От древнеегипетских мумий до научных исследований XVIII века о «глобулах» и нейронах , есть свидетельства практики нейронауки на протяжении ранних периодов истории. Ранние цивилизации не имели адекватных средств для получения знаний о человеческом мозге. Поэтому их предположения о внутренней работе разума были неверными. Ранние взгляды на функцию мозга считали его формой своего рода «черепной начинки». В Древнем Египте, начиная с конца Среднего царства и далее, при подготовке к мумификации мозг регулярно удаляли, поскольку именно сердце считалось вместилищем интеллекта. По словам Геродота , на первом этапе мумификации: «Самая совершенная практика — извлечь как можно больше мозга железным крюком, а то, до чего крюк не может дотянуться, смешать с наркотиками». В течение следующих пяти тысяч лет эта точка зрения изменилась на противоположную; теперь известно, что мозг является вместилищем интеллекта, хотя разговорные вариации первого варианта сохранились, например, «запоминание чего-либо наизусть».
Самое раннее упоминание о мозге встречается в хирургическом папирусе Эдвина Смита , написанном в 17 веке до н. э. Иероглиф для мозга, встречающийся в этом папирусе восемь раз, описывает симптомы, диагноз и прогноз двух пациентов, раненых в голову, у которых были сложные переломы черепа. Оценки автора (военного хирурга) папируса намекают на то, что древние египтяне смутно осознавали последствия черепно-мозговой травмы. Хотя симптомы хорошо описаны и подробны, отсутствие медицинского прецедента очевидно. Автор отрывка отмечает «пульсации обнаженного мозга» и сравнивает поверхность мозга с рябью поверхности медного шлака (который действительно имеет извилисто-бороздчатый рисунок). Латеральность травмы была связана с латеральностью симптома, и были описаны как афазия («он не говорит с тобой»), так и судороги («он чрезвычайно содрогается») после черепно-мозговой травмы. Наблюдения древних цивилизаций за человеческим мозгом предполагают лишь относительное понимание базовой механики и важности черепной безопасности. Кроме того, учитывая, что общее мнение медицинской практики, касающейся анатомии человека, основывалось на мифах и суевериях, мысли полевого хирурга кажутся эмпирическими и основанными на логической дедукции и простом наблюдении. [1] [2]
В Древней Греции интерес к мозгу начался с работы Алкмеона , который, по-видимому, рассекал глаз и связывал мозг со зрением. Он также предположил, что мозг, а не сердце, был органом, который управлял телом (то, что стоики назвали бы гегемониконом ) , и что чувства зависят от мозга. Согласно древним авторитетам, Алкмеон считал, что способность мозга синтезировать ощущения делала его также вместилищем воспоминаний и мыслей. [2] Автор « О священной болезни» , части Гиппократова корпуса, также считал, что мозг является вместилищем интеллекта.
Споры относительно гегемоникона продолжались среди древнегреческих философов и врачей очень долго. Уже в IV веке до нашей эры Аристотель считал, что сердце является вместилищем интеллекта , в то время как мозг является охлаждающим механизмом для крови. Он рассуждал, что люди более рациональны, чем животные, потому что, среди прочего, у них более крупный мозг, чтобы охлаждать их горячую кровь. [3] С другой стороны, в эллинистический период Герофил и Эрасистрат Александрийский занимались исследованиями, которые включали в себя вскрытие человеческих тел, предоставляя доказательства первичности мозга. Они подтвердили различие между головным мозгом и мозжечком и идентифицировали желудочки и твердую мозговую оболочку . Их работы в настоящее время в основном утеряны, и мы знаем об их достижениях в основном благодаря вторичным источникам. Некоторые из их открытий пришлось заново открывать через тысячелетие после их смерти. [2]
Во времена Римской империи греческий врач и философ Гален препарировал мозги быков , берберийских обезьян , свиней и других нечеловеческих млекопитающих. Он пришел к выводу, что, поскольку мозжечок плотнее мозга, он должен контролировать мышцы , в то время как, поскольку головной мозг мягкий, он должен быть местом обработки чувств. Гален далее выдвинул теорию о том, что мозг функционирует за счет движения духов животных через желудочки. Он также отметил, что определенные спинномозговые нервы контролируют определенные мышцы, и высказал идею о взаимном действии мышц. Только в 19 веке в работах Франсуа Мажанди и Чарльза Белла понимание спинномозговой функции превзойдет понимание Галена. [2] [3]
Исламская медицина в средние века была сосредоточена на том, как взаимодействуют разум и тело, и подчеркивала необходимость понимания психического здоровья. Около 1000 года Аль-Захрави , живший в исламской Иберии , оценивал неврологических пациентов и проводил хирургическое лечение травм головы, переломов черепа, травм позвоночника, гидроцефалии, субдуральных выпотов и головной боли. [ 4] В Персии Авиценна (Ибн-Сина) представил подробные знания о переломах черепа и их хирургическом лечении. [5] Некоторые считают Авиценну отцом современной медицины. [6] [7] [8] Он написал 40 работ по медицине, наиболее заметной из которых является Канун, медицинская энциклопедия, которая станет основным пособием в университетах на протяжении почти ста лет. Он также объяснил такие явления, как бессонница, мания, галлюцинации, кошмары, слабоумие, эпилепсия, инсульт, паралич, головокружение, меланхолия и тремор. Он также описал состояние, похожее на шизофрению, которое он назвал Junun Mufrit, характеризующееся возбуждением, нарушениями поведения и сна, неадекватными ответами на вопросы и периодической неспособностью говорить. Авиценна также открыл червь мозжечка, который он просто назвал червем, и хвостатое ядро. Оба термина до сих пор используются в нейроанатомии. Он также был первым человеком, который связал умственные дефициты с дефицитами в среднем желудочке мозга или лобной доле. [9] Абулкасис , Аверроэс , Авензоар и Маймонид , действовавшие в средневековом мусульманском мире, также описали ряд медицинских проблем, связанных с мозгом.
Между XIII и XIV веками первые учебники по анатомии в Европе, включавшие описание мозга, были написаны Мондино де Луцци и Гвидо да Виджевано . [10] [11]
Работа Андреаса Везалия на человеческих трупах выявила проблемы с галеновым взглядом на анатомию. Везалий отметил множество структурных характеристик как мозга, так и общей нервной системы во время своих вскрытий. [12] В дополнение к описанию многих анатомических особенностей, таких как скорлупа и мозолистое тело , Везалий предположил, что мозг состоит из семи пар «мозговых нервов», каждая из которых имеет специализированную функцию. Другие ученые продолжили работу Везалия, добавив свои собственные подробные наброски человеческого мозга.
В 17 веке Рене Декарт изучал физиологию мозга, предложив теорию дуализма для решения вопроса о связи мозга с разумом. Он предположил, что эпифиз — это место, где разум взаимодействует с телом, после регистрации мозговых механизмов, отвечающих за циркуляцию спинномозговой жидкости . Ян Сваммердам поместил отрезанную мышцу бедра лягушки в герметичный шприц с небольшим количеством воды на кончике, и когда он заставил мышцу сократиться, раздражая нерв, уровень воды не поднялся, а наоборот, понизился на незначительное количество, развенчав теорию воздухоплавания . Идея о том, что стимуляция нерва приводит к движению, имела важные последствия, выдвинув идею о том, что поведение основано на стимулах. [13] Томас Уиллис изучал мозг, нервы и поведение, чтобы разработать неврологические методы лечения. Он подробно описал структуру ствола мозга , мозжечка, желудочков и полушарий головного мозга.
Роль электричества в нервах впервые наблюдали у препарированных лягушек Луиджи Гальвани , Лючия Галеацци Гальвани и Джованни Альдини во второй половине XVIII века. В 1811 году Сезар Жюльен Жан Легаллуа впервые определил конкретную функцию области мозга. Он изучал дыхание при препарировании и повреждениях животных и обнаружил центр дыхания в продолговатом мозге . [14] Между 1811 и 1824 годами Шарль Белл и Франсуа Мажанди обнаружили с помощью препарирования и вивисекции , что вентральные корешки в позвоночнике передают двигательные импульсы, а задние корешки получают сенсорный вход ( закон Белла-Мажанди ). [15] В 1820-х годах Жан Пьер Флуранс стал пионером экспериментального метода проведения локализованных повреждений мозга у животных, описав их влияние на моторику, чувствительность и поведение. Он пришел к выводу, что абляция мозжечка привела к движениям, которые «не были регулярными и координированными». [16] В 1843 году Карло Маттеуччи и Эмиль дю Буа-Реймон продемонстрировали, что нервные волокна передают электрические сигналы. [17] Герман фон Гельмгольц измерил, что они движутся со скоростью от 24 до 38 метров в секунду в 1850 году. [18]
В 1848 году Джон Мартин Харлоу описал, что у Финеаса Гейджа лобная доля была проколота железным стержнем при взрыве. Он стал примером связи между префронтальной корой и исполнительными функциями . [19] В 1861 году Поль Брока услышал о пациенте в больнице Бисетр, у которого в течение 21 года прогрессировала потеря речи и паралич, но не было потери понимания или умственных функций. Брока провел вскрытие и определил, что у пациента было поражение лобной доли в левом полушарии головного мозга . Брока опубликовал свои выводы по вскрытиям двенадцати пациентов в 1865 году. Его работа вдохновила других на проведение тщательных вскрытий с целью связать больше областей мозга с сенсорными и двигательными функциями. Другой французский невролог, Марк Дакс , сделал похожие наблюдения поколением ранее. [20] Гипотеза Брока была поддержана Густавом Фричем и Эдуардом Хитцигом , которые в 1870 году обнаружили, что электрическая стимуляция двигательной коры вызывает непроизвольные мышечные сокращения определенных частей тела собаки, а также наблюдениями за пациентами, страдающими эпилепсией, проведенными Джоном Хьюлингсом Джексоном , который в 1870-х годах правильно вывел организацию двигательной коры , наблюдая за развитием припадков по всему телу. Карл Вернике далее развил теорию специализации определенных структур мозга в понимании и воспроизведении языка. Ричард Катон представил свои выводы в 1875 году об электрических явлениях в полушариях головного мозга кроликов и обезьян. В 1878 году Герман Мунк обнаружил у собак и обезьян, что зрение локализовано в затылочной области коры, [21] Дэвид Ферье обнаружил в 1881 году, что слух локализован в верхней височной извилине , а Харви Кушинг обнаружил в 1909 году, что осязание локализовано в постцентральной извилине. [22] Современные исследования по-прежнему используют цитоархитектонические (относящиеся к изучению структуры клеток) анатомические определения Корбиниана Бродмана той эпохи, продолжая показывать, что отдельные области коры активируются при выполнении определенных задач. [20]
Исследования мозга стали более сложными после изобретения микроскопа и разработки процедуры окрашивания Камилло Гольджи в конце 1890-х годов, которая использовала соль хромата серебра для выявления сложных структур отдельных нейронов. Его метод был использован Сантьяго Рамоном-и-Кахалем и привел к формированию нейронной доктрины , гипотезы о том, что функциональной единицей мозга является нейрон. Гольджи и Рамон-и-Кахаль разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1906 году за их обширные наблюдения, описания и категоризацию нейронов по всему мозгу. Гипотезы нейронной доктрины были подкреплены экспериментами, последовавшими за пионерской работой Гальвани по электрической возбудимости мышц и нейронов. В 1898 году британский ученый Джон Ньюпорт Лэнгли впервые ввел термин «автономный» для классификации связей нервных волокон с периферическими нервными клетками. [23] Лэнгли известен как один из отцов теории химических рецепторов и как источник концепции «восприимчивого вещества». [24] [25] К концу девятнадцатого века Фрэнсис Готч провел несколько экспериментов по исследованию функций нервной системы. В 1899 году он описал «невозбудимую» или «рефрактерную фазу», которая имеет место между нервными импульсами . Его основное внимание было сосредоточено на том, как взаимодействие нервов влияет на мышцы и глаза. [26]
Генрих Оберштайнер в 1887 году основал «Институт анатомии и физиологии центральной нервной системы», позже названный Неврологическим или Институтом Оберштайнера Медицинской школы Венского университета . Это был один из первых в мире институтов по исследованию мозга. Он изучал кору мозжечка, описал зону Редлиха-Оберштайнера и написал одну из первых книг по нейроанатомии в 1888 году. Роберт Барани , работавший над физиологией и патологией вестибулярного аппарата, посещал эту школу и окончил ее в 1900 году. Позднее Оберштайнера сменил Отто Марбург . [27]
В двадцатом веке нейронауку стали признавать как отдельную единую академическую дисциплину, а не как науку, относящуюся к различным дисциплинам.
Иван Павлов внес вклад во многие области нейрофизиологии. Большая часть его работы включала исследования темперамента , обусловливания и непроизвольных рефлекторных действий . В 1891 году Павлов был приглашен в Институт экспериментальной медицины в Санкт-Петербурге для организации и руководства кафедрой физиологии. [28] Он опубликовал «Работу пищеварительных желез» в 1897 году после 12 лет исследований. Его эксперименты принесли ему Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1904 года. В тот же период Владимир Бехтерев открыл 15 новых рефлексов и известен своим соревнованием с Павловым относительно изучения условных рефлексов. Он основал Психоневрологический институт в Санкт-Петербургской государственной медицинской академии в 1907 году, где он работал с Александром Догелем . В институте он пытался создать междисциплинарный подход к исследованию мозга. [29] Институт высшей нервной деятельности в Москве , Россия, был основан 14 июля 1950 года.
Работа Чарльза Скотта Шеррингтона была сосредоточена на рефлексах, а его эксперименты привели к открытию двигательных единиц . Его концепции были сосредоточены вокруг унитарного поведения клеток, активируемых или тормозимых в том, что он называл синапсами . Шеррингтон получил Нобелевскую премию за то, что показал, что рефлексы требуют интегрированной активации, и продемонстрировал взаимную иннервацию мышц ( закон Шеррингтона ). [30] [31] [32] Шеррингтон также работал с Томасом Грэмом Брауном , который разработал одну из первых идей о центральных генераторах паттернов в 1911 году. Браун осознал, что базовый паттерн шагания может быть создан спинным мозгом без необходимости нисходящих команд от коры. [33] [34]
Ацетилхолин был первым идентифицированным нейротрансмиттером . Впервые он был идентифицирован в 1915 году Генри Халлетом Дейлом по его воздействию на сердечную ткань. Его нейротрансмиттер был подтвержден в 1921 году Отто Леви в Граце . Леви впервые продемонстрировал ″гуморальное Übertragbarkeit der Herznervenwirkung″ у амфибий . [35] Первоначально он дал ему название Vagusstoff , поскольку он высвобождался из блуждающего нерва , и в 1936 году он написал: [36] ″Я больше не колеблюсь идентифицировать Sympathicusstoff с адреналином″
Одним из главных вопросов для нейробиологов в начале двадцатого века была физиология нервных импульсов. В 1902 году и снова в 1912 году Юлиус Бернштейн выдвинул гипотезу о том, что потенциал действия является результатом изменения проницаемости аксональной мембраны для ионов. [37] [38] Бернштейн также был первым, кто ввел уравнение Нернста для потенциала покоя через мембрану. В 1907 году Луи Лапик предположил, что потенциал действия генерируется при пересечении порога, [39] что позже будет показано как продукт динамических систем ионной проводимости. Большое количество исследований органов чувств и функции нервных клеток было проведено британским физиологом Китом Лукасом и его учеником Эдгаром Адрианом . Эксперименты Кита Лукаса в первом десятилетии двадцатого века доказали, что мышцы сокращаются полностью или не сокращаются вообще, это называлось принципом «все или ничего» . [40] Эдгар Адриан наблюдал за нервными волокнами в действии во время своих экспериментов на лягушках. Это доказало, что ученые могут изучать функцию нервной системы напрямую, а не только косвенно. Это привело к быстрому увеличению разнообразия экспериментов, проводимых в области нейрофизиологии , и инноваций в технологиях, необходимых для этих экспериментов. Большая часть ранних исследований Адриана была вдохновлена изучением того, как вакуумные трубки перехватывают и усиливают закодированные сообщения. [41] Одновременно с этим Джозефт Эрлангер и Герберт Гассер смогли модифицировать осциллограф для работы при низком напряжении и смогли наблюдать, что потенциалы действия происходят в две фазы — скачок, за которым следует послеспайк. Они обнаружили, что нервы встречаются во многих формах, каждая из которых имеет свой собственный потенциал возбудимости. С помощью этого исследования пара обнаружила, что скорость потенциалов действия прямо пропорциональна диаметру нервного волокна, и получила Нобелевскую премию за свою работу. [42]
В процессе лечения эпилепсии Уайлдер Пенфилд создал карты расположения различных функций (двигательной, сенсорной, памяти, зрения) в мозге. [43] [44] Он обобщил свои выводы в книге 1950 года под названием «Кора головного мозга человека» . [45] Уайлдер Пенфилд и его коллеги-исследователи Эдвин Болдри и Теодор Расмуссен считаются создателями кортикального гомункула . [46]
Кеннет Коул присоединился к Колумбийскому университету в 1937 году и оставался там до 1946 года, где он добился пионерских успехов в моделировании электрических свойств нервной ткани. Гипотеза Бернстайна о потенциале действия была подтверждена Коулом и Говардом Кертисом, которые показали, что проводимость мембраны увеличивается во время потенциала действия. [47] Дэвид Э. Голдман работал с Коулом и вывел уравнение Голдмана в 1943 году в Колумбийском университете. [48] [49] Алан Ллойд Ходжкин провел год (1937–38) в Рокфеллеровском институте , в течение которого он присоединился к Коулу, чтобы измерить сопротивление постоянному току мембраны гигантского аксона кальмара в состоянии покоя. В 1939 году они начали использовать внутренние электроды внутри гигантского нервного волокна кальмара, а в 1947 году Коул разработал технику фиксации напряжения . Позже Ходжкин и Эндрю Хаксли представили математическую модель передачи электрических сигналов в нейронах гигантского аксона кальмара и того, как они инициируются и распространяются, известную как модель Ходжкина–Хаксли . В 1961–1962 годах Ричард Фицхью и Дж. Нагумо упростили модель Ходжкина–Хаксли, создав так называемую модель Фицхью–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 аплизии . В 1981 году Кэтрин Моррис и Гарольд Лекар объединили эти модели в модели Морриса–Лекара . Такая все более количественная работа привела к появлению многочисленных моделей биологических нейронов и моделей нейронных вычислений .
Эрик Кандел и его коллеги цитировали Дэвида Риоха , Фрэнсиса О. Шмитта и Стивена Куффлера как тех, кто сыграл решающую роль в создании этой области. [50] Риох инициировал интеграцию основных анатомических и физиологических исследований с клинической психиатрией в Армейском исследовательском институте Уолтера Рида , начиная с 1950-х годов. В тот же период Шмитт основал исследовательскую программу по нейронауке на биологическом факультете Массачусетского технологического института , объединив биологию, химию, физику и математику. Первый автономный факультет нейронауки (тогда называвшийся психобиологией) был основан в 1964 году в Калифорнийском университете в Ирвайне Джеймсом Л. Макгоу . Стивен Куффлер основал кафедру нейробиологии в Гарвардской медицинской школе в 1966 году. Первое официальное использование слова «Нейробиология» может быть в 1962 году в « Программе исследований нейронауки » Фрэнсиса О. Шмитта , которая была организована Массачусетским технологическим институтом . [51]
Со временем исследования мозга прошли через философскую, экспериментальную и теоретическую фазы, при этом предсказывалось, что работа по моделированию мозга будет иметь важное значение в будущем. [52]
В результате растущего интереса к нервной системе было создано несколько известных институтов и организаций нейронауки, чтобы предоставить форум всем нейронаукам. Крупнейшей профессиональной организацией нейронауки является Общество нейронауки (SFN), которое базируется в Соединенных Штатах, но включает в себя множество членов из других стран.
В 2013 году в США была объявлена инициатива BRAIN . В 2017 году была создана международная инициатива по изучению мозга [56] , в настоящее время объединенная более чем семью национальными инициативами по исследованию мозга (США, Европа , Институт Аллена , Япония , Китай , Австралия. Архивировано 05.02.2020 в Wayback Machine , Канада, Корея, Израиль) [57], охватывающими четыре континента.
Авиценна был известным персидским и мусульманским ученым, которого считали отцом ранней современной медицины.
Авиценна известен как отец ранней современной медицины.
Авиценна был персидским энциклопедистом и одним из самых известных врачей исламского золотого века. Он известен как отец ранней современной медицины, а его самая известная работа по медицине называется «Книга исцеления», которая стала стандартным медицинским учебником во многих европейских университетах и использовалась вплоть до последних столетий.
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )