Нейрофизика - Neurophysics

Нейрофизика (или же нейробиофизика) является ветвью биофизика занимается разработкой и использованием физические методы получить информацию о нервная система на молекулярный уровень.[1] Нейрофизика - междисциплинарная наука, применяющая подходы и методы экспериментальной биофизики для изучения нервной системы. Нейрофизика стремится описывать различные виды деятельности мозга с помощью физики с целью их изучения и сочетания с другими. нейробиология чтобы лучше понять нейронные процессы. Изученные свойства в основном электрические, механический или же текучий. Термин «нейрофизика» - это чемодан из "нейрон " и "физика ".

Среди других примеров - теория внематочной потенциалы действия в нейронах с помощью Крамерс-Мойал расширение[2] и описание физических явлений, измеренных во время ЭЭГ используя дипольное приближение[3] использовать нейрофизику, чтобы лучше понять нейронную активность.

Методы записи

Старые методы регистрации активности мозга с использованием физических явлений уже широко распространены в исследование и лекарство. Электроэнцефалография (ЭЭГ) использует электрофизиология для измерения электрической активности мозга. Эта техника, с помощью которой Ганс Бергер первая зарегистрированная электрическая активность мозга человека в 1924 году [4], является неинвазивным и использует электроды, помещаемые на кожу головы пациента, для записи мозговой активности. По тому же принципу, электрокортикография (ЭКоГ) требуется краниотомия записывать электрическую активность прямо на кора головного мозга.

В последние десятилетия физики разработали технологии и устройства для изображения мозга и его активности. В Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), открытый Сэйдзи Огава в 1990 году[5], показывает изменения кровотока в головном мозге. На основе существующей техники медицинской визуализации Магнитно-резонансная томография (МРТ) и связь между нейронной активностью и мозговым кровотоком, этот инструмент позволяет ученым изучать деятельность мозга, когда она запускается контролируемой стимуляцией. Другой метод, Двухфотонная микроскопия (2P), изобретенный Винфрид Денк (за что был награжден Премия Brain в 2015 году[6]), Джон Х. Стриклер и Ватт В. Уэбб в 1990 г. Корнелл Университет[7], использует флуоресцентные белки и красители для изображения клетки мозга. Этот метод сочетает в себе двухфотонное поглощение, впервые предложенное авторами Мария Гепперт-Майер в 1931 г. с помощью лазеров. Сегодня этот метод широко используется в исследованиях и часто сочетается с генная инженерия изучить поведение определенного типа нейрон.

Теории сознания

Сознание - все еще неизвестный механизм, и теоретикам еще предстоит придумать физические гипотезы, объясняющие его механизмы. Некоторые теории полагаются на идею, что сознание можно объяснить нарушениями в мозговых электромагнитное поле генерируется потенциалы действия срабатывает во время мозговой активности[8]. Эти теории называются электромагнитные теории сознания. Другая группа гипотез предполагает, что сознание нельзя объяснить классическая динамика но с квантовая механика и его явления. Эти гипотезы объединены в идею квантовый разум и были впервые представлены Юджин Вигнер.

Институты нейрофизики

Награды

Среди цен, которыми награждаются нейрофизики за их вклад в неврологию и смежные области, наиболее заметной является Премия Brain, последние лауреаты которой Адриан Берд и Худа Зогби за «их новаторскую работу по картированию и пониманию эпигенетической регуляции мозга и идентификации гена, вызывающего синдром Ретта»[9]. Другими наиболее важными призами, которые могут быть присуждены нейрофизику, являются: Премия NAS в области неврологии, то Премия Кавли и в некоторой степени Нобелевская премия по физиологии и медицине. Можно отметить, что Нобелевская премия была присуждена ученым, которые разработали методы, которые во многом способствовали лучшему пониманию нервной системы, например: Neher и Сакманн в 1991 году для патч зажим, а также Лаутербур и Mansfield за их работу над Магнитно-резонансная томография (МРТ) в 2003 году.

Смотрите также

Книги

  • Вульфрам Герстнер и Вернер М. Кистлер, Пиковые модели нейронов, одиночные нейроны, популяции, пластичность, Издательство Кембриджского университета (2002) ISBN  0-521-89079-9 ISBN  0-521-81384-0
  • Олвин Скотт, Неврология: Учебник по математике, Биркхойзер (2002) ISBN  0-387-95403-1
  • Грабен, Питер; Чжоу, Чансон; Тиль, Марко; Куртс, Юрген (2008), «Основы нейрофизики», Лекции по суперкомпьютерным нейронаукам, Берлин, Гейдельберг: Springer, стр. 3–48, Дои:10.1007/978-3-540-73159-7, ISBN  978-3-540-73159-7

Рекомендации

  1. ^ Нуньес, Майкл; Нуньес, Пол; Шринивасан, Рамеш (01.01.2016), Электроэнцефалография (ЭЭГ): нейрофизика, экспериментальные методы и обработка сигналов, стр. 175–197, ISBN  9781482220971, получено 2018-06-30
  2. ^ Франк, Т. Д. (2007-01-08). «Расширение Крамерса – Мойала для стохастических дифференциальных уравнений с одиночной и множественной задержкой: приложения к финансовой физике и нейрофизике». Письма о физике A. 360 (4): 552–562. Дои:10.1016 / j.physleta.2006.08.062. ISSN  0375-9601.
  3. ^ "(PDF) Электроэнцефалография (ЭЭГ): нейрофизика, экспериментальные методы и обработка сигналов". ResearchGate. Получено 2020-11-05.
  4. ^ Хаас, Л. (2003). «Ганс Бергер (1873–1941), Ричард Кейтон (1842–1926) и электроэнцефалография». Журнал неврологии, нейрохирургии и психиатрии. 74 (1): 9. Дои:10.1136 / jnnp.74.1.9. ISSN  0022-3050. ЧВК  1738204. PMID  12486257.
  5. ^ Ogawa, S .; Ли, Т. М .; Nayak, A. S .; Глинн, П. (1990). «Чувствительный к оксигенации контраст в магнитно-резонансном изображении мозга грызунов в сильных магнитных полях». Магнитный резонанс в медицине. 14 (1): 68–78. Дои:10.1002 / mrm.1910140108. ISSN  0740-3194. PMID  2161986.
  6. ^ "Nokia Bell Labs: нейрофизические исследования". www.bell-labs.com. Получено 2020-11-16.
  7. ^ Denk, W .; Стриклер, Дж .; Уэбб, В. (1990). «Двухфотонная лазерная сканирующая флуоресцентная микроскопия». Наука. Дои:10.1126 / SCIENCE.2321027.
  8. ^ Макфадден, Дж. (1 января 2013 г.). "Теория поля CEMI, замыкающая петлю". Журнал исследований сознания: противоречия в науке и гуманитарных науках. 20 (1–2): 153–168. ISSN  1355-8250.
  9. ^ «Объявление премии Brain Prize 2020». Lundbeckfonden. Получено 2020-10-29.