Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Нейрофизика (или нейробиофизика ) - это раздел биофизики, занимающийся разработкой и использованием физических методов для получения информации о нервной системе . Нейрофизика - это междисциплинарная наука, использующая физику и объединяющая ее с другими нейронауками для лучшего понимания нейронных процессов. Используемые методы включают методы экспериментальной биофизики и других физических измерений, такие как ЭЭГ [1], в основном для изучения электрических , механических или жидкостных свойств, а также теоретические и вычислительные подходы.. Термин «нейрофизика» - это сочетание слов « нейрон » и « физика ».

Среди других примеров, теоретизация эктопических потенциалов действия в нейронах с использованием разложения Крамерса-Мойала [2] и описание физических явлений, измеренных во время ЭЭГ с использованием дипольного приближения [1], используют нейрофизику для лучшего понимания нейронной активности.

Методы записи [ править ]

Старые методы регистрации активности мозга с использованием физических явлений уже широко распространены в исследованиях и медицине . Электроэнцефалография (ЭЭГ) использует электрофизиологию для измерения электрической активности мозга. Этот метод, с помощью которого Ганс Бергер впервые зарегистрировал электрическую активность мозга человека в 1924 году [3], является неинвазивным и использует электроды, помещенные на кожу головы пациента, для регистрации мозговой активности. Основываясь на том же принципе, электрокортикография (ЭКоГ) требует трепанации черепа для регистрации электрической активности непосредственно на коре головного мозга .

В последние десятилетия физики разработали технологии и устройства для визуализации мозга и его активности. Метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), открытый Сейджи Огава в 1990 году [4], выявляет изменения кровотока внутри мозга. Этот инструмент, основанный на существующей медицинской технике визуализации, магнитно-резонансной томографии (МРТ) и связи между нейронной активностью и мозговым кровотоком, позволяет ученым изучать деятельность мозга, когда она запускается контролируемой стимуляцией. Другой метод, двухфотонная микроскопия (2P), изобретенный Винфридом Денком (за который он был удостоен премии Brain Prize в 2015 г.[5] ), Джон Х. Стриклер и Ватт У. Уэбб в 1990 году в Cornell University , [6] использует флуоресцентные белки и красители для изображения клеток головного мозга . Этот метод сочетает двухфотонное поглощение, впервые предложенное Марией Гепперт-Майер в 1931 году, с лазерами. Сегодня этот метод широко используется в исследованиях и часто в сочетании с генной инженерией для изучения поведения определенного типа нейрона .

Теории сознания [ править ]

Сознание - все еще неизвестный механизм, и теоретикам еще предстоит придумать физические гипотезы, объясняющие его механизмы. Некоторые теории полагаются на идею о том, что сознание можно объяснить нарушениями в церебральном электромагнитном поле, создаваемым потенциалами действия, запускаемыми во время активности мозга. [7] Эти теории называются электромагнитными теориями сознания . Другая группа гипотез предполагает, что сознание можно объяснить не классической динамикой, а квантовой механикой и ее явлениями. Эти гипотезы объединены в идею квантового разума и были впервые введены Юджином Вигнером..

Институты нейрофизики [ править ]

  • Лаборатория теоретической нейрофизики Бременского университета
  • Отдел нейрофизики Института Макса Планка
  • Центр функциональной интегративной неврологии, группа нейрофизики, Орхусский университет
  • Центр нейрофизики WM Keck, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе
  • Программа нейрофизики, Государственный университет Джорджии
  • Нейрофизика в Институте неврологии Лондонского университетского колледжа

Награды [ править ]

Среди призов, которыми награждаются нейрофизики за их вклад в неврологию и смежные области, наиболее заметной является премия Brain Prize , последними лауреатами которой являются Адриан Берд и Худа Зогби за «их новаторскую работу по картированию и пониманию эпигенетической регуляции мозга и для определения гена, вызывающего синдром Ретта ». [8] Другими наиболее важными призами, которые могут быть присуждены нейрофизикам, являются: премия NAS в области неврологии , 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, таким как Неер и Сакманн в 1991 году за патч-зажим , а также Лаутербур и Мэнсфилд за их работу над магнитными магнитами. резонансная томография (МРТ) в 2003 году.

См. Также [ править ]

  • Потенциал действия
  • Мозг
  • Биофизика
  • Электротехника
  • Электрофизиология
  • Молекулярная нейробиология
  • Нейронная инженерия
  • Нейровизуализация
  • Нейрофизиология
  • Неврология
  • Психофизика
  • Квантовый разум
  • Солитонная модель в нейробиологии

Книги [ править ]

  • Вульфрам Герстнер и Вернер М. Кистлер, Модели нейронов с импульсами, отдельные нейроны, популяции, пластичность, Cambridge University Press (2002) ISBN  0-521-89079-9 ISBN 0-521-81384-0 
  • Олвин Скотт, Неврология: Учебник по математике, Birkhäuser (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, Bibcode : 2008lsn..book ..... G , doi : 10.1007 / 978-3 -540-73159-7 , ISBN 978-3-540-73159-7

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Нуньес, Майкл; Нуньес, Пол; Шринивасан, Рамеш (2016-01-01), Электроэнцефалография (ЭЭГ): нейрофизика, экспериментальные методы и обработка сигналов , стр. 175–197, ISBN 9781482220971, получено 30.06.2018
  2. Перейти ↑ Frank, TD (2007-01-08). «Расширение Крамерса – Мойала для стохастических дифференциальных уравнений с одиночными и множественными задержками: приложения к финансовой физике и нейрофизике» . Физика Буквы A . 360 (4): 552–562. Bibcode : 2007PhLA..360..552F . DOI : 10.1016 / j.physleta.2006.08.062 . ISSN 0375-9601 . 
  3. Перейти ↑ Haas, L (2003). «Ганс Бергер (1873–1941), Ричард Катон (1842–1926) и электроэнцефалография» . Журнал неврологии, нейрохирургии и психиатрии . 74 (1): 9. дои : 10.1136 / jnnp.74.1.9 . ISSN 0022-3050 . PMC 1738204 . PMID 12486257 .   
  4. ^ Ogawa, S .; Ли, ТМ; Nayak, AS; 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. DOI : 10.1002 / mrm.1910140108 . ISSN 0740-3194 . PMID 2161986 . S2CID 12379024 .   
  5. ^ "Nokia Bell Labs: нейрофизические исследования" . www.bell-labs.com . Проверено 16 ноября 2020 .
  6. ^ Denk, W .; Стриклер, Дж .; Уэбб, В. (1990). «Двухфотонная лазерная сканирующая флуоресцентная микроскопия» . Наука . 248 (4951): 73–76. Bibcode : 1990Sci ... 248 ... 73D . DOI : 10.1126 / SCIENCE.2321027 . PMID 2321027 . S2CID 18431535 .  
  7. ^ Макфэдден, J. (2013-01-01). "Теория поля CEMI, замыкающая петлю" . Журнал исследований сознания: противоречия в науке и гуманитарных науках . 20 (1–2): 153–168. ISSN 1355-8250 . 
  8. ^ «Объявление Brain Prize 2020» . Lundbeckfonden . Проверено 29 октября 2020 .