Поведенческая нейробиология

редактировать

Поведенческая нейробиология, также известная как биологическая психология, биопсихология или психобиология - это применение принципов биологии к изучению физиологических, генетических и механизмов развития поведения людей и других животных.

Содержание

1 История
2 Связь с другими областями психологии и биологии
3 Методы исследования
- 3.1 Отключение или снижение нервной функции
- 3.2 Усиление нервная функция
- 3.3 Измерение нервной активности
- 3.4 Генетические методы
4 Другие методы исследования
- 4.1 Ограничения и преимущества
5 Тематические области
6 Награды
7 См. также
8 Ссылки
9 Внешние ссылки

История

Поведенческая нейробиология как научная дисциплина возникла из множества научных и философских традиций XVIII и XIX веков. В философии такие люди, как Рене Декарт, предлагали физические модели для объяснения поведения как животных, так и человека. Декарт предположил, что шишковидная железа, непарная структура средней линии в головном мозге многих организмов, была точкой контакта между разумом и телом. Декарт также разработал теорию, в которой пневматика телесных жидкостей может объяснить рефлексы и другое моторное поведение. Эта теория была вдохновлена перемещением статуй в саду в Париже. Электростимуляция и поражения также могут указывать на влияние двигательного поведения человека. Они могут записывать электрическую активность действий, гормонов, химикатов и эффектов лекарств в системе организма, которые влияют на повседневное поведение.

Уильям Джеймс

Другие философы также помогли создать психологию. Один из самых ранних учебников в новой области, Принципы психологии Уильяма Джеймса, утверждает, что научное изучение психологии должно основываться на понимании биологии.

Возникновение психологии и поведенческой нейробиологии как законных наук можно проследить по появлению физиологии из анатомии, в частности, нейроанатомии. Физиологи проводили эксперименты на живых организмах - практике, которой не доверяли ведущие анатомы 18 и 19 веков. Влиятельные работы Клода Бернара, Чарльза Белла и Уильяма Харви помогли убедить научное сообщество в том, что достоверные данные можно получить от живых субъектов.

Еще до 18-19 веков поведенческая нейробиология начала формироваться еще в 1700 году до нашей эры. Кажется, что постоянно возникает вопрос: какова связь между разумом и телом? Формально эта дискуссия называется проблемой разума и тела. Существуют две основные школы мысли, которые пытаются решить проблему разума и тела; монизм и дуализм. Платон и Аристотель - два из нескольких философов, которые участвовали в этих дебатах. Платон считал, что в мозге происходят все мысли и процессы. Напротив, Аристотель считал, что мозг служит цели охлаждения эмоций, исходящих от сердца. Проблема разума и тела была ступенькой к попытке понять связь между разумом и телом.

Другая дискуссия возникла о локализации функции или функциональной специализации по сравнению с эквипотенциальностью, которые сыграли значительную роль в развитии поведенческой нейробиологии. В результате локализации исследования функций многие известные психологи пришли к различным выводам. Уайлдер Пенфилд смог разработать карту коры головного мозга, изучая пациентов с эпилепсией вместе с Рассмуссеном. Исследования локализации функций привели поведенческих нейробиологов к лучшему пониманию того, какие части мозга контролируют поведение. Лучшим примером этого является тематическое исследование Финеаса Гейджа.

Термин «психобиология» использовался в различных контекстах, подчеркивая важность биологии, которая является дисциплиной, изучающей органические, нейронные и клеточные модификации в поведение, пластичность в нейробиологии и биологические заболевания во всех аспектах, кроме того, биология фокусирует и анализирует поведение и все предметы, которые ее волнуют, с научной точки зрения. В этом контексте помогает психология как дополнительная, но важная дисциплина в нейробиологических науках. Роль психологии в этих вопросах - роль социального инструмента, поддерживающего основную или сильнейшую биологическую науку. Термин «психобиология» впервые был использован в его современном смысле Найтом Данлэпом в его книге «Очерк психобиологии» (1914). Данлэп также был основателем и главным редактором журнала Psychobiology. В объявлении этого журнала Данлэп пишет, что журнал опубликует исследование «... касающееся взаимосвязи психических и физиологических функций», которое описывает сферу поведенческой нейробиологии даже в ее современном понимании.

Взаимоотношения в другие области психологии и биологии

Во многих случаях люди могут выступать в качестве подопытных в экспериментах по поведенческой нейробиологии; однако большая часть экспериментальной литературы по поведенческой нейробиологии основана на изучении нечеловеческих видов, чаще всего крыс, мышей и обезьян. В результате критическое предположение в поведенческой нейробиологии состоит в том, что у организмов есть общие биологические и поведенческие сходства, достаточные для экстраполяции между видами. Это тесно связано с поведенческой нейробиологией с сравнительной психологией, эволюционной психологией, эволюционной биологией и нейробиологией. Поведенческая нейробиология также имеет парадигматические и методологические сходства с нейропсихологией, которая в значительной степени опирается на изучение поведения людей с дисфункцией нервной системы (т. Е. Биологическими манипуляциями, не основанными на экспериментах).

Синонимы поведенческой нейробиологии включают биопсихологию, биологическую психологию и психобиологию. Физиологическая психология - это подраздел поведенческой нейробиологии с более узким определением

Методы исследования

Отличительной особенностью эксперимента по поведенческой нейробиологии является то, что либо независимая переменная эксперимента является биологической, либо некоторая зависимая переменная является биологической. Другими словами, нервная система исследуемого организма постоянно или временно изменяется, или измеряется какой-либо аспект нервной системы (обычно связанный с поведенческой переменной).

Отключение или снижение нейронной функции

Поражения - классический метод, при котором интересующая область мозга естественным или преднамеренно разрушается для наблюдения любых результирующих изменений, таких как ухудшение или повышение производительности по некоторым поведенческим показателям.. Поражения могут быть размещены с относительно высокой точностью «Благодаря множеству« атласов »головного мозга, которые предоставляют карту областей мозга в трехмерном виде» стереотаксические координаты. На выделенной части изображения показано поражение в головном мозге. Этот тип поражения можно удалить хирургическим путем.
- Хирургические поражения - нервная ткань разрушается хирургическим путем.
- Электролитические поражения - нервная ткань разрушается в результате поражения электрическим током.
- Химические поражения - Нервная ткань разрушается инфузией нейротоксина.
- Временные поражения - Нервная ткань временно выводится из строя путем охлаждения или использования анестетиков, таких как как тетродотоксин.
Транскраниальная магнитная стимуляция - новый метод, обычно используемый с людьми, при котором магнитная катушка, приложенная к коже головы, вызывает бессистемную электрическую активность в соседних корковых нейронах, что может быть экспериментально проанализировано как функциональное поражение.
Инъекция синтетического лиганда - рецептор, активируемый исключительно синтетическим лигандом (RASSL) или дизайнерским рецептором, эксклюзивно активируемым дизайнерскими препаратами (DREADD), позволяет контролировать пространственный и временной контроль передачи сигналов G-белка in vivo. В этих системах используются рецепторы, связанные с G-белком (GPCR ), разработанные для ответа исключительно на синтетические небольшие молекулы лиганды, такие как N-оксид клозапина (CNO), а не к их естественному лиганду (ам). RASSL представляют собой основанный на GPCR хемогенетический инструмент. Эти синтетические лиганды при активации могут снижать нервную функцию за счет активации G-белка. Это может с ослаблением нервной активности калием.
Психофармакологические манипуляции - Химический антагонист рецептора индуцирует нервную активность, препятствуя нейротрансмиссии. Антагонисты могут быть доставлены системно (например, путем внутривенной инъекции) или локально (интрацеребрально) во время хирургической процедуры в желудочки или в определенные структуры мозга. Например, было показано, что NMDA антагонист AP5 ингибирует инициирование долгосрочной потенциации возбуждающей синаптической передачи (в условиях страха грызунов.), который, как полагают, является жизненно важным механизмом в обучении и памяти.
Оптогенетическое ингибирование - активируемый светом ингибирующий белок экспрессируется в интересующих клетках. Мощное подавление нейронов в миллисекундном масштабе времени запускается при стимуляции светом соответствующей частоты, доставляемым через волоконную оптику или имплантированные светодиоды в случае позвоночных, или через внешнее освещение для небольших, достаточно прозрачных беспозвоночных. Бактериальные Галородопсины или Протонные насосы - это два класса белков, используемых для ингибирующей оптогенетики, достижения ингибирования за счет увеличения цитоплазматических уровней галогенидов (Cl.) или уменьшения цитоплазматической концентрации протонов,

Усиление нервной функции

Электрическая стимуляция - классический метод, при котором нервная активность усиливается приложением небольшого электрического тока (слишком слабого, чтобы вызвать значительную гибель клеток).
Психофармакологические манипуляции - A химический агонист рецептора способствует нервной активности, усиливая или заменяя эндогенные нейротрансмиттеры. Агонисты могут быть доставлены системно (например, путем внутривенной инъекции) или локально (интрацеребрально) во время хирургической процедуры.
Инъекция синтетического лиганда. Аналогичным образом, G q -DREADD могут использоваться для модуляции клеточной функционируют путем иннервации таких областей мозга, как гиппокамп. Эта иннервация приводит к усилению γ-ритмов, что увеличивает двигательную активность.
Транскраниальная магнитная стимуляция - В некоторых случаях (например, исследования моторной коры ) этот метод можно проанализировать как обладающий стимулирующим действием (а не как функциональное поражение).
Оптогенетическое возбуждение - активируемый светом возбуждающий белок экспрессируется в выбранных клетках. Каналродопсин -2 (ChR2), катионный канал, активируемый светом, был первым бактериальным опсином, который, как было показано, возбуждает нейроны в ответ на свет, хотя в настоящее время создан ряд новых возбуждающих оптогенетических инструментов путем улучшения и внедрения новых свойства к ChR2

Измерение нервной активности

Оптические методы - Оптические методы регистрации нейрональной активности основаны на методах, которые изменяют оптические свойства нейронов в ответ на клеточные события, связанные с потенциалами действия или высвобождением нейротрансмиттеров.
- Красители, чувствительные к напряжению (VSD), были одними из первых методов оптического обнаружения нейронной активности. VSD обычно меняли свои флуоресцентные свойства в ответ на изменение напряжения на мембране нейрона, что делало мембранную подпороговую и надпороговую (потенциалы действия) электрической активностью обнаруживаемой. Также были разработаны генетически кодируемые чувствительные к напряжению флуоресцентные белки.
- Визуализация кальция основана на красителях или генетически кодируемых белках, которые флуоресцируют при связывании с кальцием, временно присутствующим во время потенциала действия.
- Synapto-pHluorin - это метод, основанный на слитном белке, который объединяет белок мембраны синаптических везикул и чувствительный к pH флуоресцентный белок. После высвобождения синаптических пузырьков химерный белок подвергается воздействию более высокого pH синаптической щели, вызывая измеримое изменение флуоресценции.
Единичная запись - Метод, при котором электрод вводят в мозг живого человека. животное для обнаружения электрической активности, генерируемой нейронами, прилегающими к кончику электрода. Обычно это выполняется с животными, находящимися под воздействием седативных средств, но иногда это выполняется на бодрствующих животных, участвующих в поведенческом событии, например, когда жаждущая крыса взбивает наждачную бумагу определенного сорта, ранее соединенную с водой, чтобы измерить соответствующие образцы нейронального возбуждения в точке принятия решения.
Многоэлектродная запись - использование пучка тонких электродов для регистрации одновременной активности до сотен нейронов.
фМРТ - функциональная магнитно-резонансная томография, метод, наиболее часто применяемый на людях., в котором изменения мозгового кровотока могут быть обнаружены с помощью аппарата МРТ и используются для определения относительной активности более крупных областей мозга (то есть порядка сотен тысяч нейронов).
ПЭТ-сканирование мозга может показать химические различия в мозге между наркоманами и здоровыми. Вы можете видеть, что нормальные изображения в верхнем ряду получены от людей, не страдающих зависимостью, в то время как у людей с зависимыми расстройствами сканирование выглядит более ненормальным. ПЭТ - Позитронно-эмиссионная томография обнаруживает частицы, называемые фотонами, с помощью трехмерного исследования ядерной медицины. Эти частицы испускаются при введении радиоизотопов, таких как фтор. ПЭТ-визуализация выявляет патологические процессы, которые предсказывают анатомические изменения, что делает его важным для обнаружения, диагностики и характеристики многих патологий
Электроэнцефалография - Или ЭЭГ; и производная техника связанных с событием потенциалов, в которой электроды на скальпе отслеживают среднюю активность нейронов в коре головного мозга (опять же, чаще всего используется с людьми). В этом методе используются различные типы электродов для регистрирующих систем, такие как игольчатые электроды и электроды на основе физиологического раствора. ЭЭГ позволяет исследовать психические расстройства, нарушения сна и физиологию. Он может контролировать развитие мозга и когнитивные функции.
Функциональная нейроанатомия - более сложный аналог френологии. Считается, что экспрессия некоторых анатомических маркеров отражает нервную активность. Например, предполагается, что экспрессия немедленных ранних генов вызвана высокой нервной активностью. Точно так же инъекция 2-дезоксиглюкозы перед выполнением некоторой поведенческой задачи может сопровождаться анатомической локализацией этого химического вещества; он улавливается электрически активными нейронами.
MEG - Магнитоэнцефалография показывает функционирование человеческого мозга посредством измерения электромагнитной активности. Измерение магнитных полей, создаваемых электрическим током, протекающим внутри нейронов, определяет активность мозга, связанную с различными функциями человека, в реальном времени с пространственной точностью до миллиметра. Клиницисты могут неинвазивно получать данные, чтобы помочь им оценить неврологические расстройства и спланировать хирургическое лечение.

Генетические методы

Картирование QTL - Влияние гена на определенное поведение может быть статистически определено путем изучения инбредных штаммов некоторых видов, чаще всего мышей. Недавнее секвенирование генома многих видов, в первую очередь мышей, облегчило эту технику.
Селективное разведение - организмы, часто мыши, можно селективно разводить среди инбредных линий для создания рекомбинантный конгенный штамм. Это может быть сделано для выделения экспериментально интересного участка ДНК, полученного из одного штамма, на фоновом геноме другого штамма, чтобы сделать более убедительные выводы о роли этого участка ДНК.
Генная инженерия - Геном также может быть экспериментально изменен; например, мышей с нокаутом можно сконструировать так, чтобы не было определенного гена, или ген может быть экспрессирован в штамме, который обычно этого не делает («трансгенный»). Передовые методы также могут позволить экспрессию или подавление гена путем инъекции какого-либо регулирующего химического вещества.

Другие методы исследования

Вычислительные модели - Использование компьютера для формулирования реальных проблем для разработки решений. Хотя этот метод часто используется в компьютерных науках, он начал перемещаться в другие области обучения. Например, психология - одно из таких направлений. Вычислительные модели позволяют исследователям в области психологии лучше понимать функции и развитие нервной системы. Примеры методов включают моделирование нейронов, сетей и систем мозга, а также теоретический анализ. Вычислительные методы выполняют самые разные функции, включая проясняющие эксперименты, проверку гипотез и генерирование новых идей. Эти методы играют все более важную роль в развитии биологической психологии.

Ограничения и преимущества

Различные манипуляции имеют преимущества и ограничения. Нервная ткань, разрушенная в результате хирургического вмешательства, поражения электрическим током или нейротоксина, может исказить результаты, так что физическая травма маскирует изменения в фундаментальных интересующих нейрофизиологических процессах. Например, при использовании электролитического зонда для создания целенаправленного поражения в отдельной области головного мозга крысы могут быть затронуты окружающие ткани: таким образом, изменение в поведении, продемонстрированное экспериментальной группой после операции, должно в некоторой степени результат повреждения окружающей нервной ткани, а не поражения отдельной области мозга. Большинство техник генетических манипуляций также считаются постоянными. Временные поражения могут быть достигнуты с помощью продвинутых генетических манипуляций, например, некоторые гены теперь можно включать и выключать с помощью диеты. Фармакологические манипуляции также позволяют временно блокировать определенные нейротрансмиттеры, поскольку функция возвращается к своему прежнему состоянию после метаболизма препарата.

Тематические области

В целом поведенческие нейробиологи изучают те же темы и проблемы, что и академические психологи, хотя и ограничены необходимостью использования нечеловеческих животных. В результате большая часть литературы по поведенческой нейробиологии посвящена психическим процессам и поведению, которые являются общими для разных моделей животных, таких как:

Ощущения и восприятие
Мотивированное поведение (голод, жажда, секс)
Управление движением
Обучение и память
Сон и биологические ритмы
Эмоции

Однако с увеличением технической сложности и развитием более точных неинвазивных методы, которые могут быть применены к людям, поведенческие нейробиологи начинают вносить свой вклад в другие классические области психологии, философии и лингвистики, такие как:

Язык
Рассуждение и принятие решений
Сознание

Поведенческая нейробиология также внесла большой вклад в понимание медицинских расстройств, в том числе тех, которые подпадают под сферу применения клинической психологии и биологической психопатологии (также известных как ненормальная психология). Хотя модели на животных существуют не для всех психических заболеваний, в этой области были получены важные терапевтические данные о различных состояниях, включая:

болезнь Паркинсона, дегенеративное заболевание центральной нервной системы, которое часто нарушает моторику и речь пациента.
Болезнь Хантингтона, редкое наследственное неврологическое заболевание, наиболее очевидными симптомами которого являются аномальные движения тела и нарушение координации. Он также влияет на ряд умственных способностей и некоторые аспекты личности.
Болезнь Альцгеймера, нейродегенеративное заболевание, которое в наиболее распространенной форме встречается у людей старше 65 лет и характеризуется прогрессирующим когнитивным ухудшением. вместе со снижением активности в повседневной жизни и нейропсихиатрическими симптомами или поведенческими изменениями.
Клиническая депрессия, распространенное психическое расстройство, характеризующееся стойким понижением настроения, потерей интереса к обычным занятиям и снижением способности испытывать удовольствие.
Шизофрения, психиатрический диагноз, который описывает психическое заболевание, характеризующееся нарушениями восприятия или выражения реальности, чаще всего проявляющееся в виде слуховых галлюцинаций, параноидальных или причудливых иллюзий или дезорганизации речи и мышления в контексте значимых социальных или профессиональная дисфункция.
Аутизм, нарушение развития мозга, которое ухудшает социальное взаимодействие и общение, и вызывает ограниченное и повторяющееся поведение, все начинается до достижения ребенком трехлетнего возраста.
Тревога, физиологическое состояние, характеризующееся когнитивными, соматическими, эмоциональными и поведенческими компонентами. Эти компоненты вместе создают чувства, которые обычно распознаются как страх, опасения или беспокойство.
Злоупотребление наркотиками, включая алкоголизм.

Награды

Нобелевские лауреаты

Следующие Лауреатов Нобелевской премии можно было с полным основанием считать поведенческими нейробиологами или нейробиологами. (В этом списке не указаны победители, которые были почти исключительно нейроанатомами или нейрофизиологами ; то есть теми, кто не измерял поведенческие или нейробиологические переменные.)

Премия Кавли в области нейробиологии

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Слушать эта статья

Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 18 декабря 2006 г. и не отражает последующих редакций. (

)