Neurofizyka

Neurofizyka (lub neurobiofizyka ) jest działem biofizyki zajmującym się rozwojem i wykorzystaniem fizycznych metod pozyskiwania informacji o układzie nerwowym . Neurofizyka to interdyscyplinarna nauka wykorzystująca fizykę i łącząca ją z innymi neuronaukami w celu lepszego zrozumienia procesów neuronalnych. Stosowane metody obejmują techniki biofizyki eksperymentalnej i inne pomiary fizyczne, takie jak EEG, głównie do badania elektrycznych , mechanicznych lub płynowych właściwości, a także podejścia teoretyczne i obliczeniowe . Termin „neurofizyka” jest połączeniem słów „ neuron ” i „ fizyka ”.

Między innymi teoretyzowanie ektopowych potencjałów czynnościowych w neuronach przy użyciu ekspansji Kramersa-Moyala oraz opis zjawisk fizycznych mierzonych podczas EEG przy użyciu przybliżenia dipolowego wykorzystuje neurofizykę do lepszego zrozumienia aktywności neuronów.

Inne całkiem odrębne podejście teoretyczne zakłada, że ​​neurony posiadają energię interakcji modelu Isinga i bada fizyczne konsekwencje tego dla różnych topologii drzewa Cayleya i dużych sieci neuronowych . W 1981 roku Peter Barth wyprowadził dokładne rozwiązanie dla zamkniętego drzewa Cayleya (z pętlami) dla dowolnego stosunku rozgałęzień i okazało się, że wykazuje ono niezwykłe zachowanie przejścia fazowego w korelacjach lokalny wierzchołek i dalekiego zasięgu miejsce-miejsce, co sugeruje, że pojawienie się strukturalnie zdeterminowanych i zależnych od łączności zjawisk kooperacyjnych może odgrywać znaczącą rolę w dużych sieciach neuronowych.

Techniki nagrywania

Stare techniki rejestrowania aktywności mózgu za pomocą zjawisk fizycznych są już szeroko rozpowszechnione w badaniach i medycynie . Elektroencefalografia (EEG) wykorzystuje elektrofizjologię do pomiaru aktywności elektrycznej w mózgu. Ta technika, za pomocą której Hans Berger po raz pierwszy zarejestrował aktywność elektryczną mózgu człowieka w 1924 roku, jest nieinwazyjna i wykorzystuje elektrody umieszczone na skórze głowy pacjenta w celu zarejestrowania aktywności mózgu. Oparta na tej samej zasadzie elektrokortykografia (ECoG) wymaga kraniotomii rejestrować aktywność elektryczną bezpośrednio w korze mózgowej .

W ostatnich dziesięcioleciach fizycy wymyślili technologie i urządzenia do obrazowania mózgu i jego aktywności. Technika funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), odkryta przez Seiji Ogawę w 1990 roku, ujawnia zmiany przepływu krwi w mózgu. W oparciu o istniejącą technikę obrazowania medycznego, obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) oraz związek między aktywnością neuronów a mózgowym przepływem krwi, narzędzie to umożliwia naukowcom badanie aktywności mózgu, gdy jest ona wyzwalana przez kontrolowaną stymulację. Inna technika, Mikroskopia Dwóch Fotonów (2P), wynaleziona przez Winfried Denk (za który otrzymał nagrodę Brain Prize w 2015 r.), John H. Strickler i Watt W. Webb w 1990 r. na Uniwersytecie Cornell , wykorzystuje fluorescencyjne białka i barwniki do obrazowania komórek mózgowych . Technika ta łączy absorpcję dwufotonową, o której po raz pierwszy wspomniała Maria Goeppert-Mayer w 1931 r., z laserami. Obecnie technika ta jest szeroko stosowana w badaniach i często połączona z inżynierią genetyczną w celu zbadania zachowania określonego typu neuronu .

Teorie świadomości

Świadomość jest wciąż nieznanym mechanizmem, a teoretycy muszą jeszcze wymyślić fizyczne hipotezy wyjaśniające jej mechanizmy. Niektóre teorie opierają się na założeniu, że świadomość można wytłumaczyć zakłóceniami w mózgowym polu elektromagnetycznym generowanymi przez potencjały czynnościowe wyzwalane podczas aktywności mózgu. Teorie te nazywane są elektromagnetycznymi teoriami świadomości . Inna grupa hipotez sugeruje, że świadomości nie można wyjaśnić dynamiką klasyczną , ale mechaniką kwantową i jego zjawiska. Te hipotezy są zgrupowane w idei umysłu kwantowego i zostały po raz pierwszy wprowadzone przez Eugene'a Wignera .

Instytuty Neurofizyki

Nagrody

Wśród nagród, którymi nagradzani są neurofizycy za ich wkład w neurologię i dziedziny pokrewne, najbardziej godną uwagi jest Nagroda Mózgu , której ostatnimi laureatami są Adrian Bird i Huda Zoghbi za „przełomową pracę nad mapowaniem i zrozumieniem regulacji epigenetycznej mózgu i do identyfikacji genu, który powoduje zespół Retta”. Inne najważniejsze nagrody, które mogą zostać przyznane neurofizykowi, to: nagroda NAS w dziedzinie neuronauki , nagroda Kavli i do pewnego stopnia Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny . Można zauważyć , że Nagrodę Nobla przyznano naukowcom , którzy opracowali techniki , które znacznie przyczyniły się do lepszego zrozumienia układu nerwowego, takim jak Neher i Sakmann w 1991 r . obrazowanie rezonansowe (MRI) w 2003 r.

Zobacz też

Książki

  •     Wulfram Gerstner i Werner M. Kistler, kolczaste modele neuronów, pojedyncze neurony, populacje, plastyczność , 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, Piotr; Zhou, Changsong; Thiel, Marco; Kurths, Jürgen (2008), „Podstawy neurofizyki”, Wykłady z neuronauki superkomputerowej , Berlin, Heidelberg: Springer , s. 3–48, Bibcode : 2008lsn..book.....G , doi : 10.1007/978-3 -540-73159-7 , ISBN 978-3-540-73159-7


Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Neurophysics&oldid=1139221160 ”