно, но, возможно, оно создало пустоту: игнорирование главной роли нервной системы в обеспечении выживания и процветания животного. Интегративная нейробиология стремится заполнить эту кажущуюся пустоту.

Экспериментальные методы

Выявление различных областей мозга с помощью методов корреляции и причинно-следственных связей в совокупности обеспечивает общую функцию мозга и карту местоположения. Использование разных данных, собранных с помощью разных методов, в совокупности позволяет лучше понять взаимосвязь и целостность мозга.

Корреляция

Связь между состояниями мозга и поведенческими состояниями. Наблюдается через пространственные и временные различия. Эта точка в мозгу находится под воздействием действия или стимула, а также времени реакции. Для этого используются такие инструменты, как фМРТ и ЭЭГ, более подробная информация представлена ​​ниже.

Функциональная магнитно-резонансная томография

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) измеряет кислородно-зависимый ответ (жирный шрифт) с использованием магнитного резонанса для наблюдения за областями крови, насыщенными кислородом . Активные области связаны с усилением кровотока, представляя корреляционную связь. Пространственная локализация фМРТ позволяет получать точную информацию вплоть до ядер и областей Бродмана . Некоторые виды деятельности, такие как зрительная система, настолько быстры, длятся всего доли секунды, в то время как другие функции мозга могут занять дни или месяцы, например память. ФМРТ измеряет в секундах, что затрудняет измерение чрезвычайно быстрых процессов.

Электроэнцефалография

Электроэнцефалография (ЭЭГ) позволяет увидеть электрическую активность мозга с течением времени, может измерять только представленные ответы на стимулы, стимулы, которые предъявляет экспериментатор. Он использует электродные датчики, размещенные на поверхности черепа, для измерения синхронного срабатывания нейронов. Это не может быть определенная активность, вызванная стимулами, только корреляция между данной функцией и областью мозга. ЭЭГ измеряет общие изменения в обширных регионах, не имея специфики.

Причинный

Активность мозга напрямую вызвана стимуляцией определенной области, что доказано экспериментально.

ТМС

TMS ( транскраниальная магнитная стимуляция ) использует магнитную катушку, испускающую всплеск магнитного поля, который активировал активность в определенной области мозга. Это полезно для возбуждения определенной области коры головного мозга и регистрации MEP (моторных вызванных потенциалов), возникающих в результате. Это дает определенные причинно-следственные связи, но ограничивается корой головного мозга, что делает невозможным проникновение глубже поверхности мозга.

Исследования повреждений

Когда у пациентов есть естественные поражения, это возможность наблюдать, как поражение в данной области влияет на функциональность. Или в экспериментах, не связанных с человеком, поражения могут быть созданы путем удаления участков мозга. Эти методы необратимы, в отличие от методов исследования мозга, и не позволяют точно показать, какие участки мозга отключены из-за нарушения гомеостаза в головном мозге. При поражении пермеатом мозг химически регулируется и восстанавливает гомеостаз. Опираясь на естественные явления, мы практически не можем контролировать такие переменные, как местоположение и размер. А в случаях с повреждениями в нескольких областях дифференциация не является однозначной из-за отсутствия массовых данных.

Электродная стимуляция

Картирование корковой стимуляции , инвазивная операция на головном мозге, при которой исследуется область коры головного мозга, чтобы связать различные области с функциями. Обычно возникает во время открытых операций на головном мозге, когда электроды вводятся в определенные области и проводятся наблюдения. Этот метод ограничен количеством пациентов, перенесших открытую операцию на головном мозге, которые согласны на такие эксперименты, и тем, какая область мозга оперируется. Также выполняется на мышах с полным диапазоном действия над мозгом.

Приложения

Проект человеческого мозга

Со времен «десятилетия мозга» произошел всплеск открытий, касающихся мозга, и их применения в большинстве областей медицины. В связи с этим взрывным ростом потребность в интеграции данных по исследованиям, модальностям и уровням понимания становится все более очевидной. Конкретный пример ценности крупномасштабного обмена данными был предоставлен проектом Human Brain Project .

Медицинский

Признана важность крупномасштабной интеграции информации мозга для новых подходов к медицине. Вместо того, чтобы полагаться в основном на информацию о симптомах, в конечном итоге может потребоваться комбинация информации о мозге и генах для понимания того, какое лечение лучше всего подходит для конкретного человека.

Поведенческий

Также ведется работа по изучению тенденций эмпатии и социального поведения, чтобы лучше понять, какую роль эмпатия играет в поведенческой науке и как мозг реагирует на эмпатию, производит эмпатию и развивает эмпатию с течением времени. Объединение этих функциональных единиц и социального поведения и воздействия помогает лучше понять сложное поведение, которое создает человеческий опыт.

использованная литература

внешние ссылки