Neurofyzika - Neurophysics

Neurofyzika (nebo neurobiofyzika ) je odvětví biofyziky zabývající se vývojem a používáním fyzikálních metod k získávání informací o nervovém systému . Neurofyzika je interdisciplinární věda využívající fyziku a kombinující ji s dalšími neurovědy pro lepší pochopení neurálních procesů. Použité metody zahrnují techniky experimentální biofyziky a další fyzikální měření, jako je EEG, většinou ke studiu elektrických , mechanických nebo fluidních vlastností, jakož i teoretické a výpočetní přístupy . Termín „neurofyzika“ je portrétem „ neuronů “ a „ fyziky “.

Mezi další příklady patří teorie ektopických akčních potenciálů v neuronech pomocí Kramers-Moyalovy expanze a popis fyzikálních jevů měřených během EEG pomocí dipólové aproximace pomocí neurofyziky pro lepší pochopení nervové aktivity.

Techniky záznamu

Ve výzkumu a medicíně jsou již rozšířené staré techniky zaznamenávání mozkové činnosti pomocí fyzikálních jevů . Elektroencefalografie (EEG) používá k měření elektrické aktivity v mozku elektrofyziologii . Tato technika, kterou Hans Berger poprvé zaznamenal elektrickou aktivitu mozku na člověku v roce 1924, je neinvazivní a používá k zaznamenání mozkové aktivity elektrody umístěné na pokožce hlavy. Na základě stejného principu vyžaduje elektrokortikografie (ECoG) kraniotomii k záznamu elektrické aktivity přímo na mozkovou kůru .

V posledních desetiletích fyzici přišli s technologiemi a zařízeními k zobrazování mozku a jeho činnosti. Funkční magnetické rezonance (fMRI) technika, objevený Seiji Ogawa v roce 1990, ukazuje, změny průtoku krve uvnitř mozku. Na základě stávající lékařské zobrazovací techniky magnetické rezonance (MRI) a spojení mezi nervovou aktivitou a průtokem krve mozkem umožňuje tento nástroj vědcům studovat mozkové činnosti, když jsou řízeny stimulací. Další technika, Two Photons Microscopy (2P), kterou vynalezl Winfried Denk (za kterou mu byla v roce 2015 udělena cena Brain Prize ), John H. Strickler a Watt W. Webb v roce 1990 na Cornell University , používá fluorescenční proteiny a barviva obrázek mozkových buněk . Tato technika kombinuje absorpci dvou fotonů, poprvé teoretizovanou Marií Goeppert-Mayerovou v roce 1931, s lasery. Dnes je tato technika široce používána ve výzkumu a často spojená s genetickým inženýrstvím ke studiu chování konkrétního typu neuronu .

Teorie vědomí

Vědomí je stále neznámým mechanismem a teoretici musí přijít s fyzikálními hypotézami vysvětlujícími jeho mechanismy. Některé teorie se opírají o myšlenku, že vědomí lze vysvětlit poruchami v elektromagnetickém poli mozku generovanými akčními potenciály spouštěnými během mozkové činnosti. Tyto teorie se nazývají elektromagnetické teorie vědomí . Další skupina hypotéz naznačuje, že vědomí nelze vysvětlit klasickou dynamikou, ale kvantovou mechanikou a jejími jevy. Tyto hypotézy jsou seskupeny do myšlenky kvantové mysli a byly poprvé představeny Eugenem Wignerem .

Neurofyzikální ústavy

Ocenění

Ze seznamu cen, které odměňují neurofyziky za jejich příspěvek k neurologii a příbuzných oborech, je nejpozoruhodnější cena Brain Prize , jejíž poslední laureáti jsou Adrian Bird a Huda Zoghbi za „jejich průkopnickou práci mapující a chápající epigenetickou regulaci mozku a pro identifikaci genu, který způsobuje Rettův syndrom “. Dalšími nejvýznamnějšími cenami, které lze udělit neurofyzikovi, jsou: cena NAS za neurovědy , Kavliho cena a do určité míry i Nobelova cena za fyziologii nebo medicínu . Je možné poznamenat, že Nobelova cena byla udělena vědcům, kteří vyvinuli techniky, které široce přispěly k lepšímu porozumění nervové soustavě, jako Neher a Sakmann v roce 1991 za patch clamp , a také Lauterbur a Mansfield za jejich práci na Magnetic rezonanční zobrazování (MRI) v roce 2003.

Viz také

Knihy

• Wulfram Gerstner a Werner M. Kistler, Spiking Neuron Models, Single Neurons, Population, Plasticity, Cambridge University Press (2002) ISBN   0-521-89079-9 ISBN   0-521-81384-0
• Alwyn Scott, Neuroscience: A Mathematical Primer, Birkhäuser (2002) ISBN   0-387-95403-1
• Graben, Peter; Zhou, Changsong; Thiel, Marco; Kurths, Jürgen (2008), „Základy neurofyziky“, Přednášky v superpočítačových neurovědách , Berlín, Heidelberg: Springer , s. 3–48, Bibcode : 2008lsn..book ..... G , doi : 10,1007 / 978-3 -540-73159-7 , ISBN   978-3-540-73159-7

Reference