Neurověda - Neuroscience

Kresba Santiaga Ramóna y Cajala (1899) neuronů v holubím mozečku

Neuroscience (nebo neurobiologie ), je vědecký výzkum v nervovém systému . Jedná se o multidisciplinární vědu, která kombinuje fyziologii , anatomii , molekulární biologii , vývojovou biologii , cytologii , počítačovou vědu a matematické modelování, aby porozuměla základním a vznikajícím vlastnostem neuronů , glie a nervových obvodů . Pochopení biologického základu učení , paměti , chování , vnímání a vědomí popsal Eric Kandel jako „konečnou výzvu“ biologických věd .

Rozsah neurovědy se postupem času rozšířil o různé přístupy používané ke studiu nervového systému v různých měřítcích. Techniky používané neuroscientists rozšířila enormně, z molekulární a buněčné studie jednotlivých neuronů zobrazování z senzorické , motoru a kognitivní úkoly v mozku .

Dějiny

Ilustrace z Grayovy anatomie (1918) bočního pohledu na lidský mozek , představující mimo jiné neuroanatomické rysy hippocampus

Nejstarší studie nervového systému pochází ze starověkého Egypta . Trepanace , chirurgická praxe buď vrtání nebo škrábání díry do lebky za účelem léčení poranění hlavy nebo duševních poruch nebo zmírnění lebečního tlaku, byla poprvé zaznamenána v období neolitu . Rukopisy datované do roku 1700 př. N. L. Naznačují, že Egypťané měli určité znalosti o příznacích poškození mozku .

Počáteční názory na funkci mozku to považovaly za svého druhu „lebeční nádivku“. V Egyptě , od pozdního Středního království , byl mozek pravidelně odstraňován v rámci přípravy na mumifikaci . V té době se věřilo, že srdce je sídlem inteligence. Podle Herodota byl prvním krokem mumifikace „vzít křivý kus železa a spolu s ním vytáhnout mozek nosními dírkami, čímž se zbaví části, zatímco lebka se očistí od zbytku opláchnutím drogami. "

Názor, že srdce je zdrojem vědomí, byl zpochybněn až v době řeckého lékaře Hippokrata . Věřil, že mozek není zapojen pouze do pocitu - protože většina specializovaných orgánů (např. Oči, uši, jazyk) se nachází v hlavě poblíž mozku - ale byl také sídlem inteligence. Platón také spekuloval, že mozek byl sídlem racionální části duše. Aristoteles však věřil, že srdce je centrem inteligence a že mozek reguluje množství tepla ze srdce. Tento názor byl obecně přijímán, dokud římský lékař Galen , následovník Hippokrata a lékař římských gladiátorů , nepozoroval, že jeho pacienti ztratili duševní schopnosti, když utrpěli poškození mozku.

Abulcasis , Averroes , Avicenna , Avenzoar a Maimonides , aktivní ve středověkém muslimském světě, popsali řadu zdravotních problémů souvisejících s mozkem. V renesanční Evropě také Vesalius (1514–1564), René Descartes (1596–1650), Thomas Willis (1621–1675) a Jan Swammerdam ( 1637–1680 ) také přispěli k neurovědě.

Golgi skvrna nejprve povolena pro vizualizaci jednotlivých neuronů.

Průkopnická práce Luigi Galvaniho koncem 17. století připravila půdu pro studium elektrické excitability svalů a neuronů. V první polovině 19. století byl Jean Pierre Flourens průkopníkem experimentální metody provádění lokalizovaných mozkových lézí u živých zvířat, která popisovala jejich vliv na pohyblivost, citlivost a chování. V roce 1843 Emil du Bois-Reymond demonstroval elektrickou povahu nervového signálu, jehož rychlost Hermann von Helmholtz pokračoval k měření, a v roce 1875 Richard Caton našel elektrické jevy v mozkových hemisférách králíků a opic. Adolf Beck publikoval v roce 1890 podobná pozorování spontánní elektrické aktivity mozku králíků a psů. Studie mozku staly sofistikovanější po vynálezu v mikroskopu a rozvoj Postup barvení podle Camillo Golgi během pozdních 1890s. Tento postup použil sůl chromanu stříbrného k odhalení složitých struktur jednotlivých neuronů . Jeho techniku ​​použil Santiago Ramón y Cajal a vedla ke vzniku doktríny neuronů , hypotézy, že funkční jednotkou mozku je neuron. Golgi a Ramón y Cajal sdíleli Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu v roce 1906 za rozsáhlá pozorování, popisy a kategorizace neuronů v celém mozku.

Souběžně s tímto výzkumem práce s pacienty poškozenými mozkem od Paula Brocy naznačila, že za určité funkce jsou zodpovědné určité oblasti mozku. V té době byly Brocovy nálezy považovány za potvrzení teorie Franze Josepha Galla, že jazyk byl lokalizován a že určité psychologické funkce byly lokalizovány v konkrétních oblastech mozkové kůry . Lokalizace funkce hypotéza byla podpořena pozorováním epileptických pacientů vedených Johnem Hughlings Jackson , který správně dovodil organizaci motorické kůry tím, že sleduje průběh záchvatů po těle. Carl Wernicke dále rozvíjel teorii specializace specifických mozkových struktur na porozumění a produkci jazyka. Moderní výzkum prostřednictvím technik neuroimagingu stále používá Brodmannovu mozkovou cytoarchitektonickou mapu (odkazující na studium buněčné struktury ) anatomické definice z této éry a nadále ukazuje, že při provádění konkrétních úkolů se aktivují odlišné oblasti kůry.

V průběhu 20. století začala být neurověda uznávána jako samostatná akademická disciplína sama o sobě, spíše než jako studie nervového systému v jiných oborech. Eric Kandel a spolupracovníci citovali Davida Riocha , Francise O. Schmitta a Stephena Kufflera , kteří hráli zásadní roli při zakládání oboru. Rioch vytvořil integraci základního anatomického a fyziologického výzkumu s klinickou psychiatrií na Výzkumném institutu armády Waltera Reeda , který začal v 50. letech minulého století. Ve stejném období založil Schmitt v rámci biologického oddělení na Massachusettském technologickém institutu výzkumný program neurovědy , který spojuje biologii, chemii, fyziku a matematiku. První samostatně stojící oddělení neurovědy (tehdy nazývané Psychobiologie) bylo založeno v roce 1964 na Kalifornské univerzitě v Irvine Jamesem L. McGaughem . Následovalo oddělení neurobiologie na Harvardské lékařské škole , které v roce 1966 založil Stephen Kuffler.

Pochopení neuronů a funkce nervového systému se v průběhu 20. století stalo stále přesnějším a molekulárnějším. Například v roce 1952 Alan Lloyd Hodgkin a Andrew Huxley představili matematický model pro přenos elektrických signálů v neuronech obřího axonu chobotnice, který nazývali „ akční potenciály “ a jak jsou iniciovány a šířeny, známé jako Model Hodgkin – Huxley . V letech 1961–1962 Richard FitzHugh a J. Nagumo zjednodušili Hodgkin – Huxley, v čem se nazývá model FitzHugh – Nagumo . V roce 1962 Bernard Katz modeloval neurotransmisi v prostoru mezi neurony známými jako synapse . Začátek v roce 1966, Eric Kandel a spolupracovníci zkoumali biochemické změny v neuronech spojené s učením a ukládáním paměti v Aplysii . V roce 1981 Catherine Morris a Harold Lecar zkombinovaly tyto modely v modelu Morris – Lecar . Taková stále více kvantitativní práce dala vzniknout četným modelům biologických neuronů a modelům neurálních výpočtů .

V důsledku rostoucího zájmu o nervový systém bylo během 20. století vytvořeno několik prominentních neurovědních organizací, které poskytují fórum všem neurovědcům. Například Mezinárodní organizace pro výzkum mozku byla založena v roce 1961, Mezinárodní společnost pro neurochemii v roce 1963, Evropská společnost pro mozek a chování v roce 1968 a Společnost pro neurovědu v roce 1969. V poslední době také vzrostla aplikace výsledků výzkumu neurovědy do aplikovaných oborů jako neuroekonomických , neuroeducation , neuroetika a neurolaw .

Postupem času prošel výzkum mozku filozofickou, experimentální a teoretickou fází, přičemž práce na simulaci mozku se předpokládá, že bude v budoucnosti důležitá.

Moderní neurověda

Lidský nervový systém

Vědecký výzkum nervového systému významně zvýšila v průběhu druhé poloviny dvacátého století, hlavně kvůli pokroky v molekulární biologii , elektrofyziologie a výpočetní neuroscience . To neurologům umožnilo studovat nervový systém ve všech jeho aspektech: jak je strukturován, jak funguje, jak se vyvíjí, jak špatně funguje a jak jej lze změnit.

Například je možné velmi podrobně porozumět komplexním procesům probíhajícím v rámci jednoho neuronu . Neurony jsou buňky specializované na komunikaci. Jsou schopni komunikovat s neurony a jinými typy buněk prostřednictvím specializovaných křižovatek nazývaných synapsí , při nichž lze přenášet elektrické nebo elektrochemické signály z jedné buňky do druhé. Mnoho neuronů vytlačuje dlouhé tenké vlákno axoplazmy zvané axon , které se může rozšířit do vzdálených částí těla a je schopno rychle přenášet elektrické signály, což ovlivňuje aktivitu jiných neuronů, svalů nebo žláz v jejich koncových bodech. Ze soustavy neuronů, které jsou navzájem propojeny, vychází nervový systém .

Nervový systém obratlovců lze rozdělit na dvě části: centrální nervový systém (definovaný jako mozek a mícha ) a periferní nervový systém . U mnoha druhů - včetně všech obratlovců - je nervový systém nejsložitějším orgánovým systémem v těle, přičemž většina složitosti spočívá v mozku. Jen lidský mozek obsahuje přibližně sto miliard neuronů a sto bilionů synapsí; skládá se z tisíců rozlišitelných substruktur, vzájemně propojených v synaptických sítích, jejichž složitost se teprve začala rozplétat. Nejméně jeden ze tří z přibližně 20 000 genů patřících do lidského genomu je exprimován převážně v mozku.

Vzhledem k vysokému stupni plasticity lidského mozku se struktura jeho synapsí a jejich výsledné funkce v průběhu života mění.

Pochopení dynamické složitosti nervového systému je obrovská výzkumná výzva. Nakonec by neurovědci chtěli porozumět každému aspektu nervového systému, včetně toho, jak funguje, jak se vyvíjí, jak špatně funguje a jak jej lze změnit nebo opravit. Analýza nervového systému se proto provádí na více úrovních, od molekulárních a buněčných úrovní po systémy a kognitivní úrovně. Specifická témata, která tvoří hlavní ohniska výzkumu, se v průběhu času mění díky stále se rozšiřující základně znalostí a dostupnosti stále sofistikovanějších technických metod. Vylepšení technologie jsou hlavními hnacími silami pokroku. Vývoj v elektronové mikroskopii , informatice , elektronice , funkčním neuroimagingu a genetice a genomice to vše byly hlavní hybné síly pokroku.

Molekulární a buněčná neurověda

Fotografie obarveného neuronu v kuřecím embryu

Základní otázky řešené v molekulární neurovědě zahrnují mechanismy, kterými neurony exprimují a reagují na molekulární signály a jak axony vytvářejí složité vzorce konektivity. Na této úrovni se používají nástroje z molekulární biologie a genetiky k pochopení toho, jak se neurony vyvíjejí a jak genetické změny ovlivňují biologické funkce. Morfologie , molekulární identitu, a fyziologické vlastnosti neuronů a jejich vztahu k různým typům chování jsou též značný význam.

Otázky řešené v buněčné neurovědě zahrnují mechanismy, jak neurony zpracovávají signály fyziologicky a elektrochemicky. Tyto otázky zahrnují, jak jsou signály zpracovávány neurity a somy a jak jsou neurotransmitery a elektrické signály používány ke zpracování informací v neuronu. Neurity jsou tenké rozšíření z těla neuronových buněk , skládající se z dendritů (specializovaných na příjem synaptických vstupů z jiných neuronů) a axonů (specializovaných na vedení nervových impulzů nazývaných akční potenciály ). Soma jsou buněčná těla neuronů a obsahují jádro.

Další hlavní oblastí buněčné neurovědy je zkoumání vývoje nervového systému . Otázky zahrnují vzorování a regionalizaci nervového systému, nervových kmenových buněk , diferenciaci neuronů a glií ( neurogeneze a gliogeneze ), migraci neuronů , axonální a dendritický vývoj, trofické interakce a tvorbu synapsí .

Výpočetní neurogenetické modelování se zabývá vývojem dynamických neuronálních modelů pro modelování mozkových funkcí s ohledem na geny a dynamické interakce mezi geny.

Neurální obvody a systémy

Navrhovaná organizace motoricko-sémantických neurálních obvodů pro porozumění akčnímu jazyku. Převzato z Shebani et al. (2013)

Otázky v systémových neurovědě zahrnují to, jak jsou neurální obvody formovány a používány anatomicky a fyziologicky k produkci funkcí, jako jsou reflexy , multisenzorická integrace , motorická koordinace , cirkadiánní rytmy , emoční reakce , učení a paměť . Jinými slovy, řeší, jak tyto neurální obvody fungují ve velkých mozkových sítích a mechanismy, pomocí kterých se generuje chování. Analýza na úrovni systému například řeší otázky týkající se konkrétních senzorických a motorických modalit: jak funguje vidění ? Jak se zpěvní ptáci učí nové písně a netopýři se lokalizují pomocí ultrazvuku ? Jak somatosenzorický systém zpracovává hmatové informace? Související obory neuroetologie a neuropsychologie řeší otázku, jak jsou neurální substráty základem specifického chování zvířat a lidí . Neuroendokrinologie a psychoneuroimunologie zkoumají interakce mezi nervovým systémem a endokrinním a imunitním systémem. Navzdory mnoha pokrokům je způsob, jakým sítě neuronů provádějí složité kognitivní procesy a chování, stále špatně pochopen.

Kognitivní a behaviorální neurověda

Kognitivní neurověda se zabývá otázkami, jak jsou psychologické funkce vytvářeny neurálními obvody . Vznik nových výkonných měřicích technik, jako je neuroimaging (např. FMRI , PET , SPECT ), EEG , MEG , elektrofyziologie , optogenetika a lidská genetická analýza v kombinaci se sofistikovanými experimentálními technikami z kognitivní psychologie, umožňuje neurovědcům a psychologům řešit abstraktní otázky, například jak kognice a emoce jsou mapovány na konkrétní nervové substráty. Ačkoli mnoho studií stále zastává redukcionistický postoj hledající neurobiologický základ kognitivních jevů, nedávný výzkum ukazuje, že existuje zajímavá souhra mezi neurovědeckými nálezy a konceptuálním výzkumem, které vyžadují a integrují obě perspektivy. Například neurovědecký výzkum empatie vyvolal zajímavou interdisciplinární debatu zahrnující filozofii, psychologii a psychopatologii. Neurovědecká identifikace více paměťových systémů souvisejících s různými oblastmi mozku zpochybnila myšlenku paměti jako doslovné reprodukce minulosti, což podporuje pohled na paměť jako generativní, konstruktivní a dynamický proces.

Neuroscience je také spojen se sociálními a behaviorálními vědami , stejně jako s rodícími se interdisciplinárními obory. Příklady takových aliancí zahrnují neuroekonomii , teorii rozhodování , sociální neurovědu a neuromarketing k řešení složitých otázek o interakcích mozku s jeho prostředím. Studie reakcí spotřebitelů například používá EEG ke zkoumání neurálních korelací spojených s narativním transportem do příběhů o energetické účinnosti .

Výpočetní neurověda

Otázky ve výpočetní neurovědě mohou pokrývat širokou škálu úrovní tradiční analýzy, jako je vývoj , struktura a kognitivní funkce mozku. Výzkum v této oblasti využívá matematické modely , teoretickou analýzu a počítačovou simulaci k popisu a ověření biologicky přijatelných neuronů a nervových systémů. Například modely biologických neuronů jsou matematické popisy rozšiřujících se neuronů, které lze použít k popisu chování jednotlivých neuronů i dynamiky neuronových sítí . Výpočetní neurověda je často označována jako teoretická neurověda.

Nanočástice v medicíně jsou univerzální při léčbě neurologických poruch a vykazují slibné výsledky při zprostředkování transportu léčiv přes hematoencefalickou bariéru . Implementace nanočástic v antiepileptických lécích zvyšuje jejich lékařskou účinnost zvýšením biologické dostupnosti v krevním řečišti a také nabídkou míry kontroly koncentrace času uvolnění. Ačkoli nanočástice mohou pomáhat terapeutickým léčivům úpravou fyzikálních vlastností k dosažení žádoucích účinků, v předběžných testech s léčivy často dochází k neúmyslnému zvýšení toxicity. Kromě toho je výroba nanomedicíny pro testování léčiv ekonomicky náročná, což brání pokroku v jejich zavádění. Výpočtové modely v nanoneurovědě poskytují alternativy ke studiu účinnosti léčiv na bázi nanotechnologií při neurologických poruchách a zároveň snižují potenciální vedlejší účinky a náklady na vývoj.

Nanomateriály často fungují v délkových měřítcích mezi klasickým a kvantovým režimem. Vzhledem k souvisejícím nejistotám v délkových stupnicích, které nanomateriály provozují, je obtížné před studiemi in vivo předvídat jejich chování. Klasicky jsou fyzikální procesy, které se vyskytují v neuronech, analogické s elektrickými obvody. Návrháři se zaměřují na takové analogie a modelují mozkovou aktivitu jako neurální obvod. Úspěch ve výpočetním modelování neuronů vedl k vývoji stereochemických modelů, které přesně předpovídají synapse na bázi acetylcholinového receptoru pracující v mikrosekundových časových měřítcích.

Ultrajemné nanočástice pro buněčné manipulace jsou tenčí než nejmenší jednostěnné uhlíkové nanotrubičky . Výpočetní kvantová chemie se používá k návrhu ultrajemných nanomateriálů s vysoce symetrickými strukturami k optimalizaci geometrie, reaktivity a stability.

Chování nanomateriálů dominují dlouholeté nelepivé interakce. Elektrochemické procesy, ke kterým dochází v celém mozku, generují elektrické pole, které může nechtěně ovlivnit chování některých nanomateriálů. Simulace molekulární dynamiky mohou zmírnit vývojovou fázi nanomateriálů a také zabránit nervové toxicitě nanomateriálů po klinických studiích in vivo. Testování nanomateriálů pomocí molekulární dynamiky optimalizuje nano charakteristiky pro terapeutické účely testováním různých podmínek prostředí, výroby tvarů nanomateriálů, vlastností povrchu nanomateriálů atd. Bez nutnosti experimentování in vivo. Flexibilita v molekulárně dynamických simulacích umožňuje lékařům přizpůsobit léčbu. Data související s nanočásticemi z translační nanoinformatiky spojují data specifická pro neurologické pacienty s předpovědí odpovědi na léčbu.

Neurověda a medicína

Neurologie , psychiatrie , neurochirurgie , psychochirurgie , anesteziologie a medicína bolesti , neuropatologie , neuroradiologie , oftalmologie , otolaryngologie , klinická neurofyziologie , medicína závislostí a spánková medicína jsou některé lékařské specializace, které se specificky zabývají chorobami nervového systému. Tyto termíny také odkazují na klinické obory zahrnující diagnostiku a léčbu těchto chorob.

Neurologie pracuje s chorobami centrálního a periferního nervového systému, jako je amyotrofická laterální skleróza (ALS) a cévní mozková příhoda , a jejich lékařskou léčbou. Psychiatrie se zaměřuje na afektivní , behaviorální, kognitivní a percepční poruchy. Anesteziologie se zaměřuje na vnímání bolesti a farmakologickou změnu vědomí. Neuropatologie se zaměřuje na klasifikaci a základní patogenní mechanismy onemocnění centrálního a periferního nervového systému a svalů s důrazem na morfologické, mikroskopické a chemicky pozorovatelné změny. Neurochirurgie a psychochirurgie pracují především s chirurgickou léčbou onemocnění centrálního a periferního nervového systému.

Implantáty umělých neuronů

Nedávné pokroky v technologii neuromorfních mikročipů vedly skupinu vědců k vytvoření umělého neuronu, který může při chorobách nahradit skutečné neurony.

Translační výzkum

Parasagitální MRI hlavy pacienta s benigní familiární makrocefalií

V poslední době se hranice mezi různými specializacemi stírají, protože jsou všechny ovlivněny základním výzkumem v neurovědě. Zobrazování mozku například umožňuje objektivní biologický vhled do duševních chorob, což může vést k rychlejší diagnostice, přesnější prognóze a lepšímu monitorování postupu pacienta v průběhu času.

Integrativní neurověda popisuje snahu kombinovat modely a informace z více úrovní výzkumu za účelem vytvoření soudržného modelu nervového systému. Například zobrazování mozku ve spojení s fyziologickými numerickými modely a teoriemi základních mechanismů může osvětlit psychiatrické poruchy.

Hlavní větve

Moderní vzdělávání v oblasti neurovědy a výzkumné činnosti lze velmi zhruba kategorizovat do následujících hlavních odvětví na základě předmětu a rozsahu systému zkoušek a odlišných experimentálních nebo kurikulárních přístupů. Jednotliví neurovědci však často pracují na otázkách, které pokrývají několik odlišných podoborů.

Seznam hlavních oborů neurovědy
Větev Popis
Afektivní neurověda Afektivní neurověda je studium nervových mechanismů zapojených do emocí, obvykle prostřednictvím experimentování na zvířecích modelech.
Behaviorální neurověda Behaviorální neurověda (také známá jako biologická psychologie, fyziologická psychologie, biopsychologie nebo psychobiologie) je aplikace principů biologie na studium genetických, fyziologických a vývojových mechanismů chování u lidí a nelidských zvířat.
Buněčná neurověda Buněčná neurověda je studium neuronů na buněčné úrovni včetně morfologie a fyziologických vlastností.
Klinická neurověda Vědecký výzkum biologických mechanismů, které jsou základem poruch a onemocnění nervového systému .
Kognitivní neurověda Kognitivní neurověda je studium biologických mechanismů, které jsou základem poznání.
Výpočetní neurověda Výpočetní neurověda je teoretická studie nervového systému.
Kulturní neurověda Kulturní neurověda je studie o tom, jak kulturní hodnoty, postupy a přesvědčení formují a formují mysl, mozek a geny v různých časových obdobích.
Vývojová neurověda Vývojová neurověda studuje procesy, které generují, formují a přetvářejí nervový systém, a snaží se popsat buněčný základ nervového vývoje s cílem řešit základní mechanismy.
Evoluční neurověda Evoluční neurověda studuje vývoj nervových systémů.
Molekulární neurověda Molekulární neurověda studuje nervový systém pomocí molekulární biologie, molekulární genetiky, proteinové chemie a souvisejících metodik.
Nanoneuroscience Interdisciplinární obor, který integruje nanotechnologie a neurovědy.
Neurální inženýrství Neurální inženýrství využívá inženýrské techniky k interakci, porozumění, opravám, výměně nebo vylepšování neurálních systémů.
Neuroanatomie Neuroanatomie je studium anatomie části nervové soustavy .
Neurochemie Neurochemie je studie o tom, jak neurochemikálie interagují a ovlivňují funkci neuronů.
Neuroethology Neuroethology je studium nervového základu chování jiných než lidských zvířat.
Neurogastronomy Neurogastronomy je studium chuti a toho, jak ovlivňuje vjem, poznávání a paměť.
Neurogenetika Neurogenetika je studium genetických základů vývoje a funkce nervového systému .
Neuroimaging Neuroimaging zahrnuje použití různých technik k přímému nebo nepřímému zobrazení struktury a funkce mozku.
Neuroimunologie Neuroimunologie se zabývá interakcemi mezi nervovým a imunitním systémem.
Neuroinformatika Neuroinformatika je disciplína v rámci bioinformatiky, která vede organizaci dat z neurovědy a aplikaci výpočetních modelů a analytických nástrojů.
Neurolingvistika Neurolingvistika je studium nervových mechanismů v lidském mozku, které řídí porozumění, produkci a osvojování jazyka.
Neurofyzika Neurofyzika je obor biofyziky zabývající se vývojem a využitím fyzikálních metod pro získávání informací o nervovém systému.
Neurofyziologie Neurofyziologie je studium fungování nervového systému, obecně pomocí fyziologických technik, které zahrnují měření a stimulaci elektrodami nebo opticky barvivy citlivými na ionty nebo napětí nebo kanály citlivé na světlo.
Neuropsychologie Neuropsychologie je disciplína, která sídlí pod záštitou psychologie a neurovědy a je zapojena do aktivit v oblasti základní i aplikované vědy. V psychologii je nejtěsněji spojen s biopsychologií , klinickou psychologií , kognitivní psychologií a vývojovou psychologií . V neurovědě je nejvíce úzce spojena s kognitivními, behaviorálními, sociálními a afektivními neurovědy. V aplikované a lékařské oblasti souvisí s neurologií a psychiatrií.
Paleoneurobiologie Paleoneurobiologie je obor, který kombinuje techniky používané v paleontologii a archeologii ke studiu evoluce mozku, zejména lidského mozku.
Sociální neurověda Sociální neurověda je interdisciplinární obor věnovaný porozumění tomu, jak biologické systémy implementují sociální procesy a chování, a používání biologických konceptů a metod k informování a upřesňování teorií sociálních procesů a chování.
Systémová neurověda Systémová neurověda je studium funkce neurálních obvodů a systémů.

Neurovědy

Největší profesionální neurovědecká organizace je Society for Neuroscience (SFN), která má sídlo ve Spojených státech, ale zahrnuje mnoho členů z jiných zemí. Od svého založení v roce 1969 SFN neustále roste: od roku 2010 eviduje 40 290 členů z 83 různých zemí. Každoroční setkání, která se konají každý rok v jiném americkém městě, se účastní vědci, postdoktorandi, postgraduální studenti a vysokoškoláci, vzdělávací instituce, finanční agentury, vydavatelé a stovky podniků, které dodávají produkty používané ve výzkumu.

Mezi další významné organizace zabývající se neurovědami patří Mezinárodní organizace pro výzkum mozku (IBRO), která se každoročně schází v zemi z jiné části světa, a Federace evropských neurovědních společností (FENS), která pořádá setkání každé dva roky jiné evropské město. FENS zahrnuje soubor 32 národních organizací, včetně British Neuroscience Association , German Neuroscience Society ( Neurowissenschaftliche Gesellschaft ) a francouzské Société des Neurosciences . První národní čestná společnost v neurovědě, Nu Rho Psi , byla založena v roce 2006. Existuje také řada neurovědních společností pro mládež, které podporují vysokoškoláky, absolventy a výzkumné pracovníky na počátku kariéry, například Simply Neuroscience a Project Encephalon.

V roce 2013 byla v USA vyhlášena iniciativa BRAIN . Mezinárodní iniciativa pro mozek byla vytvořena v roce 2017 a v současné době je integrována více než sedmi národními iniciativami v oblasti výzkumu mozku (USA, Evropa , Allenův institut , Japonsko , Čína , Austrálie, Kanada, Korea a Izrael) na čtyřech kontinentech.

Veřejné vzdělávání a dosah

Kromě provádění tradičního výzkumu v laboratorních podmínkách se neurovědci podílejí také na podpoře povědomí a znalostí o nervovém systému mezi širokou veřejností a vládními úředníky. Takové propagace byly prováděny jak jednotlivými neurovědci, tak velkými organizacemi. Jednotliví neurovědci například propagovali neurovědecké vzdělávání mezi mladými studenty organizováním International Brain Bee , což je akademická soutěž pro studenty středních a středních škol po celém světě. Ve Spojených státech podporovaly velké organizace, jako je společnost pro neurovědu, vzdělávání v oblasti neurovědy tím, že vyvinuly základ s názvem Brain Facts, spolupracovaly s učiteli veřejných škol na vývoji základních koncepcí neurovědy pro učitele a studenty K-12 a spolupořádaly kampaň s Dana Nadace s názvem Týden povědomí o mozku má zvýšit povědomí veřejnosti o pokroku a přínosech výzkumu mozku. V Kanadě se CIHR Canadian National Brain Bee každoročně koná na McMaster University .

Pedagogové z oblasti neurovědy založili v roce 1992 Fakultu pro vysokoškoláky v oboru neurovědy (FUN), aby sdíleli osvědčené postupy a poskytovali cestovní ceny studentům, kteří se představili na setkáních Společnosti pro neurovědu.

Neurovědci také spolupracovali s dalšími odborníky na vzdělávání na studiu a zdokonalování vzdělávacích technik za účelem optimalizace učení mezi studenty, nově vznikající oblasti zvané vzdělávací neurověda . Federální agentury ve Spojených státech, jako je National Institute of Health (NIH) a National Science Foundation (NSF), také financovaly výzkum, který se týká osvědčených postupů ve výuce a učení se neurovědeckých konceptů.

Inženýrské aplikace neurovědy

Neuromorfní počítačové čipy

Neuromorfní inženýrství je odvětví neurovědy, které se zabývá vytvářením funkčních fyzikálních modelů neuronů pro účely užitečného výpočtu. Vznikající výpočetní vlastnosti neuromorfních počítačů se zásadně liší od konvenčních počítačů v tom smyslu, že se jedná o složitý systém a že výpočetní komponenty jsou ve vzájemném vztahu bez centrálního procesoru.

Jedním příkladem takového počítače je superpočítač SpiNNaker .

Senzory mohou být také inteligentní s neuromorfní technologií. Příkladem toho je BrainScaleS (Multi-scale Computation v neuromorfních hybridních systémech inspirovaných mozkem) Event Camera , hybridní analogový neuromorfní superpočítač umístěný na univerzitě v Heidelbergu v Německu. Byl vyvinut jako součást neuromorfní počítačové platformy projektu Human Brain Project a je doplňkem superpočítače SpiNNaker, který je založen na digitální technologii. Architektura použitá v BrainScaleS napodobuje biologické neurony a jejich spojení na fyzické úrovni; navíc, protože komponenty jsou vyrobeny z křemíku, tyto modelové neurony pracují v průměru 864krát (24 hodin reálného času je 100 sekund v simulaci stroje) než jejich biologické protějšky.

Nobelovy ceny za neurovědu

Rok Pole ceny obraz Laureát Život Země Zdůvodnění Ref.
1904 Fyziologie Ivan Pavlov nobel.jpg Ivan Petrovič Pavlov 1849–1936 Ruské impérium „jako uznání jeho práce na fyziologii trávení, díky níž byly transformovány a rozšířeny znalosti o životně důležitých aspektech předmětu“
1906 Fyziologie Camillo Golgi nobel.jpg Camillo Golgi 1843–1926 Italské království „jako uznání jejich práce na struktuře nervového systému“
Cajal-Restored.jpg Santiago Ramón y Cajal 1852–1934 Restaurování (Španělsko)
1914 Fyziologie Robert Barany.jpg Robert Bárány 1876–1936 Rakousko-Uhersko „za jeho práci o fyziologii a patologii vestibulárního aparátu“
1932 Fyziologie Prof. Charles Scott Sherrington.jpg Charles Scott Sherrington 1857–1952 Spojené království „za jejich objevy týkající se funkcí neuronů“
Edgar Douglas Adrian nobel.jpg Edgar Douglas Adrian 1889–1977 Spojené království
1936 Fyziologie Henry Dale nobel.jpg Henry Hallett Dale 1875–1968 Spojené království „za jejich objevy týkající se chemického přenosu nervových vzruchů“
Otto Loewi nobel.jpg Otto Loewi 1873–1961 Rakousko
Německo
1938 Fyziologie Corneille Heymans nobel.jpg Corneille Jean François Heymans 1892–1968 Belgie „za objev úlohy, kterou hrají sinusové a aortální mechanismy při regulaci dýchání
1944 Fyziologie Joseph Erlanger nobel.jpg Joseph Erlanger 1874–1965 Spojené státy „za jejich objevy týkající se vysoce diferencovaných funkcí jednotlivých nervových vláken“
Herbert Spencer Gasser nobel.jpg Herbert Spencer Gasser 1888–1963 Spojené státy
1949 Fyziologie Walter Hess.jpg Walter Rudolf Hess 1881–1973 Švýcarsko „za objev funkční organizace mezimozku jako koordinátora činností vnitřních orgánů“
Moniz.jpg António Caetano Egas Moniz 1874–1955 Portugalsko „za objev terapeutické hodnoty leukotomie u určitých psychóz“
1957 Fyziologie Daniel Bovet nobel.jpg Daniel Bovet 1907–1992 Itálie „za jeho objevy týkající se syntetických sloučenin, které inhibují působení určitých tělesných látek, a zejména jejich působení na cévní systém a kosterní svaly“
1961 Fyziologie Georg von Békésy nobel.jpg Georg von Békésy 1899–1972 Spojené státy „za jeho objevy fyzického mechanismu stimulace uvnitř hlemýždě“
1963 Fyziologie John Carew Eccles 1903–1997 Austrálie „za jejich objevy týkající se iontových mechanismů zapojených do excitace a inhibice v periferních a centrálních částech membrány nervových buněk“
Alan Lloyd Hodgkin nobel.jpg Alan Lloyd Hodgkin 1914–1998 Spojené království
Andrew Fielding Huxley nobel.jpg Andrew Fielding Huxley 1917–2012 Spojené království
1967 Fyziologie Ragnar Granit2.jpg Ragnar Granit 1900–1991 Finsko
Švédsko
„za jejich objevy týkající se primárních fyziologických a chemických vizuálních procesů v oku“
Haldan Keffer Hartline nobel.jpg Haldan Keffer Hartline 1903–1983 Spojené státy
George Wald nobel.jpg George Wald 1906–1997 Spojené státy
1970 Fyziologie Julius Axelrod 1912–2004 Spojené státy „za jejich objevy týkající se humorálních vysílačů v nervových zakončeních a mechanismu jejich ukládání, uvolňování a inaktivace“
Ulf von Euler.jpg Ulf von Euler 1905–1983 Švédsko
Bernard Katz 1911–2003 Spojené království
1981 Fyziologie Roger Wolcott Sperry.jpg Roger W. Sperry 1913–1994 Spojené státy „za jeho objevy týkající se funkční specializace mozkových hemisfér
David H. Hubel 1926–2013 Kanada „za jejich objevy týkající se zpracování informací ve vizuálním systému
Torsten Wiesel-7Nov2006.jpg Torsten N.Wiesel 1924 - Švédsko
1986 Fyziologie Stanley Cohen-Biochemist.jpg Stanley Cohen 1922–2020 Spojené státy „za objevy růstových faktorů
Rita Levi Montalcini.jpg Rita Levi-Montalcini 1909–2012 Itálie
1997 Chemie Skou2008crop.jpg Jens C. Skou 1918–2018 Dánsko „za první objev enzymu transportujícího ionty Na + , K + -ATPase“
2000 Fyziologie Arvid Carlsson 2011a.jpg Arvid Carlsson 1923–2018 Švédsko „za jejich objevy týkající se přenosu signálu v nervovém systému
Paul Greengard.jpg Paul Greengard 1925–2019 Spojené státy
Eric Kandel od aquaris3.jpg Eric R. Kandel 1929– Spojené státy
2003 Chemie Roderick MacKinnon Roderick MacKinnon 1956– Spojené státy „za objevy týkající se kanálů v buněčných membránách [...] za strukturální a mechanistické studie iontových kanálů“
2004 Fyziologie Richard Axel.jpg Richard Axel 1946– Spojené státy „za objevy receptorů pro pachy a organizaci čichového systému
LindaBuck ořízl 1.jpg Linda B. Bucková 1947– Spojené státy
2014 Fyziologie John O'Keefe (neurovědec) 2014b.jpg John O'Keefe 1939– Spojené státy
Spojené království
„za objev buněk, které tvoří polohovací systém v mozku“
Květen-Britt Moser 2014.jpg May-Britt Moser 1963– Norsko
Edvard Moser.jpg Edvard I. Moser 1962– Norsko
2017 Fyziologie Jeffrey C. Hall EM1B8737 (38162359274) .jpg Jeffrey C. Hall 1939– Spojené státy „za objev molekulárních mechanismů ovládajících cirkadiánní rytmus
Michael Rosbash EM1B8756 (38847326642) .jpg Michael Rosbash 1944– Spojené státy
Michael W. Young D81 4345 (38162439194) .jpg Michael W. Young 1949– Spojené státy
2021 Fyziologie Davidjuliuswithsnake.jpg David Julius 1955– Spojené státy „za objevy receptorů pro teplotu a dotek“
Ardem Patapoutian 1967– Libanon

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy