معرفی نوروساینس یا علوم اعصاب (Neuroscience)

بازدیدها: ۴۳۵۷

علوم اعصاب، مطالعه علمی سیستم عصبی انسان است.در مورد نحوه عملکردسیستم عصبی(فیزیولوژی) ، چگونگی ساختار آن (آناتومی) و نحوه توسعه آن میباشد.دانشمندانی که خود را به علوم اعصاب اختصاص داده اند را دانشمندان اعصاب (Neuroscientists)  می نامند.

اکثریت دانشمندان اعصاب تحقیقات خود را بر روی مغز متمرکز می کنند و تاثیری که مغز بر روی عملکرد های شناختی و رفتار ها میگذارد.نوروساینس فقط به دنبال درک اینکه سیستم عصبی در حالت عادی چگونه کار میکند نیست بلکه به دنبال اینکه چگونه سیستم عصبی در افراد مبتلا به اختلالات مغز و اعصاب و روان ،کار می کند، هم میباشد.

پیشرفت اخیر در تکنولوژی های بیوسنسور، انتقال داده های بی سیم و الگوریتم های پردازش سیگنال موجب پیشرفت های غیر منتظره ای در علوم اعصاب شده اند .

دانشمندان علوم اعصاب در تلاش برای پیشرفت های علمی بر لایه های مختلف سیستم عصبی متمرکز میباشند. از سطوح مولکولی تا ارتباطات بین عصبی (انتقال سیناپتیک سیگنال)، هماهنگ سازی شبکه در مقیاس بزرگ و تعاملات مغز و بدن.

نوروساینس ترکیبی از رشته های پزشکی، زیست شناسی ،مهندسی،ژنتیک، ریاضیات، فلسفه علم،روان شناسی، هوش مصنوعی و کامپیوتر است. نوروساینس موجب درک عمیقی از اینکه چگونه بیش از ۱۰۰ میلیارد سلول عصبی در مغز انسان متولد می شوند،چگونه رشد میکنند و به یکدگیر متصل میشوند و چگونه یکی از پیچیده ترین ساختار های جهان را تشکیل می دهند(مغز) که وسیع تر و پیچیده تر از کهکشان هاست.

مغز و سیستم عصبی

در واقع، دانشمندان اعصاب تلاش خود را برای بینش عمیق تر به مغز محدود نمی کنند، بلکه تمام لایه های سیستم عصبی را پوشش می دهند.سیستم عصبی اساسا سیم کشی برق بدن را تشکیل می دهد، اجتماع پراکنده و پیچیده ای از سلول ها و اعصاب اطلاعات را بین مغز، نخاع، ارگان ها و اندام ها انتقال می دهند.

مغز و نخاع سیستم عصبی مرکزی را تشکیل میدهند و از آنجایی که تمامی پیام های حسی از اندام ها به این دو بخش فرستاده میشوند تمام فعالیت های بدنی را تنظیم میکنند.در مقابل، سیستم عصبی محیطی شامل سیستم های پیکری و خودمختار است که مسئول نظارت داوطلبانه و غیرارادی عضلات اسکلتی و همچنین تنظیم غیرمستقیم توابع بدن مانند ضربان قلب، هضم، تنفس، واکنش های ذهنی، ادرار و تحریک جنسی است.

مغز انسان – یک ساختار چین خورده، ۱۴۰۰گرم توده بافت – پیچیده ترین ساختار زنده جهان است.

مقدمه ای بر مغز انسان

در حالی که سیستم عصبی ما تمام جنبه های عملکرد بدن ما را کنترل می کند،جذابیت مغز برای دانشمندان ممکن است به دلیل تاثیر اساسی آن بر یادگیری، حافظه و احساسات باشد.بدون مغز ما افکار، رویاها، امیدها و تخیلات را نداریم.

بخش های اصلی مغز

برخی از حقایق اساسی که زمینه مشترک تحقیقات عصبی را مشخص می کنند: وزن متوسط مغز بزرگسالان حدود ۱٫۴ کیلوگرم است و شامل چهار قسمت اصلی است: ساقه مغز(از مغز میانی شروع میشود تا ابتدای نخاع)،مخچه،سیستم لیمبیک و بزرگترین قسمت مغز که گاها “مخ” (cerebrum) هم نامیده میشود چون ناحیه وسیعی از مغز رو فراگرفته است .

مغز شامل سلول های عصبی (نورون ها) و سلول های پشتیبان (گلیال) است.در حالیکه اعتقاد مشترک وجود دارد که تنها نورون ها ها می توانند از بلوک های ساختمان مبادلات داده های عصبی استفاده کنند.دانشمندان علوم اعصاب به تازگی کشف کرده اند که سلول های گلیال، در واقع، بر برخی از فرآیندهای فیزیولوژیکی مانند تنفس و اتصال سیناپسی تاثیر می گذارد.

مجموعه ای از سلول های عصبی متصل با یکدیگر به صورت الکتریکی به یکدیگر سیگنال می فرستند. مغز این سیگنال های دریافتی را تفسیر میکند و به محیط خارج واکنش نشان میدهد.کارشناسان  به این نتیجه رسیدند که تمام احساسات ما، از گرسنگی یا خشم تا احساسات پیچیده تر مانند کنجکاوی و تعجب، محصولی از این “سیمهای” در هم بافته هستند. چگونگی تبدیل این پدیده های الکتریکی به احساسات خود رمز و راز دیگری دارد.

سه هدف اصلی نوروساینس

به گفته انجمن نوروساینس (SfN)، سه هدف اصلی علوم اعصاب عبارتند از:

– درک مغز انسان و نحوه عملکرد آن

– درک و توصیف چگونگی توسعه سیستم عصبی مرکزی (CNS)، رشد کردن و حفاظت از آن

– تجزیه و تحلیل و درک بیماری های عصبی و روانپزشکی و کشف روش های پیشگیری یا درمان آنها

پیشرفت فناوری همراه با افزایش دانش از نحوه عملکرد مغز و سیستم عصبی منجر به پیشرفت های بسیاری در زمینه علوم اعصاب شده است.افراد مبتلا به آسیب مغزی و نخاعی آسیب دیده، اختلالات روانشناختی و بیماری های مغزی، در حال حاضر از پیشرفت های علمی غیرمنتظره ای برخوردار می باشند که به آنها در بهبود وضعیت و درمانشان کمک شایانی میکند.

دانشمندان علوم اعصاب مدرن در محدوده وسیعی از زمینه ها و مطالعه از هر زمان دیگری درگیر هستند.آنها نه تنها جنبه های سلولی سیستم عصبی را مطالعه می کنند، بلکه همچنین جنبه های عملکردی، تکاملی، مولکولی، محاسباتی و پزشکی آن را نیز بررسی می کنند.

تاریخچه مختصری از نوروساینس

مصری های باستان اعتقاد داشتند که قلب حامل اطلاعات فردی است.در نتیجه، هنگامی که آنها مردند، در هنگام مومیایی کردن فرد، مغز را از بین میبردند اما قلب را در درون جسم مرده نگه میداشتند.

تا سال ۱۷۰۰ قبل از میلاد، مردم مغز را مورد توجه و احترام برای کارکردش و هوش قرار نمیدادند.  Alcmaeon دانش آموز فیثاغورس که حدود ۵۰۰ سال قبل از میلاد زندگی میکرد، نوشت که مغز انسان جایی است که ذهن در آن وجود دارد، به طوری که گسترش درک انسان از مغز شامل فرآیندهای تفکر است.

چندصد سال بعد  فیلسوف و دانشمند یونانی ارسطو، فرضیه ای را که توسط پیشینیانش تعیین شده بود را به چالش کشید، وقتی که اعلام کرد که مغز مکانیسمی بدنی برای خنک کردن خون است و قلب محل هوش انسان است.ارسطو میدانست که اگر مغز کسی لمس شود هیچگونه حسی در شخص ایجاد نمیشود (واقعا هم همینطور میباشد چونکه در مغز نورون های درد وجود ندارند!) پس او از این تجربه نتیجه گرفت که مرکز وقوع حس های مختلف قلب میباشد نه مغز.

تا زمان اختراع میکروسکوپ در سال ۱۵۹۰، ما قادر به درک عمیق تر از مغز و ارتباط آن با فرآیندهای انسان نبودیم.دکتر رامون کاخال پزشک و متخصص آناتومی که برخی او را پدر علوم اعصاب نیز مینامند اولین کسی بود که موفق شد یک سلول عصبی را با میکروسکوپ مشاهده کند و متمایز بودن سلول های عصبی نسبت به دیگر سلول های بدن را ثابت کند.او همچنین برنده جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی در سال ۱۹۰۶ به خاطر مطالعه سیستم عصبی بود.

دکتر گلژی(۱۸۲۶-۱۹۲۶) ، پزشک و آسیب شناس ایتالیایی یکی از اولین محققان مدرن بود که هرگونه درک فیزیکی مغز را متوجه شد. با استفاده از نمک کرومات نقره، گلجی توانست نشان دهد که هر کدام از نورونها های نواحی مختلف تک و منحصر به فرد به نظر می رسند.بر اساس کار Golgi، آسیب شناس اسپانیایی و متخصص مغز و اعصاب، سانتیاگو کاخال که در بالا در موردش توضیح دادیم فرضیه ای طرح کرد که نورون کوچکترین واحد عملکردی مغز است.

دیگر دانشمندان قرن ۱۹ میلادی، از جمله هوهنس پیتر مولر، فیزیولوژیست آلمانی،  آناتومیست و خزنده شناس، هرمان ون هیمولتز، یک فیزیکدان و پزشک آلمانی و امیل دو بویز ریموند، پزشک و فیزیولوژیست آلمانی، زمانی که آنها تحریک پذیری الکتریکی نورون های مغز را نشان دادند درک عملکرد مغز را افزایش دادند. به طور مشخص، آنها نشان دادند که وضعیت الکتریکی نورون های مجاور تحت تأثیر نورون های تحریک کننده الکتریکی آنها قرار دارند.

در حالی که مولر، همولتز و بویس ریموند کشفیات خود را انجام دادند، پزشک و آناتومیست فرانسوی دکتر پیر پاول بروکا، در حال کار با افراد مبتلا به آسیب مغزی، نتیجه گرفتند که مغز دارای چندین ناحیه مستقل از هم است که هر کدام مسئول عملکرد متفاوت و خاصی در انسان هستند.بروکا همچنین توانست محل کنترل گفتار و سختن گفتن را در مغز پیدا کند که در نیمکره چپ مغز در لوب پیشانی قرار دارد و نام آن ناحیه را به افتخار کشف خودش بروکا گذاشت.

 

نوروساینس چگونه کار میکند؟

در ابتدا، کارهای منحصر به فرد مغز با بررسی بیمارانی که رفتار ناخوشایند یا غیرطبیعی داشتند، از جمله افرادی که پس از یک حادثه یا سکته مغزی، به صورت ناگهانی قدرت شنوایی یا دیدن خود را از دست میدادند، مورد مطالعه قرار گرفتند.مانند یک عمل مهندسی معکوس، جراحان سر اشخاص آزمایش شونده را در عمل جراحی باز میکنند و قسمت هایی از مغز که در حادثه آسیب دیده اند را برای درک از دست دادن بینایی تعیین کرده و بنابراین نقش آن را در عملکرد سیستم بصری ما به رسمیت می شناسند.

در نهایت، تکنولوژی پیشرفت کرد و ابزارهایی مانند تصویربرداری تشدیدی مغناطیسی عملکردی (fMRI) برای مطالعه مغز ما با تمام جزئیات دقیق مورد استفاده قرار میگیرد.دانشمندان علوم اعصاب می توانند بخش های خاصی از مغز را بخوانند، زیرا در هنگام تصویربرداری از نوع fMRI مغز در حال فعالیت میباشد و داده ها زنده بر روی مانیتور نمایش داده میشوند . fMRIیکی از روش های غیر مستقیم و غیر تهاجمی برای تصویر برداری مغزی در برابر فرو کردن الکترود  در مغز می باشد.

آیا روانشناسی هم می تواند در حوزه پژوهش های علوم اعصاب قرار گیرد؟

* (منظور من علم روانشناسی و یا روان شناسی فیزیولوژیک است.)

تلاش های اولیه برای شناخت ذهنیت ما و یا برای درک اینکه چرا ما برای ایجاد عقیده هایی که با برداشت های ما مطرح شده است صورت گرفته، دریافتیم که عملکرد مغز را می توان با یک اطلاعات حیوانی مقایسه کرد و با استفاده از آن به طور همزمان با هدف بقا هر دو را مقایسه کرد.دانشمندان اولیه معتقد بودند این افراد روانشناسان یا رفتارگرایان نامیده می شوند.

روانشناسی تا حدودی نظری است و در بسیاری از محافل، علمی(scientific) و تجربی (exprimental) نیست.بیشتر مطالعات روانشناسی وسیله ای است برای توجیه “غرایز ” با کمک همبستگی و ارتباط، نه علیت، همراه با برخی از اصطلاحات جالب دیگر.

مغز ما فوق العاده ترین ابرکامپیوتر جهان است و در این شرایط، روانشناسی تمایل دارد که رفتار این دستگاه را بررسی کند، در حالی که علوم اعصاب بررسی پردازنده را انجام می دهد و مشخص می کند که چه چیزی باعث می شود دستگاه دارای عملکرد باشد و نحوی عمل کند.پس هر دو در دو مسیر جدا از هم و گاهی در تعامل با یکدیگر و گاه بر ضد یکدیگر به جلو حرکت میکنند.

برخی نوروسایکولوژی(عصب روانشناسی) رو به عنوان موج پنجم درمانگری معرفی کرده اند در حالی که ما در زمان حال در موج سوم درمانگری یعنی موج سوم روانشناسی ، موج وجودی میباشیم. در این موج جنبه های فلسفی روانشناسی بیشتر مدنظر قرار گرفته اند و موضوعاتی همچون جایگاه انسان در هستی و معنای زندگی و جبر و انتخاب مورد توجه قرار گرفتند.

شاخه‌های اصلی

بعضی از شاخه‌های اصلی علوم اعصاب می‌تواند به طور کلی در رشته‌های زیر طبقه‌بندی شود:

• علوم اعصاب عواطف (Affective neuroscience): به تحقیق درباره چگونگی عملکرد اعصاب در ارتباط با هیجانات می‌پردازد.

• علوم اعصاب رفتاری (Behavioral neuroscience): به مطالعه تاثیر مغز بر رفتار فرد می‌پردازد.

• علوم اعصاب بالینی (Clinical neuroscience): متخصصان پزشکی مانند متخصصان مغز و اعصاب و روان پزشکان به بررسی اختلالات سیستم عصبی بر مبنای یافته های علوم اعصاب پایه برای پیدا کردن راه‌هایی به منظور درمان و پیشگیری از آن‌ها می‌پردازند.

• علوم اعصاب شناختی (Cognitive neuroscience): این دسته به بررسی این که مغز چگونه افکار را تشکیل داده و کنترل می‌کند پرداخته و نگاهی به عوامل عصبی زمینه ساز در این فرآیند‌ها دارد. در خلال تحقیق، دانشمندان فعالیت مغز را هنگام انجام کار توسط افراد، اندازه می‌گیرند. این شاخه، علوم اعصاب را با علوم شناختی، روانشناسی و روانپزشکی ترکیب می‌کند.

• علوم اعصاب محاسباتی (Computational neuroscience): دانشمندان سعی می‌کنند که بفهمند مغزها چگونه محاسبه می‌کنند. آن‌ها از کامپیوتر‌ها برای شبیه سازی و مدل سازی عملکردهای مغز استفاده می‌کنند و با اعمال تکنیک‌های ریاضیات، فیزیک و دیگر رشته‌های محاسباتی به مطالعه عملکرد مغز می‌پردازند.

• علوم اعصاب فرهنگی (Cultural neuroscience): این رشته به تعامل بین عوامل فرهنگی با فرآیند‌‌های عصبی، ژنتیکی و روانشناختی نگاه می‌کند. این یک رشته‌ی جدیدی بوده که ممکن است به توضیح تنوع در معیار‌های سلامت بین افراد مختلف کمک کند. یافته‌ها همچنین ممکن است به دانشمندان برای احتراز از دخالت داشتن متغیرهای فرهنگی هنگام طرح آزمایش‌ها کمک کند.

• علوم اعصاب رشد و نمو (Developmental neuroscience): این مورد به چگونگی رشد و تغییر مغز و سیستم عصبی از دوره‌ی جنینی تا بلوغ نگاه می‌کند. اطلاعات گردآوری‌ شده به دانشمندان کمک می‌کند تا بیشتر درباره‌ی چگونگی رشد و نمو سیستم‌های عصبی بفهمند. این مورد آن‌ها را به توصیف و فهم طیف وسیعی از اختلالات رشدی قادر می‌سازد. همچنین نشانه هایی را درباره‌ی چگونگی و زمان دوباره تولید شدن بافت‌های عصبی ارائه می‌دهند.

• علوم اعصاب سلولی و مولکولی (Molecular and cellular neuroscience): دانشمندانی که به نقش مولکول‌ها، ژن‌ها و پروتئین‌های منفرد در عملکرد اعصاب و سیستم عصبی در سطح سلولی و مولکولی توجه می‌کنند.

• مهندسی عصب (Neuroengineering): این محققین از تکنیک‌های مهندسی برای درک بهتر، جایگزینی، تعمیر یا بهبود سیستم‌های عصبی استفاده می‌کنند.

• تصویربرداری عصبی (Neuroimaging): این رشته شاخه‌ای از تصویربرداری پزشکی است که روی مغز تمرکز دارد. تصویربرداری عصبی برای تشخیص بیماری و ارزیابی سلامت مغز استفاده می‌شود. این رشته می‌تواند در مطالعه مغز، چگونگی کارکرد آن و چگونگی تاثیرگذاری فعالیت‌های مختلف بر مغز مفید باشد.

• عصب-اطلاعات (Neuroinformatics): این رشته همکاری بین دانشمندان کامپیوتر و دانشمندان علوم اعصاب را در بردارد. متخصصان راه‌های موثر برای جمع‌آوری، تجزیه و تحلیل، به اشتراک گذاشتن و انتشار داده‌ها را ایجاد می‌کنند.

• عصب-زبانشناسی (Neurolinguistics): متخصصان این رشته تحقیق می‌کنند که مغز چگونه ما را قادر به بدست آوردن، ذخیره کردن، فهمیدن و بیان زبانی می‌کند. این مورد به گفتاردرمان‌ها کمک می‌کند که استراتژی‌هایی را ایجاد کنند برای کمک به بچه هایی که دارای مشکلات گفتاری هستند یا افرادی که آرزو دارند گفتارشان را بعد از مثلا یک سکته مغزی دوباره به دست آورند.

• فیزیولوژی اعصاب (Neurophysiology): این رشته به چگونگی ارتباط مغز و کارکردهایش با قسمت‌های مختلف بدن و نقش سیستم عصبی، از سطح زیر سلولی تا کل بدن، نگاه می‌کند. به دانشمندان کمک می‌کند که بفهمند افکار انسان چگونه کار می‌کند و بینشی را در مورد اختلالات مربوط به سیستم عصبی بوجود می‌آورند.

چرا نوروساینس مهم است؟

به غیر از ارضای کنجکاوی خود، یکی دیگر از دلایل بررسی مغز و سیستم عصبی این هست که ریشه های علل پریشانی های مداوم خود را پیدا کنیم. عصب شناسان دریافته اند که این احساسات قدرتمند از آمیگدال، مرکز ترس در مغز ما ظاهر می شوند.با در نظر گرفتن خاطرات ترس و دردناکی که بیماران مبتلا به اختلال استرس پس از ضربه (PTSD) با کمک برخی از مواد شیمیایی همراه هستند، علوم اعصاب قادر است با استفاده از fMRI آن شخص را بررسی کندو تعیین اینکه در آن ترس ها پنهان و ساکن است.

با کمک این تصاویر fMRI، داروهای تجربی تجویز میشوند که می توانند به طور مستقیم به مناطق کلیدی مسئول ترس و اضطراب حمله کنند و به این بیماران کمک کنند تا سریع تر آرام شوند و یا رخداد های این خاطرات را به صورت کامل از بین ببرند و در نهایت این علم به شما کمک میکند که خود واقعیتونو بشناسید.

ایلان ماسک غول فناوری، درباره دیدگاه بزرگ خود برای ادغام انسان با هوش مصنوعی صحبت کرده است که منجر به ایجاد شرکت جدید خود یعنی Neuralink شد. ایده کلی این است که از خواص الکتریکی مغز ما بهره ببریم و آن را به الکترودهای متصل به یک کامپیوتر متصل کنیم، که در نتیجه یک ترکیبی از مغز و رایانه بدست میاد.این امر می تواند باعث اتصال از راه دور دو شخص شود و ارتباطات مزبور AI را فراهم کند.با این حال، با توجه به پیچیدگی مفاهیم، توسعه این فناوری در حال حاضر امکان پذیر نیست و پیاده سازی تنها به تئوری محدود می شود.

پس در آینده ای نه چندان دور شاهد تعامل نوروساینس و هوش مصنوعی خواهیم بود.از سوی دیگر، علوم اعصاب گام به گام پیشرفته تر شده است و با بررسی نقشه های فردی در مغز ما، با بررسی سیم کشی پیچیده و سخت افزاری، از رویکرد عملی استفاده کرده است.در نتیجه در زمان حال ما درک بیشتری از این ساختار پیچیده که بیش از میلیون ها سال است که در حال تکامل و شکل گرفتن میباشد داریم.

منبع:     www. brainworld.ir