Нейронаука — это научное исследование нервной системы ( головного мозга , спинного мозга и периферической нервной системы ), ее функций и нарушений. [1] [2] [3] Это междисциплинарная наука, которая сочетает в себе физиологию , анатомию , молекулярную биологию , биологию развития , цитологию , психологию , физику , информатику , химию , медицину , статистику и математическое моделирование для понимания фундаментальных и возникающих проблем. свойства нейронов , глии и нервных цепей . [4] [5] [6] [7] [8] Понимание биологической основы обучения , памяти , поведения , восприятия и сознания было описано Эриком Канделом как «эпическая задача» биологических наук . [9]
Объем нейробиологии со временем расширился и теперь включает в себя различные подходы, используемые для изучения нервной системы в разных масштабах. Методы, используемые нейробиологами , значительно расширились: от молекулярных и клеточных исследований отдельных нейронов до визуализации сенсорных , двигательных и когнитивных задач мозга.
Самое раннее исследование нервной системы относится к Древнему Египту . Трепанация , хирургическая практика сверления или выскабливания отверстия в черепе с целью лечения травм головы или психических расстройств , или снижения черепного давления, была впервые зафиксирована в период неолита . Рукописи, датированные 1700 годом до нашей эры, указывают на то, что египтяне имели некоторые знания о симптомах повреждения головного мозга . [10]
Ранние взгляды на функции мозга считали его своего рода «черепной начинкой». В Египте , начиная с позднего Среднего царства , мозг регулярно удаляли при подготовке к мумификации . В то время считалось, что сердце является вместилищем разума. По словам Геродота , первым шагом мумификации было «взять кривой кусок железа и с его помощью вытянуть мозг через ноздри, избавившись таким образом от части, а от остального череп очищают путем промывания лекарствами. " [11]
Мнение о том, что сердце является источником сознания, не подвергалось сомнению до времен греческого врача Гиппократа . Он считал, что мозг не только связан с ощущениями (поскольку большинство специализированных органов (например, глаза, уши, язык) расположены в голове рядом с мозгом), но также является центром интеллекта. [12] Платон также предположил, что мозг является местом расположения разумной части души. [13] Аристотель , однако, считал, что сердце является центром интеллекта и что мозг регулирует количество тепла, исходящего от сердца. [14] Эта точка зрения была общепринятой до тех пор, пока римский врач Гален , последователь Гиппократа и врач римских гладиаторов , не заметил, что его пациенты теряли умственные способности, когда у них был поврежден мозг. [15]
Абулькасис , Аверроэс , Авиценна , Авензоар и Маймонид , работавшие в средневековом мусульманском мире, описали ряд медицинских проблем, связанных с мозгом. В Европе эпохи Возрождения Везалий (1514–1564), Рене Декарт (1596–1650), Томас Уиллис (1621–1675) и Ян Сваммердам (1637–1680) также внесли некоторый вклад в нейробиологию.
Новаторская работа Луиджи Гальвани в конце 1700-х годов заложила основу для изучения электрической возбудимости мышц и нейронов. В 1843 году Эмиль дю Буа-Реймон продемонстрировал электрическую природу нервного сигнала, [16] скорость которого приступил к измерению Герман фон Гельмгольц , [17] , а в 1875 году Ричард Катон обнаружил электрические явления в полушариях головного мозга кроликов и обезьян. [18] Адольф Бек опубликовал в 1890 г. аналогичные наблюдения спонтанной электрической активности мозга кроликов и собак. [19] Исследования мозга стали более сложными после изобретения микроскопа и разработки процедуры окрашивания Камилло Гольджи в конце 1890-х годов. В ходе процедуры использовалась соль хромата серебра , чтобы выявить сложные структуры отдельных нейронов . Его техника была использована Сантьяго Рамоном-и-Кахалем и привела к формированию доктрины нейронов — гипотезы о том, что функциональной единицей мозга является нейрон. [20] Гольджи и Рамон-и-Кахаль получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1906 году за обширные наблюдения, описания и классификации нейронов по всему мозгу.
Параллельно с этим исследованием в 1815 году Жан Пьер Флуранс индуцировал локализованные поражения головного мозга у живых животных, чтобы наблюдать их влияние на моторику, чувствительность и поведение. Работа Марка Дакса в 1836 году и Поля Брока в 1865 году с пациентами с повреждением головного мозга показала, что определенные области мозга отвечают за определенные функции. В то время эти открытия рассматривались как подтверждение теории Франца Йозефа Галля о том, что язык локализован и что определенные психологические функции локализованы в определенных областях коры головного мозга . [21] [22] Гипотеза о локализации функции была подтверждена наблюдениями за пациентами с эпилепсией , проведенными Джоном Хьюлингсом Джексоном , который правильно сделал вывод об организации моторной коры , наблюдая за развитием приступов по всему телу. Карл Вернике развил теорию специализации определенных структур мозга в понимании и воспроизведении языка. Современные исследования с использованием методов нейровизуализации по-прежнему используют анатомические определения той эпохи, основанные на церебральной цитоархитектонической карте Бродмана (имея в виду изучение клеточной структуры ), продолжая показывать, что отдельные области коры активируются при выполнении определенных задач. [23]
В течение 20-го века нейробиология стала признаваться как отдельная академическая дисциплина, а не как исследование нервной системы в рамках других дисциплин. Эрик Кандел и его коллеги отметили Дэвида Риоха , Фрэнсиса О. Шмитта и Стивена Каффлера , сыгравших решающую роль в создании этой области. [24] Риоч инициировал интеграцию фундаментальных анатомических и физиологических исследований с клинической психиатрией в Армейском исследовательском институте Уолтера Рида , начиная с 1950-х годов. В тот же период Шмитт основал программу исследований в области нейробиологии на факультете биологии Массачусетского технологического института , объединяющую биологию, химию, физику и математику. Первая отдельная кафедра нейробиологии (тогда называвшаяся психобиологией) была основана в 1964 году в Калифорнийском университете в Ирвине Джеймсом Л. Макгофом . [25] За этим последовала кафедра нейробиологии Гарвардской медицинской школы , основанная в 1966 году Стивеном Каффлером. [26]
В процессе лечения эпилепсии Уайлдер Пенфилд составил карты расположения различных функций (двигательных, сенсорных, памяти, зрения) в мозге. [27] [28] Он обобщил свои выводы в книге 1950 года под названием « Кора головного мозга человека ». [29] Уайлдер Пенфилд и его коллеги Эдвин Болдри и Теодор Расмуссен считаются создателями кортикального гомункула . [30]
В течение 20 века понимание нейронов и функций нервной системы становилось все более точным и молекулярным. Например, в 1952 году Алан Ллойд Ходжкин и Эндрю Хаксли представили математическую модель передачи электрических сигналов в нейронах гигантского аксона кальмара, которую они назвали « потенциалами действия », и того, как они инициируются и распространяются, известную как Модель Ходжкина -Хаксли . В 1961–1962 годах Ричард ФитцХью и Дж. Нагумо упростили Ходжкина–Хаксли в так называемой модели ФитцХью–Нагумо . В 1962 году Бернард Кац смоделировал нейротрансмиссию через пространство между нейронами, известное как синапсы . Начиная с 1966 года Эрик Кандел и его коллеги исследовали биохимические изменения в нейронах, связанные с обучением и хранением памяти у аплизий . В 1981 году Кэтрин Моррис и Гарольд Лекар объединили эти модели в модель Морриса-Лекара . Такая все более количественная работа привела к появлению многочисленных моделей биологических нейронов и моделей нейронных вычислений .
В результате растущего интереса к нервной системе было создано несколько известных нейробиологических организаций, которые стали форумом для всех нейробиологов 20 века. Например, Международная организация по исследованию мозга была основана в 1961 году, [31] Международное общество нейрохимии в 1963 году, [32] Европейское общество мозга и поведения в 1968 году, [33] и Общество нейробиологии в 1969 году . [34] В последнее время применение результатов нейробиологических исследований также привело к появлению таких прикладных дисциплин , как нейроэкономика , [35] нейрообразование , [36] нейроэтика , [37] и нейроправо . [38]
Со временем исследования мозга прошли философскую, экспериментальную и теоретическую фазы, и ожидается, что работа над нейронными имплантатами и моделированием мозга станет важной в будущем. [39]
Научное изучение нервной системы значительно возросло во второй половине двадцатого века, главным образом благодаря достижениям в области молекулярной биологии , электрофизиологии и вычислительной нейробиологии . Это позволило нейробиологам изучить нервную систему во всех ее аспектах: как она устроена, как работает, как развивается, как работает со сбоями и как ее можно изменить.
Например, стало возможным более детально понять сложные процессы, происходящие внутри одного нейрона . Нейроны – это клетки, специализирующиеся на общении. Они способны взаимодействовать с нейронами и другими типами клеток через специализированные соединения, называемые синапсами , в которых электрические или электрохимические сигналы могут передаваться от одной клетки к другой. Многие нейроны выделяют длинную тонкую нить аксоплазмы , называемую аксоном , которая может распространяться на отдаленные части тела и способна быстро переносить электрические сигналы, влияя на активность других нейронов, мышц или желез в точках их окончания. Нервная система возникает из совокупности нейронов, которые связаны друг с другом в нейронных цепях и сетях .
Нервную систему позвоночных можно разделить на две части: центральную нервную систему (определяемую как головной и спинной мозг ) и периферическую нервную систему . У многих видов, включая всех позвоночных, нервная система является самой сложной системой органов в организме, причем большая часть сложности находится в мозге. Один только человеческий мозг содержит около ста миллиардов нейронов и сто триллионов синапсов; он состоит из тысяч различных подструктур, связанных друг с другом в синаптических сетях, хитросплетения которых только начали разгадываться. По крайней мере, один из трех из примерно 20 000 генов, входящих в геном человека, экспрессируется преимущественно в мозге. [40]
Благодаря высокой степени пластичности головного мозга человека структура его синапсов и обусловленные ими функции меняются на протяжении жизни. [41]
Осмысление динамической сложности нервной системы — огромная исследовательская задача. В конечном счете, нейробиологи хотели бы понять каждый аспект нервной системы, в том числе то, как она работает, как развивается, как работает со сбоями и как ее можно изменить или починить. Таким образом, анализ нервной системы проводится на нескольких уровнях: от молекулярного и клеточного до системного и когнитивного уровней. Конкретные темы, составляющие основной фокус исследований, со временем меняются, что обусловлено постоянно расширяющейся базой знаний и доступностью все более сложных технических методов. Совершенствование технологий стало основной движущей силой прогресса. Развитие электронной микроскопии , информатики , электроники , функциональной нейровизуализации , а также генетики и геномики стало основными движущими силами прогресса.
Достижения в классификации клеток головного мозга стали возможны благодаря электрофизиологической регистрации, генетическому секвенированию отдельных клеток и высококачественной микроскопии, которые объединены в единый конвейер методов, называемый патч-секвенированием , в котором все три метода одновременно применяются с использованием миниатюрных инструментов. [42] Эффективность этого метода и большие объемы получаемых данных позволили исследователям сделать некоторые общие выводы о типах клеток; например, что мозг человека и мыши имеет разные версии принципиально одних и тех же типов клеток. [43]
Основные вопросы, решаемые в молекулярной нейробиологии, включают механизмы, с помощью которых нейроны выражают молекулярные сигналы и реагируют на них, а также то, как аксоны формируют сложные схемы соединения. На этом уровне инструменты молекулярной биологии и генетики используются для понимания того, как развиваются нейроны и как генетические изменения влияют на биологические функции. [44] Морфология , молекулярная идентичность и физиологические характеристики нейронов и то, как они связаны с различными типами поведения, также представляют значительный интерес . [45]
Вопросы, рассматриваемые в клеточной нейробиологии , включают механизмы того, как нейроны обрабатывают сигналы физиологически и электрохимически. Эти вопросы включают в себя то, как сигналы обрабатываются нейритами и сомами и как нейротрансмиттеры и электрические сигналы используются для обработки информации в нейроне. Невриты представляют собой тонкие отростки тела нейрональной клетки , состоящие из дендритов (специализированных на получении синаптических входов от других нейронов) и аксонов (специализированных на проведении нервных импульсов, называемых потенциалами действия ). Сомы представляют собой клеточные тела нейронов и содержат ядра. [46]
Другой важной областью клеточной нейробиологии является исследование развития нервной системы . [47] Вопросы включают формирование паттерна и регионализации нервной системы, развитие аксонов и дендритов, трофические взаимодействия , образование синапсов и участие фрактонов в нервных стволовых клетках , [48] [49] дифференцировку нейронов и глии ( нейрогенез и глиогенез ). и миграция нейронов . [50]
Вычислительное нейрогенетическое моделирование связано с разработкой динамических нейронных моделей для моделирования функций мозга в отношении генов и динамических взаимодействий между генами на клеточном уровне (CNGM также можно использовать для моделирования нейронных систем). [51]
Системные нейробиологические исследования сосредоточены на структурной и функциональной архитектуре развивающегося человеческого мозга, а также на функциях крупномасштабных мозговых сетей или функционально связанных систем внутри мозга. Наряду с развитием мозга системная нейробиология также фокусируется на том, как структура и функции мозга позволяют или ограничивают обработку сенсорной информации, используя изученные ментальные модели мира для мотивации поведения.
Вопросы системной нейробиологии включают в себя то, как нейронные цепи формируются и используются анатомически и физиологически для выполнения таких функций, как рефлексы , мультисенсорная интеграция , координация движений , циркадные ритмы , эмоциональные реакции , обучение и память . [52] Другими словами, эта область исследований изучает, как связи создаются и трансформируются в мозге, а также влияние, которое они оказывают на человеческие ощущения, движения, внимание, тормозящий контроль, принятие решений, рассуждение, формирование памяти, вознаграждение и регуляция эмоций. [53]
Конкретные области интересов в этой области включают наблюдения за тем, как структура нейронных цепей влияет на приобретение навыков, как развиваются и изменяются специализированные области мозга ( нейропластичность ), а также разработка атласов мозга или электрических схем индивидуального развивающегося мозга. [54]
Смежные области нейроэтологии и нейропсихологии решают вопрос о том, как нейронные субстраты лежат в основе конкретного поведения животных и человека . [55] Нейроэндокринология и психонейроиммунология изучают взаимодействие между нервной системой, эндокринной и иммунной системами соответственно. [56] Несмотря на многие достижения, то, как сети нейронов выполняют сложные когнитивные процессы и поведение, все еще плохо изучено. [57]
Когнитивная нейробиология занимается вопросами того, как психологические функции производятся нейронными цепями . Появление новых мощных методов измерения, таких как нейровизуализация (например, фМРТ , ПЭТ , ОФЭКТ ), ЭЭГ , МЭГ , электрофизиология , оптогенетика и генетический анализ человека в сочетании со сложными экспериментальными методами когнитивной психологии , позволяет нейробиологам и психологам решать абстрактные вопросы, например, как познание и эмоции связаны с конкретными нейронными субстратами. Хотя многие исследования по-прежнему придерживаются редукционистской позиции в поисках нейробиологической основы когнитивных явлений, недавние исследования показывают, что существует интересное взаимодействие между нейробиологическими открытиями и концептуальными исследованиями, выявляя и интегрируя обе точки зрения. Например, нейробиологические исследования эмпатии вызвали интересную междисциплинарную дискуссию с участием философии, психологии и психопатологии. [58] Более того, нейробиологическая идентификация множественных систем памяти, связанных с различными областями мозга, бросила вызов идее о памяти как буквальном воспроизведении прошлого, поддерживая взгляд на память как порождающий, конструктивный и динамический процесс. [59] [60]
Нейронаука также связана с социальными и поведенческими науками , а также с зарождающимися междисциплинарными областями. Примеры таких союзов включают нейроэкономику , теорию принятия решений , социальную нейробиологию и нейромаркетинг для решения сложных вопросов о взаимодействии мозга с окружающей средой. Например, исследование реакции потребителей использует ЭЭГ для изучения нейронных коррелятов, связанных с переносом повествования в истории об энергоэффективности . [61]
Вопросы вычислительной нейробиологии могут охватывать широкий спектр уровней традиционного анализа, таких как развитие , структура и когнитивные функции мозга. Исследования в этой области используют математические модели , теоретический анализ и компьютерное моделирование для описания и проверки биологически вероятных нейронов и нервных систем. Например, модели биологических нейронов представляют собой математические описания импульсных нейронов, которые можно использовать для описания как поведения отдельных нейронов, так и динамики нейронных сетей . Вычислительную нейронауку часто называют теоретической нейронаукой.
Наночастицы в медицине универсальны в лечении неврологических расстройств, демонстрируя многообещающие результаты в обеспечении транспорта лекарств через гематоэнцефалический барьер . [62] Внедрение наночастиц в противоэпилептические препараты повышает их медицинскую эффективность за счет увеличения биодоступности в кровотоке, а также обеспечивает определенный контроль концентрации во время высвобождения. [62] Хотя наночастицы могут помочь терапевтическим лекарствам, корректируя физические свойства для достижения желаемого эффекта, непреднамеренное увеличение токсичности часто происходит в предварительных испытаниях лекарств. [63] Кроме того, производство наномедицины для испытаний лекарств является экономически затратным, что препятствует прогрессу в их внедрении. Вычислительные модели в нанонейронауке предоставляют альтернативы для изучения эффективности лекарств на основе нанотехнологий при неврологических расстройствах, одновременно снижая потенциальные побочные эффекты и затраты на разработку. [62]
Наноматериалы часто работают на уровнях между классическим и квантовым режимами. [64] Из-за связанных с этим неопределенностей в масштабах длины, с которыми работают наноматериалы, трудно предсказать их поведение до исследований in vivo. [62] Классически физические процессы, происходящие в нейронах, аналогичны электрическим цепям. Дизайнеры акцентируют внимание на подобных аналогиях и моделируют деятельность мозга как нейронную цепь. [65] Успех в компьютерном моделировании нейронов привел к разработке стереохимических моделей, которые точно предсказывают синапсы на основе рецепторов ацетилхолина, действующие в микросекундных масштабах времени. [65]
Сверхтонкие наноиглы для манипуляций с клетками тоньше самых маленьких одностенных углеродных нанотрубок . Вычислительная квантовая химия [66] используется для создания ультратонких наноматериалов с высокосимметричной структурой для оптимизации геометрии, реакционной способности и стабильности. [64]
В поведении наноматериалов преобладают дальнодействующие несвязывающие взаимодействия. [67] Электрохимические процессы, происходящие в мозге, генерируют электрическое поле, которое может непреднамеренно повлиять на поведение некоторых наноматериалов. [64] Моделирование молекулярной динамики может смягчить этап разработки наноматериалов, а также предотвратить нейронную токсичность наноматериалов после клинических испытаний in vivo. [63] Тестирование наноматериалов с использованием молекулярной динамики оптимизирует нанохарактеристики для терапевтических целей путем тестирования различных условий окружающей среды, изготовления форм наноматериалов, свойств поверхности наноматериалов и т. д. без необходимости экспериментов in vivo. [68] Гибкость молекулярно-динамического моделирования позволяет практикующим врачам персонализировать лечение. Данные, связанные с наночастицами, полученные в результате трансляционной наноинформатики, связывают конкретные неврологические данные пациента для прогнозирования реакции на лечение. [67]
Неврология, психиатрия, нейрохирургия, психохирургия, анестезиология и медицина боли , невропатология, нейрорадиология , офтальмология , отоларингология , клиническая нейрофизиология , наркология и медицина сна — это некоторые медицинские специальности, которые конкретно занимаются заболеваниями нервной системы. Эти термины также относятся к клиническим дисциплинам, связанным с диагностикой и лечением этих заболеваний. [69]
Неврология занимается заболеваниями центральной и периферической нервной системы, такими как боковой амиотрофический склероз (БАС) и инсульт , а также их лечением. Психиатрия фокусируется на аффективных , поведенческих, когнитивных и перцептивных расстройствах. Анестезиология фокусируется на восприятии боли и фармакологическом изменении сознания. Нейропатология фокусируется на классификации и основных патогенетических механизмах заболеваний центральной и периферической нервной системы и мышц, с акцентом на морфологические, микроскопические и химически наблюдаемые изменения. Нейрохирургия и психохирургия занимаются преимущественно хирургическим лечением заболеваний центральной и периферической нервной системы. [70]
.gif/1280px-Parasagittal_MRI_of_human_head_in_patient_with_benign_familial_macrocephaly_prior_to_brain_injury_(ANIMATED).gif)
В последнее время границы между различными специальностями размыты, поскольку все они находятся под влиянием фундаментальных исследований в области нейробиологии. Например, визуализация мозга позволяет получить объективное биологическое представление о психических заболеваниях, что может привести к более быстрой диагностике, более точному прогнозу и улучшению мониторинга прогресса пациента с течением времени. [71]
Интегративная нейронаука описывает попытку объединить модели и информацию из разных уровней исследований для разработки согласованной модели нервной системы. Например, визуализация мозга в сочетании с физиологическими численными моделями и теориями фундаментальных механизмов может пролить свет на психические расстройства. [72]
Еще одна важная область трансляционных исследований — интерфейсы «мозг-компьютер» или машины, которые способны общаться и влиять на мозг. Интерфейсы мозг-компьютер (BCI) в настоящее время исследуются на предмет их потенциала для восстановления нейронных систем и определенных когнитивных функций. [73] Однако, прежде чем они будут приняты, необходимо рассмотреть некоторые этические соображения. [74] [75]
Современное образование и исследовательскую деятельность в области нейробиологии можно очень грубо разделить на следующие основные отрасли в зависимости от предмета и масштаба изучаемой системы, а также различных экспериментальных или учебных подходов. Однако отдельные нейробиологи часто работают над вопросами, охватывающими несколько отдельных областей.
Крупнейшей профессиональной нейробиологической организацией является Общество нейронаук (SFN), которое базируется в США, но включает в себя множество членов из других стран. С момента своего основания в 1969 году SFN неуклонно рос: по состоянию на 2010 год в нем насчитывалось 40 290 членов из 83 стран. [102] Ежегодные встречи, проводимые каждый год в разных американских городах, привлекают исследователей, докторантов, аспирантов и студентов, а также учебные заведения, финансирующие агентства, издателей и сотни предприятий, поставляющих продукцию, используемую в исследованиях. .
Другие крупные организации, занимающиеся нейробиологией, включают Международную организацию по исследованию мозга (IBRO), которая ежегодно проводит свои встречи в странах из разных частей мира, и Федерацию европейских обществ нейронаук (FENS), которая проводит встречи в разные европейские города каждые два года. FENS включает в себя 32 организации национального уровня, в том числе Британскую ассоциацию нейробиологов , Немецкое общество нейробиологов ( Neurowissenschaftliche Gesellschaft ) и Французское общество нейробиологов . [103] Первое Национальное почетное общество в области нейробиологии, Nu Rho Psi , было основано в 2006 году. Также существуют многочисленные молодежные общества нейробиологов, которые поддерживают студентов, выпускников и начинающих исследователей, такие как Simply Neuroscience [104] и Project Encephalon. [105]
В 2013 году в США было объявлено об инициативе BRAIN . Международная инициатива по изучению мозга [106] была создана в 2017 году, [107] в настоящее время интегрирована более чем семью инициативами по исследованию мозга на национальном уровне (США, Европа , Институт Аллена , Япония , Китай , Австралия, [108] Канада, [109] Корея. , [110] и Израиль [111] ) [112] охватывают четыре континента.
Помимо проведения традиционных исследований в лабораторных условиях, нейробиологи также участвуют в повышении осведомленности и знаний о нервной системе среди широкой общественности и государственных чиновников. Подобную рекламу проводят как отдельные нейробиологи, так и крупные организации. Например, отдельные нейробиологи пропагандировали нейробиологическое образование среди молодых студентов, организовав International Brain Bee — академическое соревнование для учащихся старших и средних школ по всему миру. [113] В Соединенных Штатах крупные организации, такие как Общество нейробиологии, продвигают нейробиологическое образование, разработав учебник под названием «Факты о мозге», [114] сотрудничая с учителями государственных школ для разработки основных концепций нейробиологии для учителей и учащихся K-12, [113] 115] и выступил соавтором кампании совместно с Фондом Даны под названием «Неделя осведомленности о мозге», направленной на повышение осведомленности общественности о прогрессе и преимуществах исследований мозга. [116] В Канаде ежегодно в Университете Макмастера проводится Канадский национальный конкурс мозговых пчел CIHR . [117]
Преподаватели нейробиологии сформировали Факультет студенческой неврологии (FUN) в 1992 году, чтобы делиться передовым опытом и предоставлять гранты на поездки студентам, выступающим на собраниях Общества нейробиологии. [118]
Нейробиологи также сотрудничали с другими экспертами в области образования для изучения и совершенствования образовательных методов для оптимизации обучения учащихся — новой области, называемой образовательной нейробиологией . [119] Федеральные агентства в США, такие как Национальный институт здравоохранения (NIH) [120] и Национальный научный фонд (NSF), [121] также финансировали исследования, касающиеся передового опыта преподавания и изучения концепций нейробиологии. .
Нейроморфная инженерия — это раздел нейробиологии, который занимается созданием функциональных физических моделей нейронов для целей полезных вычислений. Новые вычислительные свойства нейроморфных компьютеров фундаментально отличаются от обычных компьютеров в том смысле, что они представляют собой сложную систему и что вычислительные компоненты взаимосвязаны без центрального процессора. [122]
Одним из примеров такого компьютера является суперкомпьютер SpiNNaker . [123]
Датчики также можно сделать умными с помощью нейроморфной технологии. Примером этого является BrainScaleS камеры событий (многомасштабные вычисления в нейроморфных гибридных системах), гибридный аналоговый нейроморфный суперкомпьютер, расположенный в Гейдельбергском университете в Германии. Он был разработан как часть нейроморфной вычислительной платформы Human Brain Project и является дополнением суперкомпьютера SpiNNaker, основанного на цифровых технологиях. Архитектура, используемая в BrainScaleS, имитирует биологические нейроны и их связи на физическом уровне; Кроме того, поскольку компоненты изготовлены из кремния, эти модельные нейроны срабатывают в среднем 864 раза (24 часа реального времени равны 100 секундам в машинном моделировании), чем их биологические аналоги. [124]
Недавние достижения в технологии нейроморфных микрочипов привели группу ученых к созданию искусственного нейрона, который может заменить настоящие нейроны при заболеваниях. [125] [126]
Последний рубеж биологических наук – их главная задача – понять биологическую основу сознания и психических процессов, посредством которых мы воспринимаем, действуем, учимся и запоминаем.
{{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
