Integracyjna neuronauka - Integrative neuroscience

Neuronauka integracyjna to nauka o neuronauce, której celem jest ujednolicenie danych organizacji funkcjonalnej w celu lepszego zrozumienia złożonych struktur i zachowań. Związek między strukturą a funkcją oraz jak regiony i funkcje łączą się ze sobą. Różne części mózgu wykonują różne zadania, łącząc się ze sobą, umożliwiając złożone zachowanie. Neuronauka integracyjna pracuje nad wypełnieniem luk w wiedzy, które w dużej mierze można osiągnąć dzięki udostępnianiu danych, aby uzyskać zrozumienie systemów, obecnie stosowanych w neuronauce symulacyjnej : Modelowanie komputerowe mózgu, które integruje grupy funkcjonalne.

Przegląd

Korzenie integracyjnej neuronauki wywodzą się ze szkoły biologii relacyjnej Rashevsky-Rosen, która matematycznie charakteryzuje organizację funkcjonalną poprzez abstrahowanie struktury (tj. fizyki i chemii). Został on dodatkowo rozszerzony przez Chauveta, który wprowadził integrację hierarchiczną i funkcjonalną.

Integracja hierarchiczna ma charakter strukturalny i obejmuje dynamiczną ciągłość czasoprzestrzenną w przestrzeni euklidesowej, aby doprowadzić do organizacji funkcjonalnej, a mianowicie.

Organizacja hierarchiczna + Integracja hierarchiczna = Organizacja funkcjonalna

Jednak integracja funkcjonalna jest relacyjna i jako taka wymaga topologii nie ograniczonej do przestrzeni euklidesowej, ale raczej zajmującej przestrzenie wektorowe. Oznacza to, że dla dowolnej organizacji funkcjonalnej metody analizy funkcjonalnej umożliwiają odwzorowanie organizacji relacyjnej przez integrację funkcjonalną, tj. .

Organizacja funkcjonalna + Integracja funkcjonalna = Organizacja relacyjna

Zatem integracja hierarchiczna i funkcjonalna pociąga za sobą „neurobiologię semantyki poznawczej”, w której organizacja hierarchiczna jest powiązana z neurobiologią, a organizacja relacyjna jest powiązana z semantyką poznawczą. Organizacja relacyjna odrzuca sprawę; „funkcja dyktuje strukturę”, stąd pociąga za sobą aspekty materialne, podczas gdy w redukcjonizmie związek przyczynowy między strukturą a dynamiką pociąga za sobą funkcję, która omija integrację funkcjonalną, ponieważ w strukturze nie ma związku przyczynowego w mózgu integracji hierarchicznej.

Jeśli neuronaukę integracyjną bada się z punktu widzenia funkcjonalnej organizacji poziomów hierarchicznych, to definiuje się ją jako przyczynowe wywoływanie w mózgu integracji hierarchicznej. Jeśli bada się ją z punktu widzenia organizacji relacyjnej, to definiuje się ją jako ciągłość semantyczną w mózgu integracji funkcjonalnej.

Ma na celu przedstawienie badań organizacji funkcjonalnej poszczególnych systemów mózgowych w skali poprzez integrację hierarchiczną prowadzącą do typowych dla gatunku zachowań w stanach normalnych i patologicznych. W związku z tym integracyjna neuronauka ma na celu ujednolicone zrozumienie funkcji mózgu w skali.

Teza o ciągłości umysłu Spiveya rozszerza neuronaukę integracyjną na dziedzinę psychologii ciągłości.

Motywacja

Wraz z gromadzeniem danych kończy się na odpowiednich specjalizacjach z bardzo niewielkim nakładaniem się. Dzięki stworzeniu znormalizowanej zintegrowanej bazy danych danych z neuronauki można uzyskać modele statyczne, które w innym przypadku nie byłyby możliwe, na przykład zrozumienie i leczenie zaburzeń psychicznych.

Zapewnia ramy do łączenia wielkiej różnorodności specjalizacji we współczesnej neuronauce , w tym:

Ta różnorodność jest nieunikniona, ale prawdopodobnie stworzyła pustkę: zaniedbanie podstawowej roli układu nerwowego w umożliwianiu zwierzęciu przetrwania i prosperowania. Integracyjna neuronauka ma na celu wypełnienie tej postrzeganej pustki.

metody eksperymentalne

Identyfikowanie różnych regionów mózgu za pomocą metod korelacji i przyczynowych, łącznie przyczynia się do ogólnej mapy funkcji mózgu i lokalizacji. Wykorzystanie różnych danych zebranych za pomocą różnych metod łączy się, aby stworzyć lepiej połączone i integracyjne rozumienie mózgu.

Korelacja

Związek między stanami mózgu a stanami behawioralnymi. Obserwowane poprzez różnice przestrzenne i czasowe. Ten punkt stykowy znajduje się w mózgu, na który wpływa działanie lub bodziec, oraz czas reakcji. Narzędzia używane do tego to fMRI i EEG, więcej informacji poniżej.

Funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego

Funkcjonalne obrazowanie rezonansem magnetycznym (fMRI) mierzy odpowiedź zależną od tlenu we krwi (BOLD) , wykorzystując rezonans magnetyczny do obserwacji obszarów natlenionych krwi . Obszary aktywne są związane ze zwiększonym przepływem krwi, prezentując zależność korelacji. Przestrzenna lokalizacja fMRI umożliwia uzyskanie dokładnych informacji aż do jąder i obszarów Brodmanna . Niektóre czynności, takie jak układ wzrokowy, są tak szybkie, że trwają tylko ułamki sekund, podczas gdy inne funkcje mózgu, takie jak pamięć, mogą zająć dni lub miesiące. fMRI mierzy w ciągu kilku sekund, co utrudnia pomiar niezwykle szybkich procesów.

Elektroencefalografia

Elektroencefalografia (EEG) pozwala zobaczyć aktywność elektryczną mózgu w czasie, może jedynie mierzyć reakcje na prezentowane bodźce, bodźce prezentowane przez eksperymentatora. wykorzystuje czujniki elektrod umieszczone na powierzchni czaszki do pomiaru synchronicznego wyładowania neuronów. Nie może być pewności, że aktywność jest spowodowana bodźcami, a jedynie korelacją między daną funkcją a obszarem mózgu. EEG mierzy ogólne zmiany w szerokich regionach, ale brakuje im szczegółowości.

Przyczynowy

Aktywność mózgu jest bezpośrednio spowodowana stymulacją określonego regionu, co udowodniono eksperymentalnie.

TMS

TMS ( przezczaszkowa stymulacja magnetyczna ) wykorzystuje cewkę magnetyczną uwalniającą impuls pola magnetycznego, który aktywuje aktywność w określonym obszarze mózgu. Jest to przydatne w pobudzaniu określonego obszaru w korze mózgowej i rejestrowaniu pojawiających się w rezultacie MEP (Motor Evoked Potentials). Daje pewne związki przyczynowe, ale ogranicza się do kory, uniemożliwiając dotarcie głębiej niż powierzchnia mózgu.

Badania zmian

Kiedy pacjenci mają naturalne zmiany, jest to okazja do obserwowania, jak zmiana w danym regionie wpływa na funkcjonalność. Lub w eksperymentach innych niż ludzie, zmiany mogą być tworzone przez usunięcie części mózgu. Metody te nie są odwracalne, w przeciwieństwie do technik badania mózgu, i nie pokazują dokładnie, co ta część mózgu jest wyłączona z powodu zakłócenia homeostazy w mózgu. W przypadku uszkodzenia permeacyjnego mózg chemicznie dostosowuje się i przywraca homeostazę. Poleganie na naturalnych zjawiskach ma niewielką kontrolę nad takimi zmiennymi, jak lokalizacja i rozmiar. A w przypadkach uszkodzeń w wielu obszarach zróżnicowanie nie jest pewne przy braku masowych danych.

Stymulacja elektrodowa

Mapowanie stymulacji korowej , inwazyjna operacja mózgu, która bada obszar kory w celu powiązania różnych obszarów z funkcją. Zwykle występuje podczas operacji na otwartym mózgu, gdzie elektrody są umieszczane w obszarach i wykonywane są obserwacje. Metoda ta jest ograniczona liczbą pacjentów poddawanych operacji otwartego mózgu, którzy wyrażają zgodę na takie eksperymenty oraz tym, jaki obszar mózgu jest operowany. Wykonywany również u myszy z pełnym zasięgiem w mózgu.

Aplikacje

Projekt ludzkiego mózgu

Od "dekady mózgu" nastąpiła eksplozja wglądu w mózg i jego zastosowania w większości dziedzin medycyny. Wraz z tą eksplozją coraz bardziej dostrzega się potrzebę integracji danych z różnych badań, modalności i poziomów zrozumienia. Konkretny przykład wartości udostępniania danych na dużą skalę dostarczył projekt Human Brain Project .

Medyczny

Uznano znaczenie integracji informacji mózgowych na dużą skalę dla nowych podejść do medycyny. Zamiast polegać głównie na informacjach o objawach, ostatecznie konieczne może być połączenie informacji z mózgu i genu, aby zrozumieć, jakie leczenie najlepiej pasuje do konkretnej osoby.

Behawioralne

Istnieje również praca badająca trendy empatii i zachowań społecznych, aby lepiej zrozumieć, jak empatia odgrywa rolę w naukach behawioralnych oraz jak mózg reaguje na empatię, wytwarza empatię i rozwija empatię z biegiem czasu. Połączenie tych jednostek funkcjonalnych z zachowaniami społecznymi i wpływem działa w celu lepszego zrozumienia złożonych zachowań, które tworzą ludzkie doświadczenie.

Bibliografia

Linki zewnętrzne