Nevrovitenskap - Neuroscience

Tegning av Santiago Ramón y Cajal (1899) av nevroner i duen lillehjernen

Nevrovitenskap (eller nevrobiologi ) er den vitenskapelige studien av nervesystemet . Det er en tverrfaglig vitenskap som kombinerer fysiologi , anatomi , molekylærbiologi , utviklingsbiologi , cytologi , datavitenskap og matematisk modellering for å forstå de grunnleggende og fremvoksende egenskapene til nevroner , glia og nevrale kretser . Forståelsen av det biologiske grunnlaget for læring , hukommelse , atferd , persepsjon og bevissthet har blitt beskrevet av Eric Kandel som den "ultimate utfordringen" for de biologiske vitenskapene .

Omfanget av nevrovitenskap har utvidet seg over tid til å inkludere forskjellige tilnærminger som brukes til å studere nervesystemet i forskjellige skalaer. Teknikkene som brukes av nevrovitere har ekspandert enormt, fra molekylære og cellulære studier av individuelle nevroner til avbildning av sensoriske , motoriske og kognitive oppgaver i hjernen .

Historie

Illustrasjon fra Grey's Anatomy (1918) av et lateralt syn på den menneskelige hjerne , med hippocampus blant andre neuroanatomiske trekk

Den tidligste studien av nervesystemet stammer fra det gamle Egypt . Trepanasjon , kirurgisk praksis med enten å bore eller skrape et hull i skallen for å kurere hodeskader eller psykiske lidelser , eller for å lindre kranialt trykk, ble først registrert i den neolitiske perioden. Manuskripter fra 1700 f.Kr. indikerer at egypterne hadde litt kunnskap om symptomer på hjerneskade .

Tidlige syn på hjernens funksjon anså det for å være en slags "kranial fylling". I Egypt , fra slutten av Midt -Riket og utover, ble hjernen regelmessig fjernet som forberedelse til mumifisering . Det ble på den tiden antatt at hjertet var setet for intelligens. I følge Herodotus var det første trinnet med mumifisering å "ta et skjevt stykke jern, og med det trekke ut hjernen gjennom neseborene, og dermed bli kvitt en porsjon, mens skallen blir renset for resten ved å skylle med medisiner. "

Synet på at hjertet var kilden til bevissthet ble ikke utfordret før den greske legen Hippokrates 'tid . Han mente at hjernen ikke bare var involvert i følelse - siden de fleste spesialiserte organer (f.eks. Øyne, ører, tunge) befinner seg i hodet nær hjernen - men var også setet for intelligens. Platon spekulerte også i at hjernen var sete for den rasjonelle delen av sjelen. Aristoteles mente imidlertid at hjertet var sentrum for intelligens og at hjernen regulerte mengden varme fra hjertet. Dette synet ble generelt akseptert til den romerske legen Galen , en tilhenger av Hippokrates og lege til romerske gladiatorer , observerte at pasientene hans mistet sine mentale evner da de hadde påført hjernen skade.

Abulcasis , Averroes , Avicenna , Avenzoar og Maimonides , aktive i den middelalderske muslimske verden, beskrev en rekke medisinske problemer knyttet til hjernen. I renessansen i Europa , Vesalius (1514-1564), René Descartes (1596-1650), Thomas Willis (1621-1675) og Jan Swammerdam (1637-1680) også gjort flere bidrag til nevrovitenskap.

Den Golgi flekk første tillot visualisering av individuelle neuroner.

Luigi Galvanis banebrytende arbeid på slutten av 1700 -tallet satte scenen for å studere den elektriske eksitabiliteten til muskler og nevroner. I første halvdel av 1800 -tallet var Jean Pierre Flourens banebrytende for den eksperimentelle metoden for å utføre lokaliserte lesjoner av hjernen hos levende dyr som beskriver deres virkninger på motricitet, følsomhet og oppførsel. I 1843 demonstrerte Emil du Bois-Reymond den elektriske naturen til nervesignalet, hvis hastighet Hermann von Helmholtz fortsatte å måle, og i 1875 fant Richard Caton elektriske fenomener i cerebral halvkule av kaniner og aper. Adolf Beck publiserte i 1890 lignende observasjoner av spontan elektrisk aktivitet i hjernen til kaniner og hunder. Studier av hjernen ble mer sofistikerte etter oppfinnelsen av mikroskopet og utviklingen av en fargingsprosedyre av Camillo Golgi i slutten av 1890 -årene. Prosedyren brukte et sølvkromat salt for å avsløre de intrikate strukturene til individuelle nevroner . Hans teknikk ble brukt av Santiago Ramón y Cajal og førte til dannelsen av nevronlæren , hypotesen om at den funksjonelle enheten i hjernen er nevronet. Golgi og Ramón y Cajal delte Nobelprisen i fysiologi eller medisin i 1906 for sine omfattende observasjoner, beskrivelser og kategoriseringer av nevroner i hele hjernen.

Parallelt med denne forskningen antydet arbeid med hjerneskadede pasienter av Paul Broca at visse områder av hjernen var ansvarlige for visse funksjoner. På den tiden ble Brocas funn sett på som en bekreftelse på Franz Joseph Galls teori om at språket var lokalisert og at visse psykologiske funksjoner var lokalisert i bestemte områder av hjernebarken . Den lokalisering av funksjon hypotesen ble støttet av observasjoner av epileptiske pasienter utført av John Hughlings Jackson , som riktig utledes organiseringen av motor cortex ved å se utviklingen av anfall gjennom kroppen. Carl Wernicke videreutviklet teorien om spesialisering av spesifikke hjernestrukturer i språkforståelse og produksjon. Moderne forskning gjennom neuroimaging teknikker, bruker fremdeles Brodmann cerebral cytoarchitectonic kart (refererer til studie av cellestruktur ) anatomiske definisjoner fra denne epoken for å fortsette å vise at forskjellige områder av cortex er aktivert i utførelsen av spesifikke oppgaver.

I løpet av 1900 -tallet begynte nevrovitenskap å bli anerkjent som en distinkt akademisk disiplin i seg selv, snarere enn som studier av nervesystemet innenfor andre fagområder. Eric Kandel og samarbeidspartnere har sitert David Rioch , Francis O. Schmitt og Stephen Kuffler som å ha spilt kritiske roller i etableringen av feltet. Rioch kom fra integrasjonen av grunnleggende anatomisk og fysiologisk forskning med klinisk psykiatri ved Walter Reed Army Institute of Research , som startet på 1950 -tallet. I samme periode etablerte Schmitt et nevrovitenskapelig forskningsprogram innen biologisk avdeling ved Massachusetts Institute of Technology , som samlet biologi, kjemi, fysikk og matematikk. Den første frittstående nevrovitenskapelige avdelingen (den gang kalt Psychobiology) ble grunnlagt i 1964 ved University of California, Irvine av James L. McGaugh . Dette ble fulgt av Institutt for nevrobiologi ved Harvard Medical School , som ble grunnlagt i 1966 av Stephen Kuffler.

Forståelsen av nevroner og nervesystemets funksjon ble stadig mer presis og molekylær i løpet av 1900 -tallet. For eksempel, i 1952, presenterte Alan Lloyd Hodgkin og Andrew Huxley en matematisk modell for overføring av elektriske signaler i nevroner av den gigantiske aksonen til et blekksprut, som de kalte " handlingspotensialer ", og hvordan de initieres og forplantes, kjent som Hodgkin - Huxley -modell . I 1961–1962 forenklet Richard FitzHugh og J. Nagumo Hodgkin - Huxley, i det som kalles FitzHugh - Nagumo -modellen . I 1962 modellerte Bernard Katz nevrotransmisjon over rommet mellom nevroner kjent som synapser . Fra 1966 undersøkte Eric Kandel og samarbeidspartnere biokjemiske endringer i nevroner knyttet til læring og minnelagring i Aplysia . I 1981 kombinerte Catherine Morris og Harold Lecar disse modellene i modellen Morris - Lecar . Slikt stadig mer kvantitativt arbeid ga opphav til mange biologiske nevronmodeller og modeller for nevralberegning .

Som et resultat av den økende interessen for nervesystemet, har flere fremtredende nevrovitenskapelige organisasjoner blitt dannet for å gi et forum for alle nevrovitere i løpet av 1900 -tallet. For eksempel ble International Brain Research Organization stiftet i 1961, International Society for Neurochemistry i 1963, European Brain and Behavior Society i 1968 og Society for Neuroscience i 1969. Nylig har anvendelsen av nevrovitenskapelige forskningsresultater også gitt opphav til anvendte disipliner som nevroøkonomi , nevroutdannelse , nevroetikk og nevralaw .

Over tid har hjerneforskning gått gjennom filosofiske, eksperimentelle og teoretiske faser, med arbeid med hjernesimulering spådd å være viktig i fremtiden.

Moderne nevrovitenskap

Menneskelig nervesystem

Den vitenskapelige studien av nervesystemet økte betydelig i andre halvdel av det tjuende århundre, hovedsakelig på grunn av fremskritt innen molekylærbiologi , elektrofysiologi og beregnings -nevrovitenskap . Dette har tillatt nevrovitere å studere nervesystemet i alle dets aspekter: hvordan det er strukturert, hvordan det fungerer, hvordan det utvikler seg, hvordan det fungerer, og hvordan det kan endres.

For eksempel har det blitt mulig å forstå, i detalj, de komplekse prosessene som skjer i et enkelt nevron . Neuroner er celler som er spesialiserte for kommunikasjon. De er i stand til å kommunisere med nevroner og andre celletyper gjennom spesialiserte veikryss kalt synapser , der elektriske eller elektrokjemiske signaler kan overføres fra en celle til en annen. Mange nevroner ekstruderer et langt tynt aksoplasma -filament som kalles et axon , som kan strekke seg til fjerne deler av kroppen og er i stand til raskt å bære elektriske signaler og påvirke aktiviteten til andre nevroner, muskler eller kjertler ved avslutningspunktene. En nervøs system kommer ut fra den samling av nevroner som er forbundet med hverandre.

Virvelløse nervesystem kan deles i to deler: sentralnervesystemet (definert som hjernen og ryggmargen ) og det perifere nervesystemet . I mange arter - inkludert alle virveldyr - er nervesystemet det mest komplekse organsystemet i kroppen, med det meste av kompleksiteten i hjernen. Den menneskelige hjerne alene inneholder rundt hundre milliarder nevroner og hundre billioner synapser; den består av tusenvis av utpregelige understrukturer, koblet til hverandre i synaptiske nettverk hvis forviklinger bare har begynt å bli oppdaget. Minst en av tre av de omtrent 20 000 genene som tilhører det menneskelige genomet kommer hovedsakelig til uttrykk i hjernen.

På grunn av den høye plastisitetsgraden til den menneskelige hjernen, endres strukturen i synapsen og dens resulterende funksjoner gjennom livet.

Å forstå nervesystemets dynamiske kompleksitet er en formidabel forskningsutfordring. Til syvende og sist vil nevrovitenskapsmenn gjerne forstå alle aspekter av nervesystemet, inkludert hvordan det fungerer, hvordan det utvikler seg, hvordan det fungerer, og hvordan det kan endres eller repareres. Analyse av nervesystemet utføres derfor på flere nivåer, alt fra molekylære og cellulære nivåer til systemene og kognitive nivåer. De spesifikke temaene som utgjør forskningens hovedfokus endrer seg over tid, drevet av en stadig voksende kunnskapsbase og tilgjengeligheten av stadig mer sofistikerte tekniske metoder. Forbedringer i teknologi har vært de viktigste drivkreftene for fremgang. Utviklingen innen elektronmikroskopi , informatikk , elektronikk , funksjonell nevroavbildning og genetikk og genomikk har alle vært viktige drivere for fremgang.

Molekylær og cellulær nevrovitenskap

Foto av et farget nevron i et kyllingembryo

Grunnleggende spørsmål som tas opp i molekylær nevrovitenskap inkluderer mekanismene som nevroner uttrykker og reagerer på molekylære signaler og hvordan aksoner danner komplekse tilkoblingsmønstre. På dette nivået brukes verktøy fra molekylærbiologi og genetikk for å forstå hvordan nevroner utvikler seg og hvordan genetiske endringer påvirker biologiske funksjoner. Den morfologi , molekylær identitet, og fysiologiske egenskaper ved nevroner, og hvordan de er knyttet til forskjellige typer av oppførsel er også av betydelig interesse.

Spørsmål som tas opp innen cellulær nevrovitenskap inkluderer mekanismene for hvordan nevroner behandler signaler fysiologisk og elektrokjemisk. Disse spørsmålene inkluderer hvordan signaler behandles av neuritter og somaer og hvordan nevrotransmittere og elektriske signaler brukes til å behandle informasjon i et nevron. Neuritter er tynne forlengelser fra en neuronal cellekropp , bestående av dendritter (spesialisert for å motta synaptiske innganger fra andre nevroner) og aksoner (spesialisert for å lede nerveimpulser kalt handlingspotensialer ). Somaer er cellelegemene til nevronene og inneholder kjernen.

Et annet stort område innen cellulær nevrovitenskap er undersøkelsen av utviklingen av nervesystemet . Spørsmål inkluderer mønster og regionalisering av nervesystemet, nevrale stamceller , differensiering av nevroner og glia ( neurogenese og gliogenese ), neuronal migrasjon , aksonal og dendritisk utvikling, trofiske interaksjoner og synapsdannelse .

Beregningsmessig nevrogenetisk modellering er opptatt av utviklingen av dynamiske nevronale modeller for modellering av hjernefunksjoner med hensyn til gener og dynamiske interaksjoner mellom gener.

Nevrale kretser og systemer

Foreslått organisering av motorsemantiske nevrale kretser for handling språkforståelse. Tilpasset fra Shebani et al. (2013)

Spørsmål i systemets nevrovitenskap inkluderer hvordan nevrale kretser dannes og brukes anatomisk og fysiologisk for å produsere funksjoner som reflekser , multisensorisk integrasjon , motorisk koordinasjon , døgnrytmer , emosjonelle responser , læring og minne . Med andre ord tar de for seg hvordan disse nevrale kretsene fungerer i store hjernenettverk , og mekanismene som oppførsel genereres gjennom. For eksempel tar systemnivåanalyse spørsmål om spesifikke sensoriske og motoriske modaliteter: hvordan fungerer syn ? Hvordan lærer sangfugler nye sanger og flaggermus lokalisert med ultralyd ? Hvordan behandler det somatosensoriske systemet taktil informasjon? De beslektede feltene nevroetologi og nevropsykologi tar opp spørsmålet om hvordan nevrale underlag ligger til grunn for spesifikk dyre- og menneskelig atferd. Neuroendokrinologi og psykoneuroimmunologi undersøker interaksjoner mellom henholdsvis nervesystemet og det endokrine og immunsystemet . Til tross for mange fremskritt, er måten nettverk av nevroner utfører komplekse kognitive prosesser og atferd på, fortsatt dårlig forstått.

Kognitiv og atferdsmessig nevrovitenskap

Kognitiv nevrovitenskap tar for seg spørsmålene om hvordan psykologiske funksjoner produseres av nevrale kretser . Fremveksten av kraftige nye måleteknikker som nevroimaging (f.eks. FMRI , PET , SPECT ), EEG , MEG , elektrofysiologi , optogenetikk og menneskelig genetisk analyse kombinert med sofistikerte eksperimentelle teknikker fra kognitiv psykologi gjør at nevrovitenskapsmenn og psykologer kan ta for seg abstrakte spørsmål som hvordan kognisjon og følelser kartlegges til spesifikke nevrale underlag. Selv om mange studier fortsatt har en reduksjonistisk holdning på jakt etter det nevrobiologiske grunnlaget for kognitive fenomener, viser nyere forskning at det er et interessant samspill mellom nevrovitenskapelige funn og konseptuell forskning, som ber om og integrerer begge perspektivene. For eksempel oppfordret nevrovitenskapelig forskning om empati til en interessant tverrfaglig debatt som involverte filosofi, psykologi og psykopatologi. Videre har den nevrovitenskapelige identifiseringen av flere minnesystemer relatert til forskjellige hjerneområder utfordret tanken om minne som en bokstavelig gjengivelse av fortiden, og støtter et syn på minne som en generativ, konstruktiv og dynamisk prosess.

Nevrovitenskap er også alliert med samfunns- og atferdsvitenskap , så vel som med begynnende tverrfaglige felt. Eksempler på slike allianser inkluderer nevroøkonomi , beslutningsteori , sosial nevrovitenskap og nevromarketing for å ta opp komplekse spørsmål om interaksjoner mellom hjernen og omgivelsene. En studie av forbrukerrespons bruker for eksempel EEG for å undersøke nevrale korrelater knyttet til narrativ transport til historier om energieffektivitet .

Beregnings -nevrovitenskap

Spørsmål innen beregningsnevrovitenskap kan spenne over et bredt spekter av nivåer av tradisjonell analyse, for eksempel utvikling , struktur og kognitive funksjoner i hjernen. Forskning på dette feltet bruker matematiske modeller , teoretisk analyse og datasimulering for å beskrive og verifisere biologisk troverdige nevroner og nervesystemer. For eksempel er biologiske nevronmodeller matematiske beskrivelser av spikende nevroner som kan brukes til å beskrive både oppførselen til enkeltnevroner så vel som dynamikken i nevrale nettverk . Beregningsnevrovitenskap blir ofte referert til som teoretisk nevrovitenskap.

Nanopartikler i medisin er allsidige i behandling av nevrologiske lidelser som viser lovende resultater i formidling av legemiddeltransport over blod -hjerne -barrieren . Implementering av nanopartikler i antiepileptika øker deres medisinske effekt ved å øke biotilgjengeligheten i blodet, samt tilby et mål for kontroll i frigivelsestidskonsentrasjonen. Selv om nanopartikler kan hjelpe terapeutiske legemidler ved å justere fysiske egenskaper for å oppnå ønskelige effekter, forekommer utilsiktet økning i toksisitet i foreløpige legemiddelforsøk. Videre er produksjon av nanomedisin for medikamentelle forsøk økonomisk tidkrevende, noe som hindrer fremdriften i implementeringen. Beregningsmodeller innen nanoneuroscience gir alternativer for å studere effekten av nanoteknologibaserte medisiner ved nevrologiske lidelser, samtidig som potensielle bivirkninger og utviklingskostnader reduseres.

Nanomaterialer opererer ofte i lengdeskalaer mellom klassiske og kvante regime. På grunn av de tilknyttede usikkerhetene ved lengdeskalaene som nanomaterialer opererer, er det vanskelig å forutsi oppførselen deres før in vivo -studier. Klassisk er de fysiske prosessene som skjer i hele nevroner analoge med elektriske kretser. Designere fokuserer på slike analogier og modellerer hjerneaktivitet som en nevral krets. Suksess med beregningsmodellering av nevroner har ført til utviklingen av stereokjemiske modeller som nøyaktig forutsier acetylkolinreseptorbaserte synapser som opererer på mikrosekunders tidsskalaer.

Ultrafine nanonåler for cellulære manipulasjoner er tynnere enn de minste enkeltveggede karbon -nanorørene . Beregningskvantekjemi brukes til å designe ultrafine nanomaterialer med svært symmetriske strukturer for å optimalisere geometri, reaktivitet og stabilitet.

Atferd av nanomaterialer domineres av langvarige ikke-bindende interaksjoner. Elektrokjemiske prosesser som skjer i hele hjernen genererer et elektrisk felt som utilsiktet kan påvirke oppførselen til noen nanomaterialer. Molekylær dynamikk simuleringer kan dempe utviklingsfasen av nanomaterialer samt forhindre nevral toksisitet av nanomaterialer etter in vivo kliniske studier. Testing av nanomaterialer ved bruk av molekylær dynamikk optimaliserer nanokarakteristika for terapeutiske formål ved å teste forskjellige miljøforhold, nanomaterialefabrikasjoner, nanomaterialoverflateegenskaper, etc. uten behov for in vivo -eksperimentering. Fleksibilitet i molekylære dynamiske simuleringer gjør at leger kan tilpasse behandlingen. Nanopartikkelrelaterte data fra translasjonell nanoinformatikk kobler nevrologiske pasientspesifikke data for å forutsi behandlingsrespons.

Nevrovitenskap og medisin

Neurology , psykiatri , nevrokirurgi , psyko , Anesthesiology og smerte medisin , nevro , neuroradiologi , oftalmologi , otolaryngology , klinisk nevrofysiologi , avhengighet medisin , og sove medisin er noen medisinske spesialiteter som retter seg spesielt mot sykdommer i nervesystemet. Disse begrepene refererer også til kliniske disipliner som involverer diagnose og behandling av disse sykdommene.

Nevrologi jobber med sykdommer i sentral- og perifert nervesystem, for eksempel amyotrofisk lateral sklerose (ALS) og hjerneslag , og deres medisinske behandling. Psykiatrien fokuserer på affektive , atferdsmessige, kognitive og perseptuelle lidelser. Anestesiologi fokuserer på persepsjon av smerte og farmakologisk endring av bevisstheten. Neuropatologi fokuserer på klassifisering og underliggende patogene mekanismer for sentrale og perifere nervesystem og muskelsykdommer, med vekt på morfologiske, mikroskopiske og kjemisk observerbare endringer. Nevrokirurgi og psykokirurgi jobber primært med kirurgisk behandling av sykdommer i sentral- og perifert nervesystem.

Kunstige nevronimplantater

Nylige fremskritt innen nevromorf mikrochipteknologi har fått en gruppe forskere til å lage et kunstig nevron som kan erstatte virkelige nevroner ved sykdommer.

Oversettelsesforskning

Parasagittal MR av hodet til en pasient med godartet familiær makrocefali

Nylig har grensene mellom ulike spesialiteter blitt uskarpe, ettersom de alle er påvirket av grunnforskning innen nevrovitenskap. For eksempel muliggjør hjernediagnostikk objektiv biologisk innsikt i psykiske sykdommer, noe som kan føre til raskere diagnose, mer nøyaktig prognose og forbedret overvåking av pasientens fremgang over tid.

Integrativ nevrovitenskap beskriver arbeidet med å kombinere modeller og informasjon fra flere forskningsnivåer for å utvikle en sammenhengende modell av nervesystemet. For eksempel kan hjerneavbildning kombinert med fysiologiske numeriske modeller og teorier om grunnleggende mekanismer kaste lys over psykiatriske lidelser.

Store grener

Moderne nevrovitenskapelig utdannelse og forskningsaktiviteter kan meget grovt kategoriseres i følgende hovedgrener, basert på emnet og omfanget av systemet ved undersøkelse, så vel som distinkte eksperimentelle eller læreplanmetoder. Individuelle nevrovitere jobber imidlertid ofte med spørsmål som strekker seg over flere forskjellige underfelt.

Liste over de viktigste grenene innen nevrovitenskap
Gren	Beskrivelse
Affektiv nevrovitenskap	Affektiv nevrovitenskap er studiet av de nevrale mekanismene som er involvert i følelser, vanligvis gjennom eksperimentering på dyremodeller.
Atferdsmessig nevrovitenskap	Behavioral neuroscience (også kjent som biologisk psykologi, fysiologisk psykologi, biopsykologi eller psykobiologi) er anvendelsen av biologiens prinsipper for studier av genetiske, fysiologiske og utviklingsmessige mekanismer for atferd hos mennesker og ikke-menneskelige dyr.
Cellulær nevrovitenskap	Cellulær nevrovitenskap er studiet av nevroner på cellenivå inkludert morfologi og fysiologiske egenskaper.
Klinisk nevrovitenskap	Den vitenskapelige studien av de biologiske mekanismene som ligger til grunn for lidelser og sykdommer i nervesystemet .
Kognitiv nevrovitenskap	Kognitiv nevrovitenskap er studiet av de biologiske mekanismene som ligger til grunn for kognisjon.
Beregnings -nevrovitenskap	Beregningsnevrovitenskap er den teoretiske studien av nervesystemet.
Kulturell nevrovitenskap	Kulturell nevrovitenskap er studiet av hvordan kulturelle verdier, praksis og oppfatninger former og formes av sinnet, hjernen og gener på tvers av flere tidsskalaer.
Utviklingsnevrovitenskap	Utviklingsnevrovitenskap studerer prosessene som genererer, former og omformer nervesystemet og søker å beskrive mobilnettet for nevrale utvikling for å håndtere underliggende mekanismer.
Evolusjonær nevrovitenskap	Evolusjonær nevrovitenskap studerer utviklingen av nervesystemet.
Molekylær nevrovitenskap	Molekylær nevrovitenskap studerer nervesystemet med molekylærbiologi, molekylær genetikk, proteinkjemi og relaterte metoder.
Nanoneuroscience	Et tverrfaglig felt som integrerer nanoteknologi og nevrovitenskap.
Nevralteknikk	Nevralteknikk bruker ingeniørteknikker for å samhandle med, forstå, reparere, erstatte eller forbedre nevrale systemer.
Neuroanatomi	Neuroanatomi er studiet av nervesystemets anatomi .
Nevrokjemi	Neurokjemi er studiet av hvordan nevrokjemikalier samhandler og påvirker funksjonen til nevroner.
Nevroetologi	Neuroetologi er studiet av det nevrale grunnlaget for ikke-menneskelige dyrs oppførsel.
Neurogastronomi	Neurogastronomi er studiet av smak og hvordan det påvirker sensasjon, kognisjon og hukommelse.
Neurogenetikk	Neurogenetikk er studiet av det genetiske grunnlaget for utvikling og funksjon av nervesystemet .
Neuroimaging	Neuroimaging inkluderer bruk av forskjellige teknikker for enten direkte eller indirekte å forestille seg strukturen og funksjonen til hjernen.
Nevroimmunologi	Neuroimmunologi er opptatt av samspillet mellom nervesystemet og immunsystemet.
Neuroinformatikk	Neuroinformatikk er en disiplin innen bioinformatikk som driver organisering av nevrovitenskapelige data og anvendelse av beregningsmodeller og analyseverktøy.
Neurolingvistikk	Neurolingvistikk er studiet av de nevrale mekanismene i den menneskelige hjerne som styrer forståelse, produksjon og tilegnelse av språk.
Nevrofysikk	Neurofysikk er grenen av biofysikk som omhandler utvikling og bruk av fysiske metoder for å få informasjon om nervesystemet.
Nevrofysiologi	Nevrofysiologi er studiet av nervesystemets funksjon, vanligvis ved bruk av fysiologiske teknikker som inkluderer måling og stimulering med elektroder eller optisk med ion- eller spenningsfølsomme fargestoffer eller lysfølsomme kanaler.
Nevropsykologi	Nevropsykologi er en disiplin som ligger under paraplyene til både psykologi og nevrovitenskap, og er involvert i aktiviteter på arenaene for både grunnleggende vitenskap og anvendt vitenskap. I psykologi er det nærmest knyttet til biopsykologi , klinisk psykologi , kognitiv psykologi og utviklingspsykologi . I nevrovitenskap er det nærmest knyttet til de kognitive, atferdsmessige, sosiale og affektive nevrovitenskapsområdene. På det anvendte og medisinske området er det relatert til nevrologi og psykiatri.
Paleoneurobiologi	Paleoneurobiologi er et felt som kombinerer teknikker som brukes i paleontologi og arkeologi for å studere hjernens evolusjon, spesielt den i den menneskelige hjernen.
Sosial nevrovitenskap	Sosial nevrovitenskap er et tverrfaglig felt viet til å forstå hvordan biologiske systemer implementerer sosiale prosesser og atferd, og til å bruke biologiske konsepter og metoder for å informere og forfine teorier om sosiale prosesser og atferd.
System nevrovitenskap	Systemnevrovitenskap er studiet av funksjonen til nevrale kretser og systemer.

Nevrovitenskapelige organisasjoner

Den største profesjonelle nevrovitenskapelige organisasjonen er Society for Neuroscience (SFN), som er basert i USA, men inkluderer mange medlemmer fra andre land. Siden grunnleggelsen i 1969 har SFN vokst jevnt: fra 2010 registrerte det 40 290 medlemmer fra 83 forskjellige land. Årlige møter som arrangeres hvert år i en annen amerikansk by, tiltrekker seg forskere, postdoktorer, doktorgradsstudenter og studenter, samt utdanningsinstitusjoner, finansieringsbyråer, forlag og hundrevis av virksomheter som leverer produkter som brukes i forskning.

Andre store organisasjoner som er viet til nevrovitenskap inkluderer International Brain Research Organization (IBRO), som hvert år holder møter i et land fra en annen del av verden, og Federation of European Neuroscience Societies (FENS), som holder et møte i en annen europeisk by annethvert år. FENS består av et sett med 32 nasjonale organisasjoner, inkludert British Neuroscience Association , German Neuroscience Society ( Neurowissenschaftliche Gesellschaft ) og French Société des Neurosciences . Det første National Honor Society in Neuroscience, Nu Rho Psi , ble stiftet i 2006. Det finnes også en rekke ungdoms -nevrovitenskapssamfunn som støtter studenter, nyutdannede og forskere i tidlig karriere, for eksempel Simply Neuroscience og Project Encephalon.

I 2013 ble BRAIN Initiative kunngjort i USA. International Brain Initiative ble opprettet i 2017, for tiden integrert av mer enn sju nasjonale forskningsinitiativer på nasjonalt nivå (USA, Europa , Allen Institute , Japan , Kina , Australia, Canada, Korea og Israel) som strekker seg over fire kontinenter.

Offentlig utdanning og oppsøkende

I tillegg til å utføre tradisjonell forskning i laboratoriemiljøer, har nevrovitere også vært involvert i å fremme bevissthet og kunnskap om nervesystemet blant allmennheten og embetsmenn. Slike kampanjer har blitt gjort av både individuelle nevrovitere og store organisasjoner. For eksempel har individuelle nevrovitere fremmet nevrovitenskapelig utdanning blant unge studenter ved å organisere International Brain Bee , som er en akademisk konkurranse for videregående eller ungdomsskoleelever over hele verden. I USA har store organisasjoner som Society for Neuroscience fremmet nevrovitenskapelig utdanning ved å utvikle en primer kalt Brain Facts, samarbeide med folkeskolelærere for å utvikle Neuroscience Core Concepts for K-12 lærere og studenter, og medvirke til en kampanje med Dana Foundation kalte Brain Awareness Week for å øke offentlig bevissthet om fremdriften og fordelene med hjerneforskning. I Canada arrangeres CIHR Canadian National Brain Bee årlig ved McMaster University .

Nevrovitenskapspedagoger dannet Faculty for Undergraduate Neuroscience (FUN) i 1992 for å dele beste praksis og gi reisepriser til studenter som presenterer på Society for Neuroscience -møter.

Nevrovitere har også samarbeidet med andre utdanningseksperter for å studere og foredle pedagogiske teknikker for å optimalisere læring blant studenter, et voksende felt kalt pedagogisk nevrovitenskap . Føderale byråer i USA, som National Institute of Health (NIH) og National Science Foundation (NSF), har også finansiert forskning som gjelder beste praksis for undervisning og læring av nevrovitenskapskonsepter.

Tekniske anvendelser av nevrovitenskap

Neuromorfe datamaskinbrikker

Neuromorf engineering er en gren av nevrovitenskap som omhandler å lage funksjonelle fysiske modeller av nevroner for nyttig beregning. De fremvoksende beregningsegenskapene til nevromorfiske datamaskiner er fundamentalt forskjellige fra konvensjonelle datamaskiner i den forstand at de er et komplekst system , og at beregningskomponentene er sammenhengende uten noen sentral prosessor.

Et eksempel på en slik datamaskin er SpiNNaker -superdatamaskinen .

Sensorer kan også gjøres smarte med nevromorf teknologi. Et eksempel på dette er Event Camera 's BrainScaleS (hjerneinspirert Multiscale Computation in Neuromorphic Hybrid Systems), en hybrid analog neuromorf superdatamaskin som ligger ved Heidelberg University i Tyskland. Den ble utviklet som en del av Human Brain Projects neuromorfe databehandlingsplattform og er et supplement til SpiNNaker -superdatamaskinen, som er basert på digital teknologi. Arkitekturen som brukes i BrainScaleS etterligner biologiske nevroner og deres forbindelser på et fysisk nivå; I tillegg, siden komponentene er laget av silisium, opererer disse modellneuronene i gjennomsnitt 864 ganger (24 timer sanntid er 100 sekunder i maskinsimuleringen) av deres biologiske kolleger.

Nobelpriser knyttet til nevrovitenskap

År	Premiefelt	Vinneren	Livstid	Land	Begrunnelse
1904	Fysiologi	Ivan Petrovich Pavlov	1849–1936	Det russiske imperiet	"som en anerkjennelse for hans arbeid med fordøyelsens fysiologi, gjennom hvilken kunnskap om vitale aspekter av emnet er blitt transformert og forstørret"
1906	Fysiologi	Camillo Golgi	1843–1926	Kongeriket Italia	"som en anerkjennelse for deres arbeid med strukturen i nervesystemet"
1906	Fysiologi	Santiago Ramón og Cajal	1852–1934	Restaurering (Spania)
1914	Fysiologi	Robert Bárány	1876–1936	Østerrike-Ungarn	"for sitt arbeid med fysiologien og patologien til vestibulære apparater"
1932	Fysiologi	Charles Scott Sherrington	1857–1952	Storbritannia	"for deres oppdagelser angående funksjonene til nevroner"
1932	Fysiologi	Edgar Douglas Adrian	1889–1977	Storbritannia	"for deres oppdagelser angående funksjonene til nevroner"
1936	Fysiologi	Henry Hallett Dale	1875–1968	Storbritannia	"for deres funn knyttet til kjemisk overføring av nerveimpulser"
1936	Fysiologi	Otto Loewi	1873–1961	Østerrike Tyskland
1938	Fysiologi	Corneille Jean François Heymans	1892–1968	Belgia	"for oppdagelsen av rollen som sinus og aortamekanismer spiller i regulering av respirasjon "
1944	Fysiologi	Joseph Erlanger	1874–1965	forente stater	"for deres funn om de svært differensierte funksjonene til enkelt nervefibre"
1944	Fysiologi	Herbert Spencer Gasser	1888–1963	forente stater
1949	Fysiologi	Walter Rudolf Hess	1881–1973	Sveits	"for hans oppdagelse av den funksjonelle organisasjonen av mellomhjernen som koordinator for aktivitetene til de indre organene"
1949	Fysiologi	António Caetano Egas Moniz	1874–1955	Portugal	"for hans oppdagelse av den terapeutiske verdien av leukotomi hos visse psykoser"
1957	Fysiologi	Daniel Bovet	1907–1992	Italia	"for hans funn om syntetiske forbindelser som hemmer virkningen av visse kroppsstoffer, og spesielt deres virkning på det vaskulære systemet og skjelettmuskulaturen"
1961	Fysiologi	Georg von Békésy	1899–1972	forente stater	"for hans oppdagelser av den fysiske stimuleringsmekanismen i cochlea"
1963	Fysiologi	John Carew Eccles	1903–1997	Australia	"for deres funn om de ioniske mekanismene som er involvert i eksitasjon og inhibering i de perifere og sentrale delene av nervecellemembranen"
		Alan Lloyd Hodgkin	1914–1998	Storbritannia
		Andrew Fielding Huxley	1917–2012	Storbritannia
1967	Fysiologi	Ragnar Granit	1900–1991	Finland Sverige	"for deres funn om de primære fysiologiske og kjemiske visuelle prosessene i øyet"
		Haldan Keffer Hartline	1903–1983	forente stater
		George Wald	1906–1997	forente stater
1970	Fysiologi	Julius Axelrod	1912–2004	forente stater	"for deres funn om de humorale transmittorene i nerveterminalene og mekanismen for lagring, frigjøring og inaktivering"
		Ulf von Euler	1905–1983	Sverige
		Bernard Katz	1911–2003	Storbritannia
1981	Fysiologi	Roger W. Sperry	1913–1994	forente stater	"for hans funn om den funksjonelle spesialiseringen av hjernehalvdelene "
		David H. Hubel	1926–2013	Canada	"for deres funn om informasjonsbehandling i det visuelle systemet "
		Torsten N. Wiesel	1924–	Sverige
1986	Fysiologi	Stanley Cohen	1922–2020	forente stater	"for deres funn av vekstfaktorer "
1986	Fysiologi	Rita Levi-Montalcini	1909–2012	Italia	"for deres funn av vekstfaktorer "
1997	Kjemi	Jens C. Skou	1918–2018	Danmark	"for den første oppdagelsen av et ionetransporterende enzym, Na ⁺ , K ⁺ -ATPase"
2000	Fysiologi	Arvid Carlsson	1923–2018	Sverige	"for deres funn om signaltransduksjon i nervesystemet "
		Paul Greengard	1925–2019	forente stater
		Eric R. Kandel	1929–	forente stater
2003	Kjemi	Roderick MacKinnon	1956–	forente stater	"for funn vedrørende kanaler i cellemembraner [...] for strukturelle og mekanistiske studier av ionekanaler"
2004	Fysiologi	Richard Axel	1946–	forente stater	"for deres funn av luktstoffreseptorer og organisering av luktsystemet "
2004	Fysiologi	Linda B. Buck	1947–	forente stater
2014	Fysiologi	John O'Keefe	1939–	USA , Storbritannia	"for deres funn av celler som utgjør et posisjoneringssystem i hjernen"
		May-Britt Moser	1963–	Norge
		Edvard I. Moser	1962–	Norge
2017	Fysiologi	Jeffrey C. Hall	1939–	forente stater	"for deres funn av molekylære mekanismer som styrer døgnrytmen "
		Michael Rosbash	1944–	forente stater
		Michael W. Young	1949–	forente stater
2021	Fysiologi	David Julius	1955–	forente stater	"for deres funn av reseptorer for temperatur og berøring"
2021	Fysiologi	Ardem Patapoutian	1967–	Libanon	"for deres funn av reseptorer for temperatur og berøring"

Se også

Referanser

Videre lesning

Bear, MF; BW Connors; MA Paradiso (2006). Nevrovitenskap: Exploring the Brain (3. utg.). Philadelphia: Lippincott. ISBN 978-0-7817-6003-4.
Binder, Marc D .; Hirokawa, Nobutaka; Windhorst, Uwe, red. (2009). Encyclopedia of Neuroscience . Springer. ISBN 978-3-540-23735-8.
Kandel, ER ; Schwartz JH; Jessell TM (2012). Prinsipper for nevralvitenskap (5. utg.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-8385-7701-1.
Squire, L. et al. (2012). Fundamental Neuroscience, fjerde utgave . Academic Press ; ISBN 0-12-660303-0
Byrne og Roberts (2004). Fra molekyler til nettverk . Academic Press; ISBN 0-12-148660-5
Sanes, Reh, Harris (2005). Utvikling av nervesystemet, 2. utgave . Academic Press; ISBN 0-12-618621-9
Siegel et al. (2005). Grunnleggende nevrokjemi, 7. utgave . Academic Press; ISBN 0-12-088397-X
Rieke, F. et al. (1999). Spikes: Utforske nevrale koden . MIT Press ; Opptrykk utgaven ISBN 0-262-68108-0
avsnitt.47 Nevrovitenskap 2. utg. Dale Purves, George J. Augustine, David Fitzpatrick, Lawrence C. Katz, Anthony-Samuel LaMantia, James O. McNamara, S. Mark Williams. Utgitt av Sinauer Associates, Inc., 2001.
seksjon.18 Grunnleggende nevrokjemi: Molekylære, cellulære og medisinske aspekter 6. utg. av George J. Siegel, Bernard W. Agranoff, R. Wayne Albers, Stephen K. Fisher, Michael D. Uhler, redaktører. Utgitt av Lippincott, Williams & Wilkins, 1999.
Andreasen, Nancy C. (4. mars 2004). Modig ny hjerne: Erobre psykisk sykdom i genomets epoke . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-514509-0.
Damasio, AR (1994). Descartes 'feil: Følelser, fornuft og menneskelig hjerne. New York, Avon Books . ISBN 0-399-13894-3 (Innbundet) ISBN 0-380-72647-5 (Paperback)
Gardner, H. (1976). The Shattered Mind: Personen etter hjerneskade. New York, Vintage Books , 1976 ISBN 0-394-71946-8
Goldstein, K. (2000). Organismen. New York, Zone Books. ISBN 0-942299-96-5 (innbundet) ISBN 0-942299-97-3 (Paperback)
Lauwereyns, Jan (februar 2010). Anatomi av skjevhet: Hvordan nevrale kretser veier alternativene . Cambridge, Massachusetts: MIT Press. ISBN 978-0-262-12310-5.
Subhash Kak , Kunnskapens arkitektur: kvantemekanikk, nevrovitenskap, datamaskiner og bevissthet, Motilal Banarsidass, 2004, ISBN 81-87586-12-5
Llinas R. (2001). I av virvelen: fra nevroner til selv -MIT Press. ISBN 0-262-12233-2 (Innbundet) ISBN 0-262-62163-0 (Paperback)
Luria, AR (1997). Mannen med en knust verden: Historien om et hjernesår. Cambridge, Massachusetts , Harvard University Press . ISBN 0-224-00792-0 (Innbundet) ISBN 0-674-54625-3 (Paperback)
Luria, AR (1998). The Mind of a Mnemonist: En liten bok om et stort minne. New York, Basic Books , Inc. ISBN 0-674-57622-5
Medina, J. (2008). Hjernens regler: 12 prinsipper for å overleve og blomstre på jobb, hjemme og på skolen. Seattle, Pear Press. ISBN 0-9797777-0-4 (Innbundet med DVD)
Pinker, S. (1999). Hvordan sinnet fungerer. WW Norton & Company. ISBN 0-393-31848-6
Pinker, S. (2002). The Blank Slate: The Modern Denial of Human Nature. Viking voksen. ISBN 0-670-03151-8
Robinson, DL (2009). Brain, Mind and Behavior: A New Perspective on Human Nature (2. utg.). Dundalk, Irland: Pontoon Publications. ISBN 978-0-9561812-0-6.
Penrose, R., Hameroff, SR, Kak, S., og Tao, L. (2011). Bevissthet og universet: Kvantfysikk, evolusjon, hjerne og sinn. Cambridge, MA: Cosmology Science Publishers.
Ramachandran, VS (1998). Fantomer i hjernen . New York, HarperCollins. ISBN 0-688-15247-3 (Paperback)
Rose, S. (2006). 21st Century Brain: Explaining, Mending & Manipulating the Mind ISBN 0-09-942977-2 (Paperback)
Sacks, O. Mannen som feilet sin kone for en hatt . Summit Books ISBN 0-671-55471-9 (innbundet) ISBN 0-06-097079-0 (Paperback)
Sacks, O. (1990). Oppvåkninger. New York, Vintage Books. (Se også Oliver Sacks ) ISBN 0-671-64834-9 (Innbundet) ISBN 0-06-097368-4 (Paperback)
Encyclopedia: Neuroscience Scholarpedia Ekspertartikler
Sternberg, E. (2007) Are You a Machine? Hjernen, sinnet og hva det betyr å være menneske. Amherst, New York: Prometheus Books.
Churchland, PS (2011) Braintrust: Hva nevrovitenskap forteller oss om moral . Princeton University Press. ISBN 0-691-13703-X
Selvin, Paul (2014). "Presentasjon av varme emner: Nye små kvantepunkter for nevrovitenskap" . SPIE Newsroom . doi : 10.1117/2.3201403.17 .

Languages

In other projects