Neurovidenskab

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Neurovidenskab (mere sjældent også ental: neurovidenskab ) er de videnskabelige forskningsområder, hvor nervesystemernes struktur og funktion undersøges. På grund af de mange forskellige anvendte metoder udføres neurovidenskabelig forskning af forskere fra mange forskellige discipliner som fysiologi , psykologi , medicin , biologi , datalogi eller matematik . [1] Ofte er der også samarbejde med beslægtede videnskabelige områder såsom informationsteknologi , datalogi eller robotik .

Hjerneforskningens historie

Fund fra det tidlige Egypten viser, at kirurgiske indgreb i centralnervesystemet blev udført for 5000 år siden. Omkring 70 procent af kranierne, hvor der er tegn på sådanne indgreb, har ændret sig biologisk efter operationen, hvilket indikerer, at patienten overlevede operationen i måneder eller år.

Omkring 500 f.Kr. Alkmaion af Croton siges at have været den første til at opdage optiske nerver og andre sensoriske nerver. Alkmaion udviklede ideen om, at nerverne er hule og omslutter et medium ( kenon ), der leder det sanseindtryk til hjernen. Hippokrates i Kos erkendte, at hjernen fungerer som sættet for fornemmelse og intelligens. Omkring 129-216 e.Kr. blev funktionerne i de enkelte nervebaner beskrevet af Galen .

Denne artikel eller det følgende afsnit er ikke tilstrækkeligt forsynet med dokumentation ( f.eks. Individuelle beviser ). Oplysninger uden tilstrækkeligt bevis kunne snart fjernes. Hjælp venligst Wikipedia ved at undersøge oplysningerne og inkludere gode støttedokumenter.

Kendskab til vesteuropæisk hjerneforskning faldt bag antikken i middelalderen. Forskningen inden for det europæiske område beskæftigede sig primært med klosterurt.

De første sektioner blev udført under renæssancen. Italieneren Giovanni Alfonso Borelli (1608–1679) satte spørgsmålstegn ved eksistensen af ​​en gasformig spiritus animalis for første gang. I stedet mistænkte han eksistensen af ​​en væske, succus nerveus , som blev presset ind i ekstremiteterne af de hule nerver og skulle fremkalde handlingerne i henhold til pneumatiske principper.

Det faktum, at elektriske impulser strømmer via nerver, blev først beskrevet i 1700 -tallet. Et andet vigtigt fund i 1700 -tallet var, at hjernebarken er funktionelt struktureret. Fra 1800 -tallet og fremefter gjorde forskning i hjernens anatomi også hurtige fremskridt. I det stadig unge 21. århundrede udvikler neurovidenskaben primært metodologisk.

Forskningsfelt

Forskningsområdet inden for neurovidenskab er nervesystemernes rolle af enhver art i den overordnede udførelse af livsprocesser for biologiske organismer.

I detaljer handler neurovidenskaben om analysen af ​​strukturen og funktionen af ​​de centrale enheder i alle nervesystemer, neuronerne og andre celletyper som især glialceller . Særegenhederne og virkningerne af netværk af disse celler til dannelse af neurale netværk i komplekse nervesystemer undersøges. Eksempler herpå er det diffuse nervesystem af hule dyr , den rebstige nervesystem af leddyr og centralnervesystemet af hvirveldyr .

Forskning retninger i neurovidenskab, som primært beskæftiger sig med undersøgelsen af strukturen og udførelsen af de hjerner af primater (dvs. mennesker og aber ), er ofte sammenfattet i dagligdags vilkår som hjernen eller hjerneforskning.

Udover grundlæggende eksperimentel forskning udføres der også medicinsk synsvinkel forskning i årsager og mulige helbredelser for nervøse sygdomme som Parkinsons , Alzheimers eller demens . Neurovidenskaben undersøger også kognitiv informationsbehandling (neurale processer i opfattelse , tidligere traditionelt omtalt som " mentale " fænomener) samt oprindelsen og forløbet af følelsesmæssige reaktioner eller brede fænomener som bevidsthed og hukommelse .

I de seneste årtier har der været talrige, delvist institutionelt forankrede samarbejder mellem neurovidenskabsfolk og forskere fra andre discipliner, hvor de nærmeste forhold er til repræsentanter for kognitiv videnskab , psykologi og sindets filosofi .

Discipliner

Neuromarketing : En reklamemeddelelse stimulerer hypothalamus

Neurovidenskaberne undgår forsøget på at opdele dem skarpt i underområder efter forskellige kriterier. Det er rigtigt, at disciplinerne i første omgang kunne klassificeres i henhold til de mikroskopiske og makroskopiske hierarkiniveauer (molekyler, celler, cellestruktur, netværk, adfærd ), men neurovidenskab har en tendens til at tage et mere funktionelt perspektiv. Det betyder, at den funktionelle rolle af et mikroskopisk element for et (makroskopisk) system for det meste undersøges et eller flere niveauer ovenfor.

Følgende er en mulig grov opdeling af neurovidenskaberne i henhold til niveauerne i fire forskellige discipliner:

Kognitiv neurovidenskab
Neuropsykoanalyse
  • Klinisk-medicinske emner

Neurobiologi beskæftiger sig hovedsageligt med de molekylære og cellebiologiske basics i neurovidenskaberne. Andre discipliner, der arbejder på dette niveau, er de neurovidenskabelige grene af biokemi , molekylærbiologi , genetik og epigenetik , men også cellebiologi , histologi og anatomi og udviklingsbiologi . Den - kontroversielt diskuterede - plante -neurobiologi omhandler udvidelse af neurovidenskabelig viden fra zoologi til at omfatte planter .

Neurofysiologi er i centrum for neurovidenskaberne . Selvom fysiologi normalt er en subdisciplin af biologi, har den en særlig rolle i neurovidenskaben i den neuronale aktivitet og dermed falder "nervesproget" under neurofysiologiens domæne. Neurofysiologi kan inddeles i elektrofysiologi og sensorisk fysiologi , men er også tæt forbundet med neurofarmakologi , neuroendokrinologi og toksikologi .

Kognitiv neurovidenskab indtager en central plads på et højere niveau. Det omhandler de neurale mekanismer, der ligger til grund for kognitive og psykologiske funktioner. Så hun er primært interesseret i den højere ydeevne i hjernen såvel som i dens underskud.

I 2000 gav kendte neurovidenskabsfolk et internationalt samarbejde med psykoanalysen en platform ved at stifte et separat specialforening, som de kaldte The Neuropsychoanalysis Association . [2]

De klinisk-medicinske emner beskæftiger sig med patogenesen , diagnosen og behandlingen af sygdomme i hjernen og omfatter neurologi , neuropatologi , neuroradiologi og neurokirurgi samt biologisk psykiatri og klinisk neuropsykologi .

Metoder

Metoderne for neurovidenskab er i første omgang forskellige i deres anvendelighed på mennesker. For at studere det menneskelige nervesystem anvendes overvejende ikke-invasive metoder , dvs. metoder, der ikke skader systemet. I særlige tilfælde og i dyreforsøg anvendes også invasive procedurer . Et undtagelsestilfælde er f.eks. Læsionsundersøgelser, som giver information om lokalisering af funktioner gennem en systematisk sammenligning af beskadigede hjerner. Skaden udføres dog ikke målrettet, men patienter med hjerneskader eller slagtilfælde danner grundlaget for undersøgelsen.De vigtigste neurovidenskabelige metoder er anført nedenfor.

  • Psykofysik beskæftiger sig udelukkende med at måle hjernens evner som et overordnet kompleks i det levende væsen. Det giver spor til de muligheder, et levende væsen har. Psykofysik bringes ofte sammen med anatomi, når der udføres læsionsstudier. Patienter med hjernelæsioner f.eks. B. efter et slagtilfælde sammenlignes med raske mennesker. Sammenligningen af ​​de (psykofysiske) muligheder for to neuronale systemer med en intakt eller beskadiget hjerne gør det muligt at vurdere det beskadigede hjernens rolle for evner og evner. Læsionsstudierne har imidlertid den ulempe, at skadens placering først kunne bestemmes efter patientens død. De var derfor meget kedelige, men i lang tid dannede de grundlaget for alle neurovidenskabelige undersøgelser og begrænsede den hastighed, hvormed neurovidenskabelig viden blev opnået. I deres metodologi spiller nervecellernes aktivitet ikke en direkte rolle i, at undersøgelsens fokus ikke er nervecellen, men hele det levende væsens system.
  • Med udviklingen af ​​enheder, der direkte eller indirekte giver oplysninger om hjernens aktivitet, ændredes også undersøgelsernes art. Udviklingen af elektroencefalografi (EEG) gør det muligt at se hjernen indirekte, mens den arbejder. Aktiviteten af ​​nerveceller skaber et elektrisk felt, der kan måles uden for kraniet. Da et magnetfelt også forplanter sig ortogonalt til ethvert elektrisk felt, kan dette også måles Denne metode er kendt som magnetoencefalografi (MEG). Begge metoder har det tilfælles, at de gør det muligt at måle aktiviteten af ​​store celleklynger med en høj tidsopløsning og dermed opnå information om sekvensen af ​​behandlingstrin. Den rumlige opløsning er moderat, men alligevel giver det forskere mulighed for at få viden om placeringen og tidspunktet for neuronale procestrin i levende mennesker.
  • Computertomografi (CT) har gjort det muligt at bestemme placeringen og omfanget af en læsion hos en levende patient. Dette gjorde læsionsstudier hurtigere og mere præcise, da hjernen kan scannes umiddelbart efter beskadigelse og skadens anatomi allerede kan give oplysninger om mulige (kognitive) underskud, som derefter kan studeres målrettet. En anden bivirkning er det faktum, at hjernen deformeres fra skader på patientens død, hvilket gør det svært at bestemme den nøjagtige anatomi af skaden. Denne deformation spiller ikke en rolle i CT, for så vidt tiden mellem skader og tomografi normalt er kort. Dette gælder også for magnetisk resonansbilleddannelse (MRT / MRI, også kendt som magnetisk resonansbilleddannelse). Begge metoder har god til meget god rumlig opløsning, men tillader ikke at drage konklusioner om nervecellernes aktivitet. De repræsenterer fortsættelsen af ​​læsionsstudierne.
  • Funktionelle undersøgelser, dvs. undersøgelser, der undersøger funktionen af ​​visse hjerneområder, blev først mulige, når der blev udviklet billeddannelsesmetoder, hvis målte signalstyrke ændres afhængigt af hjerneområdernes aktivitet. Disse metoder inkluderer positronemissionstomografi (PET), computertomografi med enkelt fotonemission (SPECT) og funktionel magnetisk resonans -tomografi (fMRI / fMRI). De genererer alle et signal med moderat til god rumlig opløsning, men har den ulempe, at de praktisk talt er blinde for den tidsmæssige sekvens af neurale processer (i millisekundområdet). En relativt ny metode er ikke-invasiv nær-infrarød spektroskopi , som har god tidsopløsning, men kun kan forestille små områder af hjernen. I modsætning til andre funktionelle metoder kan den dog bruges som en EEG -mobil og i naturlige omgivelser.
  • I dyremodelsystemer eller i kliniske undersøgelser bruges også invasive metoder , der specifikt ændrer nervesystemets egenskaber eller forårsager skade eller skader ved måling. På globalt plan ændrer især farmakologiske midler egenskaberne af neuroner eller andre mekanismer, der er relevante for neuronal aktivitet, plasticitet eller udvikling. Ved farmakologisk intervention afhængigt af stoffet kan et hjerneområde påvirkes eller fuldstændigt ødelægges, eller kun en meget specifik kanal eller receptortype af neuronal cellemembran kan påvirkes i hele hjernen. Den farmakologiske intervention er derfor både en global og en specifik funktionel metode. Psykofysik, elektrofysiologi eller (post mortem) histologi bruges normalt til at måle virkningerne af interventionen.
  • Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) gør det muligt at slukke områder af hjernen i en kort periode. Selvom det er invasivt, bruges det også til mennesker, da det ikke forventes at forårsage permanent skade. Ved hjælp af et stærkt magnetfelt induceres elektricitet smertefrit i hele områder af hjernen, hvis aktivitet ikke har noget at gøre med områdernes normale opgave. Man taler derfor nogle gange om en midlertidig læsion . Læsionens varighed er normalt i millisekundsområdet og tillader derfor indsigt i sekvensen af ​​neuronale processer. Med gentagen transkraniel magnetisk stimulering (rTMS), på den anden side, slukkes områder i hjernen ved gentagen stimulering i minutter ved at bruge en beskyttende mekanisme i hjernen. Den gentagne samtidige stimulering af hele hjerneområder får hjernen til at tro, at et epileptisk anfald er nært forestående. Som en modreaktion undertrykkes aktiviteten af ​​det stimulerede hjerneområde for at forhindre excitation i at sprede sig. Den midlertidige læsion, der er skabt på denne måde, varer nu i et par minutter. Den rumlige opløsning er moderat, den tidsmæssige opløsning meget god for TMS og dårlig for rTMS.
  • Ved hjælp af elektrisk stimulering af kortikale områder, som med TMS, kan behandlingen af ​​nerveimpulser i visse områder af hjernen kortvarigt påvirkes eller slukkes helt. I modsætning til TMS åbnes imidlertid kraniet til dette formål (da der skal påføres betydeligt stærkere, smertefulde strømme uden for kraniet), og en elektrode implanteres i et hjerneområde af interesse. Dette muliggør en meget mere præcis rumlig bestemmelse af de berørte områder. Elektrisk stimulering bruges hovedsageligt i neurokirurgi til at bestemme de sprogcentre, der ikke må beskadiges under operationer, men også i dyremodeller for at kunne påvirke neural aktivitet på kort sigt.
  • Elektrofysiologi virker i den modsatte retning, som i stedet for at inducere strømme i hjernen måler elektriske signaler fra individuelle celler eller celleklynger. Her skelnes der mellem in vivo og in vitro eksperimenter. I in vivo -forsøg placeres elektroder i et levende dyrs hjerne, enten ved permanent at implantere dem (kronisk implantat) eller kun midlertidigt i områder af hjernen af ​​interesse (akut forsøg). Kroniske implantater gør det muligt at studere hjernens aktivitet hos et dyr, der opfører sig normalt. In vitro -forsøg undersøger cellers elektriske aktivitet og udføres ikke på levende dyr, men kun på hjernevæv. Vævets aktivitet svarer ikke til dyrets normale adfærd, men teknikker som patch-clamp-teknikken gør det muligt at drage langt mere præcise konklusioner om neuronernes egenskaber i et hjerneområde, da disse kan studeres systematisk .
  • Mikroskopi har altid været vigtigt for at studere den morfologiske struktur af hjernevæv. Nyere teknikker, især multiphotonmikroskopi og konfokalmikroskopi, tillader en tidligere ikke forestillet rumlig opløsning. Individuelle neuroner kan måles i 3D, og ​​morfologiske ændringer kan studeres i detaljer. Funktionelle undersøgelser kan også udføres ved brug af ionfølsomme eller spændingsfølsomme farvestoffer.
  • Teoretisk neurovidenskab forsøger at forstå de principper og mekanismer, der ligger til grund for nervesystemets udvikling, organisation, informationsbehandling og mentale evner med matematiske modeller. Med teorien om dynamiske systemer bruges tilgange fra fysik og matematik. Mange problemer kan ikke løses analytisk og skal derfor simuleres numerisk. Feltet computational neuroscience kan forstås som en forskningsgren inden for teoretisk neurovidenskab, hvor computere bruges til at simulere modeller. Da dette for det meste er tilfældet, bruges udtrykkene "teoretisk neurovidenskab" og "beregningsmæssig neurovidenskab" ofte synonymt. [1]
  • Geneteknikkerne tilbyder yderligere områder inden for neurovidenskab på celleniveau. Med deres hjælp kan meget specifikke gener slettes (f.eks. Knockout -mus ), modificeres eller implementeres ( f.eks. Gal4 / UAS -system ) i forsøgsdyr for at observere deres betydning for nervesystemet. Næsten alle de ovennævnte metoder kan bruges på sådanne mutanter eller transformanter. En specialitet er optogenetik , hvor genetisk modificerede celler kan aktiveres eller hæmmes ved bestråling med lys. Det gør det også muligt at observere aktiviteten af ​​hele populationer af bestemte celletyper under lysmikroskopet. [3]

litteratur

Udsend rapporter

Weblinks

Wiktionary: Neurovidenskab - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser

Individuelle beviser

  1. ↑ a b Trappenberg, Thomas P.: Fundamentals of Computational Neuroscience . 2. udgave. Oxford University Press, Oxford 2010, ISBN 978-0-19-956841-3 .
  2. ^ Neuropsykoanalyse. Hentet den 22. maj 2018 (engelsk): "Neuropsychoanalysis Association er et internationalt netværk af almennyttige organisationer, der understøtter en dialog mellem neurovidenskaberne og psykoanalysen."
  3. ^ Deisseroth, Karl: 10 års mikrobielle opsins inden for neurovidenskab . I: Nature Neuroscience . 18, nr. 9, 2015, s. 1213-1225. doi : 10.1038 / nn.4091 .
Hentet fra " https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Neurowwissenschaften&oldid=209166341 "