Нейронау́ка (англ. Neuroscience, нім. Neurowissenschaften) — комплекс наукових дисциплін, які займаються вивченням нервової системи на різних рівнях, від молекулярного до рівня цілого організму. Нейронаука з'явилася як галузь біології та згодом набула інтердисциплінарного статусу на перетині біології, медицини, психології, хімії, біоінженерії, інформатики, кібернетики, математики і мовознавства. Розширення поля дослідження нейронауки поєднується зі зростанням різноманітності концептуальних і методологічних підходів.
В Україні з 1998 року діє Українське товариство нейронаук, що об'єднує більше 100 науковців.
Термін «нейронаука»
Термін «нейронаука» з’явився в англосаксонському світі в 60-их роках минулого століття на позначення галузі біологічної науки, яка займається дослідженням нервової системи, зокрема за допомогою електрофізіологічних методів. Особливого розголосу ці дослідження набули після присудження в 1981 році Нобелівської премії Девіду Х'юбелу та Торстену Візелу (див. Книжку Х’юбела «Око, мозок, зір»).
Сучасна нейронаука
Наукове дослідження нервової системи значно розвинулось в другій половині ХХ століття, в основному завдяки досягненням в галузях молекулярної біології, електрофізіології та комп’ютерної неврології. Це дозволило вивчати нервову систему в усіх її аспектах: фізіологічну будову, функціонування, розвиток, паталогії у функціонуванні, і як вона може бути змінена. Наприклад, стало можливим досить докладно розібратися в складних процесах функціонування клітини нейрона. Нейрони є клітинами, що спеціалізовані для передачі сигналів. Вони мають можливість передавати сигнали іншим нейронам та клітинам іншого типу через спеціалізовані з’єднання — так звані синапси, за допомогою яких електричні або електрохімічні сигнали можуть передаватися від однієї клітини до іншої. Нейрони мають довгі тонкі ниткоподібні паростки протоплазми — аксони, які можуть простягатися до віддалених частин організму і здатні швидко передавати електричні імпульси, що впливають на активність інших нейронів, м'язів, або залоз. Нервова система побудована з сукупності нейронів, які з'єднані між собою.
У хребетних тварин нервова система умовно поділяється на дві частини: центральну нервову систему (головний та спинний мозок) і периферичну нервову систему. У багатьох видів, у тому числі всіх хребетних, нервова система є найбільш складною системою органів в організмі, причому найскладнішою частиною є головний мозок. Один тільки людський мозок містить близько ста мільярдів нейронів і ста триліонів синапсів; він складається з тисяч окремих підструктур, що з'єднані одна з одною у синаптичні мережі. Принцип роботи цих хитросплетіннь наука тільки почала розгадувати. Більшість з приблизно 20-25,000 генів, з яких складається геном людини несуть в собі інформацію, зокрема, про будову головного мозку. Завдяки гнучкості будови мозку, структура його синапсів і виконання ними конкретних функцій змінюються протягом життя.
Розуміння біологічної основи навчання, пам’яті, поведінки, сприйняття та свідомості було описано Еріком Кенделом, лауреатом Нобелівської премії з медицини та фізіології 2000-го року, як «епічний виклик» біологічних наук. Ерік Кендел отримав Нобелівську премію за дослідження, що показало, як нейромедіатори через вторинні посередники і фосфорилювання білків забезпечують формування короткотривалої та довготривалої пам'яті.
Молекулярна та клітинна нейронаука
Основні питання молекулярної нейронауки включають механізми, за допомогою яких нейрони виражають молекулярні сигнали та реагують на них, а також те, як аксони формують складні схеми. На цьому рівні інструменти молекулярної біології та генетики використовуються для розуміння того, як розвиваються нейрони та як генетичні зміни впливають на біологічні функції. Морфологія, молекулярна ідентичність і фізіологічні характеристики нейронів і те, як вони пов'язані з різними типами поведінки, також становлять значний інтерес.
Питання клітинної нейронауки включають механізми того, як нейрони обробляють сигнали фізіологічно та електрохімічно. Ці запитання включають те, як сигнали обробляються нейритами та сомами, та як нейромедіатори та електричні сигнали використовуються для обробки інформації в нейроні. Нейрити — це тонкі відростки тіла нейронної клітини, що складаються з дендритів (спеціалізованих для отримання синаптичних сигналів від інших нейронів) і аксонів (спеціалізованих для проведення нервових імпульсів, які називаються потенціалами дії). Соми є клітинними тілами нейронів і містять ядро.
Іншим важливим напрямком клітинної нейронауки є дослідження розвитку нервової системи. Питання включають структурування та регіоналізацію нервової системи, розвиток аксонів і дендритів, трофічні взаємодії, утворення синапсів і застосування фрактонів у нейронних стовбурових клітинах , диференціювання нейронів і глії (нейрогенез і гліогенез), а також нейрональні міграцї.
Обчислювальне нейрогенетичне моделювання стосується розробки динамічних нейронних моделей для моделювання функцій мозку щодо генів і динамічної взаємодії між генами.
Нейронні ланцюги та системи
Питання системної нейронауки включають питання про те, як нейронні ланцюги формуються та використовуються анатомічно та фізіологічно для створення таких функцій, як рефлекси, мультисенсорна інтеграція, рухова координація, циркадні ритми, емоційні реакції, навчання, пам'ять та свідомість. Іншими словами, вони розглядають, як ці нейронні ланцюги функціонують у великомасштабних мережах мозку, і механізми, за допомогою яких генерується поведінка. Наприклад, аналіз системного рівня стосується питань, що стосуються конкретних сенсорних і моторних модальностей: як працює зір? Як співочі птахи вивчають нові пісні, а кажани орієнтуються за допомогою ультразвуку? Як соматосенсорна система обробляє тактильну інформацію?
Суміжні галузі нейроетології та нейропсихології розглядають питання про те, як нейронні субстрати лежать в основі специфічної поведінки тварин і людей.
Нейроендокринологія та психонейроімунологія досліджують взаємодію між нервовою системою та ендокринною та імунною системами відповідно.
Незважаючи на багато досягнень, те, як мережі нейронів виконують складні когнітивні процеси та поведінку, все ще мало вивчено.
Когнітивна та поведінкова нейронаука
Когнітивна нейронаука розглядає питання про те, як психологічні функції виробляються нейронними схемами. Поява нових потужних методів вимірювання, таких як нейровізуалізація (наприклад, фМРТ, дифузійна МРТ, ПЕТ, ОФЕКТ), ЕЕГ, МЕГ, оптогенетика та генетичний аналіз людини в поєднанні зі складними експериментальними техніками з когнітивної психології дозволяє нейробіологам і психологам відповідати на абстрактні питання, наприклад, як пізнання та емоції відображаються на певних нейронних субстратах.
Незважаючи на те, що багато досліджень все ще дотримуються редукціоністської позиції, шукаючи нейробіологічні основи когнітивних явищ, останні дослідження показують, що існує цікава взаємодія між нейронауковими відкриттями та концептуальними дослідженнями, вимагаючи та інтегруючи обидві точки зору. Наприклад, нейронаукові дослідження емпатії викликали цікаву міждисциплінарну дискусію за участю філософії, психології та психопатології. Крім того, нейронаукова ідентифікація багатьох систем пам’яті, пов’язаних з різними ділянками мозку, поставила під сумнів ідею пам’яті як буквального відтворення минулого, підтримуючи погляд на пам’ять як на генеративний, конструктивний і динамічний процес.
Нейронаука також пов'язана з соціальними та поведінковими науками, а також із міждисциплінарними галузями, що зароджуються. Приклади таких альянсів включають нейроекономіку, теорію прийняття рішень, соціальну нейронауку та нейромаркетинг для вирішення складних питань про взаємодію мозку з його середовищем.
Клінічна нейронаука
Неврологія, психіатрія, нейрохірургія, анестезіологія, нейрорадіологія, офтальмологія — є деякими медичними спеціальностями, які спеціально стосуються захворювань нервової системи. Ці терміни також стосуються клінічних дисциплін, пов’язаних з діагностикою та лікуванням цих захворювань.
Неврологія займається захворюваннями центральної та периферичної нервової системита та їх лікуванням.
Психіатрія фокусується на афективних, поведінкових, когнітивних і перцептивних розладах.
Анестезіологія зосереджена на сприйнятті болю та фармакологічній зміні свідомості.
Нейрохірургія займається переважно хірургічним лікуванням захворювань центральної та периферичної нервової системи.
Обчислювальна нейронаука
Питання в обчислювальній нейронауці можуть охоплювати широкий спектр питань, таких як розвиток, структура та когнітивні функції мозку. Дослідження в цій галузі використовують математичні моделі, теоретичний аналіз і комп’ютерне моделювання для опису та перевірки біологічно вірогідних нейронів і нервових систем. Наприклад, моделі біологічних нейронів — це математичні описи імпульсних нейронів, які можна використовувати для опису як поведінки окремих нейронів, так і динаміки нейронних мереж.
Біоінженерія
Інженерія нервової тканини
Інженерія нервової тканини — це галузь тканинної інженерії (яка, в свою чергу є галуззю біоінженерії), яка зосереджена на розробці функціональних замінників нервової тканини для заміни або відновлення пошкодженої або хворої тканини центральної нервової системи (ЦНС) або периферичної нервової системи (ПНС). Метою інженерії нервової тканини є відновлення втраченої функції нервової системи за допомогою побудови нової нервової тканини із спеціальних матеріалів, клітин і факторів росту, для транплантування в місця дефекту.
Ця область дослідження включає в себе принципи матеріалознавства, біології та інженерії для проектування та розробки пристроїв, каркасів і 3D-культур, які сприяють росту, виживанню та функціональній інтеграції нейронів і гліальних клітин.
Нейроінженерія
Нейроінженерія — це галузь біоінженерії, що спирається на галузі обчислювальної нейронауки, експериментальної нейронауки, неврології, електротехніки та обробки сигналів живої нервової тканини та охоплює елементи робототехніки, кібернетики, комп’ютерної інженерії, інженерії нервової тканини, матеріалознавства та нанотехнологій.
Основні цілі в цій галузі включають відновлення та посилення функцій людини шляхом прямої взаємодії між нервовою системою та штучними пристроями.
Значна частина поточних досліджень зосереджена на розумінні кодування та обробки інформації в сенсорних і моторних системах, кількісному визначенні того, як ця обробка змінюється в патологічному стані, і як нею можна маніпулювати за допомогою взаємодії зі штучними пристроями, включаючи інтерфейси мозок-комп’ютер і нейропротези.
Галузі нейронауки
Біологічні дисципліни нейронауки:
Когнітивні дисципліни нейронауки:
Медичні галузі нейронауки:
Напрямки інженерії й технології:
Нові дисципліни:
| Дисципліни | Головні теми | Експериментальні й теоретичні методи |
|---|---|---|
| Нейрофілософія | Свідомість, Кваліа, Важка проблема свідомості, Свобода волі, Біоцентричний Всесвіт, Філософія штучного інтелекту, Сильний штучний інтелект | |
| Компутаційна нейронаука, а також теорія | Штучна нейронна мережа, Геббова теорія | Нейроінженерія, Ланцюги Маркова, Суперкомп'ютер, Нейроінформатика, Нейрокібернетика |
Див. також
Посилання
- Ukrainian Society for Neuroscience
- Серія книг Progress in Brain Research (Elsevier, 1963-2023+)
- Нейронауки: теоретичні та клінічні аспекти Науковий журнал Архів номерів
- Свідомість і нейронаука[недоступне посилання з липня 2019]
- В.М. Казаков, В.І. Черній, Нейронауки: теоретичні та клінічні аспекти
- International Brain Research Organization (IBRO)
- Neurosciences: Les Sciences du Cerveau[недоступне посилання з липня 2019]
- Société des Neurosciences
- Society for Social Neuroscience.
- Canadian Association for Neuroscience
- Canadian Institute of Neuroscience, Mental Health & Addiction (INMHA)
- « Brain voyager tutor »
- Quel but fondamental poursuivent les neurosciences ? - Яка фундаментальна мета нейронауки (фр.)
Журнали
Кращі наукові журнали за рейтингом цитованності (зверху вниз). Журнали з неврології, нейрохірургії, нейровізуалізації, молекулярної, клітинної та системної нейронауки та ін. дисциплін містяться на відповідних сторінках.
Нейронаука
- Neuron
- Journal of Neuroscience
- Nature: Neuroscience
- Nature Reviews: Neuroscience
- Cell: Trends in Neurosciences
- Annual Review of Neuroscience
- Progress in Neurobiology
- Current Opinion in Neurobiology
- Neuroscience
- European Journal of Neuroscience
- Серія Progress in Brain Research
Галузеві
- Neuroscience and Biobehavioral Reviews
- Journal of Cognitive Neuroscience
- Molecular and Cellular Neurosciences
- Molecular Neurobiology
- Cellular and Molecular Neurobiology
Міждисциплінарні
- Nature: Neuropsychopharmacology
- Journal of Neurochemistry
- Journal of Neurophysiology
- Neuropsychologia
- Neurobiology of Aging
- NeuroImage
- Neural Computation
- Neurocomputing
- Journal of Neuroimmunology
- American Journal of Neuroradiology
- NeuroPharmacology
Література
- Bear, M. F.; B. W. Connors, and M. A. Paradiso (2006). Neuroscience: Exploring the Brain (вид. 3rd). Philadelphia: Lippincott. ISBN 0781760038.
- Binder/Hirokawa/Windhorst (2009, 4399pp, 5 vols). Encyclopedia of Neuroscience. Springer. ISBN 978-3-540-23735-8.
- Kandel, E. R.; Schwartz JH, Jessell TM (2000). Principles of Neural Science (вид. 4th). New York: McGraw-Hill. ISBN 0-8385-7701-6.
- Squire, L. et al. (2003). Fundamental Neuroscience, 2nd edition. Academic Press; ISBN 0-12-660303-0
- Byrne and Roberts (2004). From Molecules to Networks. Academic Press; ISBN 0-12-148660-5
- Sanes, Reh, Harris (2005). Development of the Nervous System, 2nd edition. Academic Press; ISBN 0-12-618621-9
- Siegel et al. (2005). Basic Neurochemistry, 7th edition. Academic Press; ISBN 0-12-088397-X
- Rieke, F. et al. (1999). Spikes: Exploring the Neural Code. The MIT Press; Reprint edition ISBN 0-262-68108-0
- section.47 Neuroscience 2nd ed. Dale Purves, George J. Augustine, David Fitzpatrick, Lawrence C. Katz, Anthony-Samuel LaMantia, James O. McNamara, S. Mark Williams. Published by Sinauer Associates, Inc., 2001.
- section.18 Basic Neurochemistry: Molecular, Cellular, and Medical Aspects 6th ed. by George J. Siegel, Bernard W. Agranoff, R. Wayne Albers, Stephen K. Fisher, Michael D. Uhler, editors. Published by Lippincott, Williams & Wilkins, 1999.
- Andreasen, Nancy C. (March 4 2004). Brave New Brain: Conquering Mental Illness in the Era of the Genome. Oxford University Press. ISBN 9780195145090.
- Damasio, A. R. (1994). Descartes' Error: Emotion, Reason, and the Human Brain. New York, Avon Books. ISBN 0-399-13894-3 (Hardcover) ISBN 0-380-72647-5 (Paperback)
- Gardner, H. (1976). The Shattered Mind: The Person After Brain Damage. New York, Random House|Vintage Books, 1976 ISBN 0-394-71946-8
- Goldstein, K. (2000). The Organism. New York, Zone Books. ISBN 0-942299-96-5 (Hardcover) ISBN 0-942299-97-3 (Paperback)
- Lauwereyns, Jan (лютий 2010). The Anatomy of Bias: How Neural Circuits Weigh the Options. Cambridge, MA: The MIT Press. ISBN 026212310X.
- Llinas R. (2001). I of the Vortex: From Neurons to Self MIT Press. ISBN 0-262-12233-2 (Hardcover) ISBN 0-262-62163-0 (Paperback)
- Luria, A. R. (1997). The Man with a Shattered World: The History of a Brain Wound. Cambridge, Massachusetts, Harvard University Press. ISBN 0-224-00792-0 (Hardcover) ISBN 0-674-54625-3 (Paperback)
- Luria, A. R. (1998). The Mind of a Mnemonist: A Little Book About A Vast Memory. New York, Basic Books, Inc. ISBN 0-674-57622-5
- Medina, J. (2008). Brain Rules: 12 Principles for Surviving and Thriving at Work, Home, and School. Seattle, Pear Press. ISBN 0-979-777704 (Hardcover with DVD)
- Pinker, S. (1999). How the Mind Works. W. W. Norton & Company. ISBN 0-393-31848-6
- Pinker, S. (2002). The Blank Slate: The Modern Denial of Human Nature. Viking Adult. ISBN 0-670-03151-8
- Robinson, D. L. (2009). Brain, Mind and Behaviour: A New Perspective on Human Nature (вид. 2nd). Dundalk, Ireland: Pontoon Publications. ISBN 978-0-9561812-0-6.
- Ramachandran, V. S. (1998). Phantoms in the Brain. New York City|New York, New York HarperCollins|Harper Collins. ISBN 0-688-15247-3 (Paperback)
- Rose, S. (2006). 21st Century Brain: Explaining, Mending & Manipulating the Mind ISBN 0099429772 (Paperback)
- Sacks, O. The Man Who Mistook His Wife for a Hat. Summit Books ISBN 0-671-55471-9 (Hardcover) ISBN 0-06-097079-0 (Paperback)
- Sacks, O. (1990). Awakenings. New York, Vintage Books. ISBN 0-671-64834-9 (Hardcover) ISBN 0-06-097368-4 (Paperback)
- Sternberg, E. (2007) Are You a Machine? The Brain, the Mind and What it Means to be Human. Amherst, NY: Prometheus Books.
|
