تلقى العلماء صوراً جديدة لعمل الخلايا العصبية في الدماغ. خريطة الدماغ. يعمل ماسح الدماغ على البوزيترونات

كل التلافيف والأخاديد العقل البشريمنذ فترة طويلة تم تسميتها ووصفها. في الأطلس التشريحي العصبي نفس المادة الرمادية في القشرة نصفي الكرة الأرضيةمطلية بألوان مختلفة. هذه الخريطة الملونة عمرها أكثر من مائة عام. وفكرة أن الوظائف العقلية تتمركز في أماكن مختلفة على السطح القشرة الدماغيةرجل نشأ على الإطلاق في مطلع القرنين الثامن عشر والتاسع عشر. أنشأ الطبيب الألماني فرانز غال (1758-1828) ما يسمى بالخرائط الفرينولوجية للدماغ ، حيث وضع خصائص النفس ، والتي أطلق عليها "قدرات الروح". من وجهة نظر العلم الحديثإن خرائط غال المذهلة هي ثمرة استنتاجات لا تستند إلى بيانات تجريبية ، بل تستند فقط إلى ملاحظاتهم الخاصة. ومع ذلك ، على تنفيذ فكرته ، ظل العلماء يكافحون منذ قرنين من الزمان.

في أواخر التاسع عشرفي القرن الماضي ، وجد علماء الفسيولوجيا الألمان منطقة في القشرة الدماغية للكلاب والقطط ، تسبب التحفيز الكهربائي لها في تقلص لا إرادي لعضلات الجانب الآخر من الجسم. كانوا قادرين على تحديد بدقة في أي أجزاء من هذه المنطقة يتم تمثيلها مجموعات مختلفةعضلات. في وقت لاحق ، تم وصف هذه المنطقة (التي كانت تسمى المنطقة الحركية) أيضًا في الدماغ البشري ؛ وهي تقع أمام التلم المركزي (Roland) ، والذي يفصل بشكل أعمق القشرة الدماغية في الاتجاه العرضي. هنا ، توجد تمثيلات لعضلات الحنجرة والفم والوجه والذراع والجذع والساق بشكل تسلسلي ، ومنطقة المناطق القشرية لا تتوافق على الإطلاق مع حجم أجزاء الجسم. قام طبيب الأعصاب الكندي وايلدر جريفز بينفيلد وإي بالدري ، بمقارنة الاثنين ، برسم رجل صغير مضحك في هذا المكان - الهومونكولوس. لديه لسان كبير وشفاه وإبهام وذراعان وساقان وجذع صغيران للغاية. يعيش الهضبة المتناظرة أيضًا خلف التلم المركزي ، فهو ليس محركًا فحسب ، بل حسيًا. ترتبط مناطق في هذه المنطقة من القشرة الدماغية حساسية الجلدأجزاء مختلفة من الجسم. تتفاعل المناطق الحركية والحسية عن كثب مع بعضها البعض ، لذلك تعتبر عادة قشرة حسية حركية واحدة. اتضح لاحقًا أن كل شيء أكثر تعقيدًا بعض الشيء: وجد علماء وظائف الأعضاء تمثيلًا حركيًا كاملًا آخر للجسم الأصغر ، وهو المسؤول عن الحفاظ على الموقف وبعض الحركات البطيئة المعقدة الأخرى.

جميع الأعضاء الحسية لها تمثيلها المصرح به في القشرة الدماغية. على سبيل المثال ، في المنطقة القذالية من الدماغ البشري هي القشرة البصرية ، في الفص الصدغي- التمثيل السمعي الشمي منتشر في عدة أجزاء من الدماغ. هناك أيضًا ما يسمى بالمجالات الترابطية في القشرة الدماغية ، حيث يتم تحليل وتوليف المعلومات القادمة من الحقول الأولية لأعضاء الحس. يتم تطوير المجالات الترابطية بشكل كبير في البشر ، خاصة تلك الموجودة في الفص الجبهي ، والتي يربط بها علماء الفسيولوجيا أعلى مظاهر النفس - التفكير والذكاء. بالعودة إلى منتصف القرن التاسع عشر ، اكتشف العالم الفرنسي بول بروكا والطبيب النفسي الألماني كارل ويرنيك منطقتين في النصف الأيسر من الدماغ البشري مرتبطان بالكلام. إذا تضررت منطقة بروكا - في الثلث الخلفي من الجزء السفلي التلفيف الجبهي ، يكون كلام المريض ضعيفًا ، ولكن إذا تأثرت منطقة Wernicke - في الثلث الخلفي من التلفيف الصدغي العلوي ، يمكن للمريض التحدث ، لكن كلامه يصبح فارغًا.

لذلك يعرف علماء الفسيولوجيا اليوم الكثير عن بنية ووظائف الدماغ. لكن كلما تعلموا أكثر ، تبقى المزيد من الألغاز. ولا يمكن لأي من الباحثين المعاصرين أن يدعي معرفة كيفية عمل الدماغ. خرائط الدماغ الموجودة اليوم ، من حيث درجة محتوى المعلومات ، يمكن مقارنتها على الأرجح بالخرائط الجغرافية للعصور الوسطى ، عندما كانت الخطوط العريضة للقارات تشبه فقط عن بعد الخرائط الحقيقية ، والبقع البيضاء تجاوزت كل شيء آخر في منطقة. "والأهم من ذلك ، معرفة الجغرافيا تقريبًا ، ليس لدينا أي فكرة عما يحدث في" البلدان "المختلفة. ماذا يفعلون ، كيف يعيشون ، "يعلق مدير معهد الدماغ البشري التابع لأكاديمية العلوم الروسية ، العضو المراسل في أكاديمية العلوم الروسية سفياتوسلاف فسيفولودوفيتش ميدفيديف.

تعتبر مهمة إزالة البقع البيضاء من خريطة الدماغ وزيادة دقتها أكثر صعوبة من ملء البقع البيضاء في الجغرافيا. خاصة عندما يتعلق الأمر بالدماغ البشري ومظاهره العليا النفس البشرية. هل من الممكن حقًا أن تظهر على سطح الدماغ مشاعر الإنسان ، توتر الفكر ، عذاب الإبداع؟ هل من الممكن أن نقول: هذه المنطقة مسؤولة عن اتخاذ القرار ، هذه المجموعة من الخلايا مسؤولة عن الشعور بالجمال ، هذا هو المكان الذي يعشش فيه الحسد ، وهنا تبدأ منطقة الحب؟

"من الأصح التحدث ليس عن رسم خرائط للدماغ ، ولكن عن رسم الخرائط وظائف المخ، - يشرح S.V. ميدفيديف. - المهمة هي تحديد مكان وجود الخلايا العصبية التي تشارك في حل مهمة معينة ، وفهم كيفية تفاعل هذه الأجزاء من الدماغ مع بعضها البعض. أخيرًا ، تتمثل المهمة الأكثر أهمية لطبيب الفسيولوجيا العصبية - وهو هدف ما زلنا بعيدين عنه - في ربط الأحداث التي تحدث في الدماغ بما يعتقده الشخص ، لفك رموز رموز النشاط العصبي الأعلى.

يتكلم الدماغ لغة كهربائية

تم الحصول على البيانات الأولى حول توطين وظائف الدماغ العليا في عصر "المقارنات السريرية-التشريحية" ، أي ملاحظات المرضى الذين أصيبوا بأضرار في بعض أجزاء الدماغ. ثم ، في نهاية العشرينات من القرن الماضي ، بدأ عصر هيمنة البحث في الفسيولوجيا الكهربية. لقد تعلم علماء الفسيولوجيا تسجيل النشاط الكهربائي للدماغ - مخطط كهربية الدماغ (EEG) لشخص من خلال أقطاب كهربائية مطبقة على فروة الرأس (لأول مرة قام بذلك الطبيب النفسي النمساوي هانز بيرجر في عام 1929). أصبحت هذه الطريقة هي الطريقة الرئيسية في دراسة عمل الدماغ وأمراضه - اعتقد علماء الفيزيولوجيا الكهربية الأوائل أنه يمكن معرفة كل شيء بمساعدة مخطط كهربية الدماغ. في الواقع ، يعكس مخطط كهربية الدماغ مجموعة متنوعة من العمليات التي تحدث في الدماغ ، لكن الصعوبة تكمن في أنه يسجل الإجمالي النشاط الكهربائي، مجموع ومتوسطات العمل كمية ضخمةالخلايا العصبية - الخلايا العصبية. وهنا تكمن حدودها المنهجية.

ثم كانت هناك طرق أخرى لدراسة النشاط الكهربائي للدماغ ، على سبيل المثال ، طريقة الجهود المستحثة - وهي موجات كهربائية تحدث في مناطق معينة من القشرة الدماغية استجابة لتحفيز معين. في القشرة البصرية ، تظهر استجابة لوميض من الضوء ، في القشرة السمعية ، لصوت ، وما إلى ذلك. لقد فعلت هذه الطريقة الكثير لدراسة توطين الوظائف في مناطق القشرة الدماغية ، وبمساعدتها تم تنقيح خريطة الدماغ بشكل كبير. لكن لها أيضًا قيودًا ، خاصة عند دراسة الدماغ البشري.

مع تطور تقنية الأقطاب الكهربائية الدقيقة ، أصبح من الممكن تسجيل التفريغ الكهربائي للخلايا العصبية الفردية. يتم ذلك بشكل أساسي ، بالطبع ، في التجارب على حيوانات المختبر. حدث تقدم كبير في أبحاث الدماغ البشري عندما أصبح من الممكن تسجيل النشاط الكهربائي للخلايا العصبية البشرية مباشرة من الدماغ باستخدام أقطاب كهربائية مزروعة تحت القشرة. بدأت الأكاديمية ناتاليا بيتروفنا بختيريفا في استخدام هذه الطريقة في أوائل الستينيات. تم إدخال أقطاب كهربائية رقيقة في دماغ المريض في أغراض طبية- بمساعدتهم ، كان من الممكن استهداف مناطق من الدماغ. ولكن بمجرد زرع قطب كهربائي في دماغ المريض ، من الضروري استغلال هذه الفرصة والحصول على أقصى قدر من المعلومات منه. يسجل هذا القطب نشاط الخلايا العصبية المحيطة ، وهذا مستوى دقة مختلف تمامًا عما يمكن الحصول عليه من قطب كهربائي موجود على سطح الرأس.

الخلايا العصبية "متعلمة" و "مبدعة"

بمساعدة الأقطاب الكهربائية تحت القشرية المزروعة ، تمكن علماء وظائف الأعضاء من معهد الدماغ البشري التابع لأكاديمية العلوم الروسية من تعلم الكثير عن كيفية تعامل الدماغ مع الكلام. كما ذكرنا سابقًا ، فإن مجالات بروكا وفيرنيك المتعلقة بالكلام معروفة منذ فترة طويلة. يؤكد S.V. ميدفيديف. - تذكر نكتة الصرصور ، التي اتضح أن لها "آذان على قدميه"؟ يجب أن تدرك أن منطقتي Broca و Wernicke قد لا تكون مركز الكلام ، ولكن نوعًا من الواجهة.

في مكان مختلف تمامًا في القشرة الدماغية ، وجد الباحثون كاشفًا للصحة النحوية لعبارة ذات معنى. تزيد مجموعة من الخلايا العصبية من نشاطها الكهربائي إذا كانت العبارة التي يسمعها الشخص صحيحة نحويًا ، وتضعفها عندما تكون غير صحيحة نحويًا. إذا عُرض على الموضوع عبارات "الشريط الأزرق" و "الشريط الأزرق" ، فإن هذه الخلايا العصبية "المتعلمة" ستلاحظ الفرق على الفور. مجموعة أخرى من الخلايا العصبية تميز الكلمات اللغة الأموالكلمات المشابهة لها صوتيًا والكلمات الأجنبية. "هذا يعني أن المجتمع العصبي يحلل التركيب الصوتي للكلمة على الفور تقريبًا ويصنفه إلى أنواع:" أنا أفهم "،" أنا لا أفهم ، لكن شيئًا مألوفًا "و" لا أفهم على الإطلاق "، S.V. ميدفيديف. في هذا الصدد ، فإن السؤال الذي يطرح نفسه هو ما إذا كانت هذه الخلايا العصبية تعمل بنفس الطريقة أو بشكل مختلف في الأشخاص الموهوبين بمعرفة القراءة والكتابة الفطرية وأولئك الذين لديهم مشاكل مع هذا. على الأرجح ، هناك اختلافات ، ولكن من أجل إعطاء إجابة دقيقة ، تحتاج إلى تجنيد الكثير من الموضوعات.

يقول سفياتوسلاف فسيفولودوفيتش: "وجدنا مجموعات من الخلايا العصبية التي تميز بين الكلمات الملموسة والمجردة ، والخلايا العصبية المسؤولة على ما يبدو عن العد". - لقد حددنا مناطق الدماغ المرتبطة بالتعميم واتخاذ القرار. تتميز جميع أنظمة الخلايا العصبية بالوظائف المتعددة: وهذا يعني أن نفس الخلايا يمكن أن تشارك في وظائف مختلفة. تخصص الخلايا العصبية نسبي - اعتمادًا على الموقف ، يمكنهم تحمل مسؤوليات مختلفة. على سبيل المثال ، عندما يموت قبطان السفينة ، يحل محله الملاح أو أي شخص آخر. لذلك ، فإن الدماغ نظام مرن للغاية ". تفقد الخلايا العصبية خاصية قابليتها للتبادل بمرور الوقت وتكتسب تخصصًا أكبر. لا يستطيع الطفل الصغير المشي والتحدث في نفس الوقت ، إذا اتصلت به ، فسوف يتعثر ويسقط. الحقيقة هي أن لحاءه بالكامل مشغول إما بواحد أو آخر. يجب ألا يتشتت الطالب في الدرس وإلا فلن يتعلم المادة. بمرور الوقت ، هناك المزيد والمزيد من الفصل بين مناطق الدماغ ، بحيث يمكن للشخص البالغ قيادة السيارة في نفس الوقت وإجراء محادثة والتحدث على الهاتف وعرض المستندات ، وما إلى ذلك.

ن. وجدت بختيريفا ومعاونوها خلايا عصبية في الدماغ تعمل ككاشفات للخطأ. ما هو دورهم؟ يتفاعلون مع أي انتهاك للتسلسل النمطي للأفعال. "أنت تغادر المنزل وفي الشارع تشعر:" هناك خطأ ما ... "- يوضح S.V. ميدفيديف. "لذا فقد نسوا إطفاء الضوء في الحمام." توجد الخلايا العصبية لكاشف الخطأ في اجزاء مختلفةالدماغ - في القشرة الجدارية لنصف الكرة الأيمن ، في التلم رولان ، في المناطق الجدارية والجدارية الصدغية العليا من القشرة ، في التلفيف الحزامي.

لكن طريقة الأقطاب الكهربائية المزروعة لها حدود. بالطبع ، لا تُزرع الأقطاب الكهربائية في أي مكان يرغب فيه علماء الفسيولوجيا ، ولكن فقط عند الضرورة. المؤشرات السريرية. ألا يعني هذا أننا نبحث عن مكان يكون أكثر إشراقًا وليس حيث فقدنا؟

يعمل ماسح الدماغ على البوزيترونات

تستخدم الأشعة السينية عادة في الطب للحصول على صورة للدماغ أفضل طريقة. نشأت احتمالات مختلفة تمامًا مع ظهور التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). يستخدم معهد الدماغ البشري التابع لأكاديمية العلوم الروسية بنشاط طريقة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET). كلا الطريقتين تعطي صورة للدماغ. ما الفرق بينهم؟

يعتمد التصوير بالرنين المغناطيسي على خصائص بعض النوى الذرية ، وفي المقام الأول نوى ذرات الهيدروجين ، عند وضعها في مجال مغناطيسي ، تمتص الطاقة في نطاق الترددات الراديوية وتشعها بعد توقف التعرض لإشارة التردد اللاسلكي. اعتمادًا على "البيئة" ، أي على خصائص الأنسجة البيولوجية التي توجد فيها هذه النوى ، تتغير شدة إشعاعها. لذلك ، من الممكن رؤية صور لبنى الدماغ المختلفة. يتمثل جوهر طريقة PET في تتبع الكميات الصغيرة المتلاشية من مادة مصنفة بنظير مشع قصير العمر (نصف عمر - دقائق). ينبعث من النظير البوزيترونات ، التي تبيد بالإلكترونات ، وتصدر شعاعي جاما ، وتنتشر في اتجاهين متعاكسين. إذا تم تسجيل كميات جاما هذه بواسطة الكاشف ، فيمكن تحديد موقع ذرات المادة المصنفة. يتم اختيار المادة بحيث يعكس تركيزها نشاط خلايا الدماغ. على سبيل المثال ، إذا زاد تركيز الجلوكوز المسمى إشعاعيًا في مكان ما ، فهذا يعني أن الخلايا العصبية تستهلكه بنشاط ، وبالتالي ، تعمل بنشاط. إذا كان الموضوع في هذا الوقت يؤدي أي مهمة ، فإننا نرى مناطق الدماغ التي تشارك في تنفيذها. تسمح طريقة PET باستخدام النظائر قصيرة العمر (O ، N ، C ، F) ، وهي ليست ضارة جدًا بالمريض.

بمساعدة PET ، من الممكن أيضًا ملاحظة التغيرات في تدفق الدم الدماغي في سلوك معين. عندما يتم تنشيط منطقة من الدماغ ، يتدفق الدم بنشاط إليها. إذا تم حقن الماء المسمى بالأكسجين المشع في الوريد ، فإنه يدخل أوعية الدماغ ، ويمكن تسجيله. عندما يكون هناك المزيد من الأكسجين المسمى ، يتدفق المزيد من الدم ، مما يعني أن هناك زيادة في النشاط.

من البؤر النحوية إلى متاهات الإبداع

بمساعدة PET ، واصل الباحثون دراسة الكلام البشري بالفعل على الدماغ كله. لقد رأوا مكان معالجة معلومات الكلام: الكلمات الفردية ، ومعنى النص ، ومكان حفظه. لقد أظهروا أن القشرة الخارجية الإنسي تشارك في معالجة التركيب الهجائي للكلمات ، ومن المحتمل أن جزءًا مهمًا من القشرة الصدغية العلوية اليسرى (منطقة ويرنيك) تشارك في التحليل الدلالي. يتم تحليل ترتيب الكلمات بواسطة الجزء الأمامي من القشرة الصدغية العليا. عندما يُعرض على شخص نصًا متماسكًا دون أن يُطلب منك قراءته (كان عليك فقط حساب عدد تكرارات الحرف) ، يزداد تدفق الدم الدماغي ، مما يعني أن الدماغ يشارك في العمل اللغوي. (عند تقديم كلمات مختلطة عشوائيًا ، لا يستجيب الدماغ بهذه الطريقة).

حتى عملية الإبداع "الإلهية" تبين أنها قابلة للفك ، حسب على الأقل، علماء وظائف الأعضاء في مختبر N.P. اقترب بختيريفا من هذا. يُعرض على الشخص نوعًا من المهام الإبداعية ، على سبيل المثال ، لتأليف قصة من مجموعة من الكلمات ، وفي الوقت الفعلي يرى أي مناطق من الدماغ تبدأ في العمل بنشاط. اتضح أن النشاط الإبداعي مصحوب بشكل أساسي بتغيير في الروابط بين مناطق الدماغ المختلفة. تظهر معظم الوصلات الجديدة في المنطقة الصدغية الأمامية اليسرى مع المناطق القشرية الأمامية ، وفي الوصلات الخلفية ، على العكس من ذلك ، يضعف الاتصال. تم فقد الاتصالات بين الهياكل الجدارية والقذالية. ويحدث كل هذا على وجه التحديد عند أداء مهمة إبداعية ، ولكن إذا كانت المهمة خالية من العناصر الإبداعية ، فلا توجد مثل هذه التغييرات. يتم زيادة تدفق الدم الدماغي المحلي أثناء مهمة أكثر إبداعًا مقارنة بمهمة أقل إبداعًا في قشرة الفص الجبهي اليمنى. من هذا ، استنتج العلماء أن هذا المجال يرتبط ارتباطًا مباشرًا بـ "الإبداع".

يهتم الباحثون أيضًا بظاهرة الانتباه غير الطوعي: على سبيل المثال ، يقود شخص سيارة ، ويستمع إلى الراديو ، ويتحدث ويتفاعل فجأة على الفور مع صوت المحرك ، مما يشير إلى وجود خطأ ما في المحرك. في مختبرين باستخدام طريقتين مختلفتين: S.V. ميدفيديف بطريقة PET و Yu.D. وجد كروبوتوف ، باستخدام طريقة الأقطاب الكهربائية المزروعة ، نفس المناطق التي يحدث فيها التنشيط في مثل هذه اللحظات - في القشرة الزمنية والجبهة. يحدث التنشيط استجابةً لعدم التوافق بين المحفزات المتوقعة والفعلية ، مثل عندما لا يكون الصوت الصادر من المحرك كما ينبغي. ظاهرة أخرى هي الانتباه الانتقائي ، الذي يساعد الشخص في همهمة مستمرة من الأصوات في حفل كوكتيل على متابعة خطاب أحد المحاورين ، الذي يهمه. على ما يبدو ، فإن قشرة الفص الجبهي هي المسؤولة عن تركيز الانتباه المكاني في هذه الحالة. يضبط إما القشرة السمعية اليمنى أو اليسرى ، اعتمادًا على الأذن التي تتلقى معلومات مهمة.

عند الحديث عن رسم خرائط الدماغ ، من المهم أن نفهم أن الدماغ ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، لا ينقسم إلى مناطق محددة بوضوح ، كل منها مسؤول فقط عن وظيفته. كل شيء أكثر تعقيدًا ، لأنه في عملية أداء أي وظيفة ، تتفاعل الخلايا العصبية في مناطق مختلفة مع بعضها البعض ، مكونة شبكة عصبية. إن دراسة كيفية دمج الخلايا العصبية الفردية في بنية ، والبنية في نظام وعقل كامل ، هي مهمة للمستقبل.

يقول إس.في. ميدفيديف. - مهمة PET هي الإجابة على السؤال "أين؟" ، وللإجابة على السؤال "ماذا يحدث؟" ، يجب دمج PET مع طرق الفيزيولوجيا الكهربية. بالتعاون مع علماء فسيولوجيا بريطانيين ، أنشأنا نظامًا للتحليل المتوازي لـ PET و EEG ، يكمل كل منهما الآخر. ربما ، هذا النهج هو المستقبل ".

قبل عام ( مقالة - سلعة نشرت في 2004 - P.Z. ) أعلنت مجموعة من العلماء من ست دول عن إنشاء خريطة كمبيوتر ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري ، والتي يمكن استخدامها لتحديد قابلية الشخص للإصابة بأمراض معينة. يعتقد واضعو الخريطة أنه يمكنهم بالفعل ربط أمراض معينة ، مثل مرض الزهايمر أو التوحد ، بأجزاء مختلفة من القشرة الدماغية. الآن هم مشغولون بصقل تفاصيل اختراعهم.

الوذمة الثانية للجين

في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، نشأت فكرة أن الذاكرة لا يمكن أن تقتصر على العمليات الكهربائية فقط - لتخزين المعلومات على المدى الطويل في الدماغ ، يجب حفظها في شكل كيميائي. على الرغم من أنه في ذلك الوقت كانت لا تزال هناك أفكار عامة جدًا حول جينوم الخلية ، فقد نشأت فكرة أنه لا يخزن المعلومات الوراثية فحسب ، بل يشارك أيضًا في تخزين المعلومات المكتسبة أثناء الحياة.

لاختبار هذا ، كان علينا أن نرى ما إذا كان التعلم يسبب تخليق الأحماض النووية والبروتينات في الدماغ. بعد أن أصبح مبدأ الجينوم - DNA → RNA → protein - معروفًا ، أصبحت التجارب أكثر تركيزًا. وهذا ما تبين. مباشرة بعد تعليم الحيوانات مهارة ، يزداد تخليق الحمض النووي الريبي في أدمغتهم. (من أجل اكتشاف ذلك ، تم حقنها بسلائف الحمض النووي الريبي المسمى إشعاعيًا). حدث هذا مع الفئران التي تم تدريبها على تجنب التيار الكهربائي استجابةً لإشارة صوتية ، مع الدجاج الذي تم طبعه على جسم ما ، ومع الأسماك الذهبية التي تم تدريبها على السباحة مع طوف مثبت في بطونها. وإذا تم إعاقة تخليق الحمض النووي الريبي ، فإن الحيوانات ترتكب العديد من الأخطاء أو تكون غير قادرة على تعلم المهارة على الإطلاق.

في الوقت نفسه ، يتم تصنيع بروتينات جديدة أيضًا في الدماغ - وقد تم تحديد ذلك أيضًا من خلال تضمين النظائر المشعة. تعمل حاصرات تخليق البروتين على تعطيل الذاكرة طويلة المدى دون التأثير على الذاكرة قصيرة المدى. من هذا يتضح كيف تعمل الجينات: عند التعلم على قالب DNA ، يتم تصنيع الحمض النووي الريبي ، والذي بدوره يولد بروتينات جديدة. تدخل هذه البروتينات حيز التنفيذ بعد ساعات قليلة من الحصول على المعلومات ، وتوفر تخزينها. والمبادرون لكل هذه الأحداث هي العمليات الكهربائية التي تحدث على غشاء الخلية العصبية.

مجموعة من الباحثين من قسم التكوُّن النظامي بمعهد علم وظائف الأعضاء العادي التابع للأكاديمية الروسية للعلوم الطبية ، بقيادة د. علوم طبيةعضو مراسل في الأكاديمية الروسية للعلوم الطبية K.V. حددت Anokhina لنفسها مهمة إيجاد مثل هذه الأساليب البحثية التي من شأنها أن تسمح في وقت واحد بدراسة نشاط الخلايا العصبية في جميع أنحاء الدماغ فيما يتعلق بأي سلوك أو نشاط معرفي (إدراكي). يقول كونستانتين فلاديميروفيتش: "بدأنا العمل ، كنا مقتنعين بأن المعلومات من نقاط الاشتباك العصبي تنتقل إلى مستوى آخر أعمق - تخترق نواة الخلية وتغير بطريقة ما عمل الجينات. يبقى العثور على هذه الجينات".

يجب أن أقول إن عددًا لا يحصى من الجينات يعمل في خلايا الدماغ - في البشر ، يتم التعبير عن نصف الجينات المدروسة هناك فقط. كانت المهمة هي معرفة العناصر الرئيسية المشاركة في الحفاظ على المعلومات الجديدة من بين كل مجموعاتهم. توج البحث بالنجاح في منتصف الثمانينيات ، عندما قام K.V. لفت أنوخين وزملاؤه الانتباه إلى ما يسمى بـ "الجينات المبكرة الفورية". لقد حصلوا على هذا الاسم للقدرة على أن يكونوا أول من يستجيب للمنبهات خارج الخلية. دور الجينات "المبكرة" هو "إيقاظ" الجينات الأخرى المتأخرة. منتجاتهم - البروتينات التنظيمية - عوامل النسخ ، تعمل على أجزاء من جزيء الحمض النووي وتبدأ عملية النسخ - إعادة كتابة المعلومات من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي. في النهاية ، تقوم الجينات "المتأخرة" بتركيب بروتيناتها ، والتي تسبب التغييرات الضرورية في الخلية ، على سبيل المثال ، تكوين روابط عصبية جديدة.

الجين الأكثر فضولية

من بين مجموعة الجينات "المبكرة" بأكملها ، يهتم الباحثون بالجين أكثر من غيرهم ج-فوسك. كان أنوخين وزملاؤه يدرسون دور هذا الجين في التعلم منذ عام 1987 - في رأيهم ، هو الشخص المناسب لدور مسبار عالمي لرسم خرائط الدماغ. يشرح K.V. "هذا الجين له العديد من الخصائص الفريدة". أنوخين - أولاً ، في حالة الهدوءالخلايا ، فهو صامت ، وليس لديه عمليا "مستوى الخلفية" من النشاط. ثانيًا ، إذا بدأت أي عمليات معلومات جديدة في الخلية ، فإنها تستجيب لها بسرعة كبيرة ، مما يؤدي إلى تراكم الحمض النووي الريبي والبروتينات. ثالثًا ، إنه عالمي ، أي أنه يتم تنشيطه في أجزاء مختلفة من المركز الجهاز العصبي- من النخاع الشوكي إلى القشرة. رابعًا ، يرتبط تفعيلها بالتعلم ، أي بتكوين التجربة الفردية. لإثبات البيان الأخير ، أجرى العلماء عشرات التجارب ، للتحقق من التأثيرات ج-فوساخرج من الاختباء واتخذ الإجراءات اللازمة. واتضح أن الجين لا يستجيب لمحفزات قوية للغاية ، كالضوء أو الصوت أو الألم ، في الحالات التي لا يحمل فيها التأثير عناصر جديدة. ولكن بمجرد إثراء الوضع بمعلومات جديدة ، "يستيقظ" الجين على الفور.

على سبيل المثال ، في إحدى التجارب ، وُضعت الفئران في غرفة حيث كان عليها أن تتحمل سلسلة من المحفزات الكهربية الجلدية الخفيفة ولكن غير السارة. استجابة لذلك ، في عدة مناطق من دماغهم - في القشرة والحصين والمخيخ ، ج-فوس. ومع ذلك ، إذا تم تنفيذ هذا الإجراء يوميًا ، فلن يستجيب الجين في اليوم السادس. لا تزال الفئران تتفاعل مع الصدمات الكهربائية ، لكنها بالنسبة لهم لم تصبح حدثًا جديدًا ، بل حدثًا متوقعًا. يمكنك إعادة التنشيط ج-فوس، إذا وضعت الفئران مرة أخرى في الغرفة - ولا تخضعهم للإجراء المألوف بالفعل. في كلتا الحالتين ، يشير الجين إلى حدث لا تتوافق فيه المحفزات الخارجية مع مصفوفة الذاكرة الفردية. يحدث هذا عدم التطابق مع أي استيعاب للمعلومات الجديدة ، وبالتالي ج-فوس- رفيق لا مفر منه العمليات المعرفيةفي الدماغ.

في تجربة أخرى ، تم استخدام دجاج حديث الولادة ، تم تقسيمه إلى أربع مجموعات. فقست كتاكيت المجموعة الأولى في الظلام ولم تر النور مطلقًا ، وكانت المجموعة الثانية أكثر حظًا - حيث تم الاحتفاظ بها تحت دورة الإضاءة المعتادة التي مدتها 12 ساعة ، وتم نقل الكتاكيت من المجموعة الثالثة إلى بيئة بصرية غنية بعد ذلك مباشرة. الولادة ، وحُفظت صيصان المجموعة الرابعة أولاً في ظروف طبيعية .. وفي اليوم الثاني تم نقلها إلى وسط غني. في جميع دجاجات التجارب ، تعبير الجين ج-فوسفي اليوم الثاني بعد الفقس. ماذا تحول؟ في المجموعات الثلاث الأولى ، على الرغم من هذا ظروف مختلفةالتي قضوا فيها يومين من حياة قصيرة, ج-فوسلم تظهر. ولكن في المجموعة الرابعة ، الذين غيروا البيئة إلى إثراء بصريًا ، ج-فوسمفعل. بالنسبة لهم ، كان الأمر جديدًا ، بينما اعتاد عليه دجاج المجموعة الثالثة بالفعل.

تعبير ج-فوسزاد في الدجاج الذي ينقر على الخرزة التي تثير اهتمامهم ، اتضح أنه مر ، وتعلمت الكتاكيت من وقت واحد أن تتجنبها في المستقبل. لكن بشكل عام ، اتضح أن التنشيط الجيني لا يعتمد على نجاح التدريب على الإطلاق ويصاحب الأفعال الخاطئة بنفس الطريقة. الجين ج-فوسكما أنه يتفاعل ببساطة مع كائن جديد - لتنشيطه ، يكفي تقديم عرض واحد لكائن جديد للحيوان لمدة 10 ثوانٍ فقط.

افترض الباحثون ذلك ج-فوسوالجينات المبكرة الأخرى - الجسر الذي من خلاله تتفاعل التجربة الفردية للحيوان مع أجهزته الوراثية.

ماذا ستكشف خريطة الجينات للدماغ؟

كيف "تمسك" بالتعبير الجيني؟ يمكن اكتشافه عن طريق تخليق جزيئات الحمض النووي الريبي. لهذا الغرض ، يتم استخدام ما يسمى بالتهجين في الموقع - وهي طريقة تسمح لك برؤية الأماكن التي يتم فيها تصنيع بعض الحمض النووي الريبي. يمكن جعل منتج البروتين للجين مرئيًا عن طريق ربطه بأجسام مضادة محددة وتلطيخه. كل هذا يحدث بالطبع بعد أن يتم إصلاح دماغ الحيوان وتصنيع أجزاء رفيعة منه. وينطبق الشيء نفسه على اكتشاف التعبير. ج-فوس. يتبقى على المجربين ساعة ونصف إلى ساعتين بعد تدريب الحيوان ، حتى تركيز البروتين ج-فوسفي دماغه في ذروته.

مع أي عملية معرفية (معرفية) في الدماغ ، تبدأ العديد من الخلايا العصبية في العمل بشكل متزامن مناطق مختلفة. بوجود أداة مثل المسبار الجيني ، يمكنك أن ترى بالضبط الخلايا العصبية المشاركة في هذه العملية. يقول كونستانتين فلاديميروفيتش: "على سبيل المثال ، يمكننا أن نرى الاختلاف في دماغ الجرذ عندما يرى جرذًا آخر وعندما يرى قطة". - بعبارة أخرى ، لمعرفة هياكل الدماغ التي ترى الفئران وأي قطة. وبالمثل ، عندما يرى شخص ما وجهًا مألوفًا على الشاشة ، مثل بيل كلينتون ، يتم تنشيط "الخلايا العصبية للتعرف على بيل كلينتون" في دماغه. على الرغم من أن الدماغ البشري هو بالتأكيد أكثر صعوبة في الدراسة باستخدام تحقيقات الجينات. حتى الآن ، لم يبتكر العلماء بعد طرقًا للتصوير الحي للتعبير الجيني في الدماغ. "في عمل واحد ، كان من الممكن تسجيل التعبير ج-فوسشخص في قطعة من أنسجة المخ مأخوذة لتحليل الخزعة ، كما يقول K. أنوخين. - تمكن باحثون آخرون من رؤيته بعد الموت الدماغي. لكن من الواضح أن هذا ليس تمامًا ما يوجد في دماغ حي.

إذا تم إنشاء خريطة جينية للدماغ ، فستظهر أي من هياكلها مسؤولة أشكال مختلفةذاكرة. بالنظر إلى خريطة الجينات ، سيرى عالم الفسيولوجيا العصبية على الفور المكان الذي تحتاج فيه الخلايا العصبية إلى الدراسة بالضبط ، على سبيل المثال ، لتسجيل نشاطها الكهربائي. علماء من قسم نشأة النظام على وجه التحديد بمساعدة ج-فوسوجدت مناطق دماغ الدجاج المسؤولة عن البصمة - البصمة. لهذه الطريقة أيضًا تطبيقات عملية مهمة: يمكن استخدامها للبحث أدويةيحتمل أن يحسن الذاكرة (بعد كل شيء ، هذه المواد هي التي يجب أن تحفز التنشيط ج-فوس) ، أو لدراسة كيفية تأثير الكحول والمخدرات على الدماغ.

أجرى الباحثون عشرات التجارب على مجموعة متنوعة من نماذج التعلم: الغذاء والدفاعية ، والكلاسيكية والأدوات ، مع المحفزات البصرية والسمعية والذوقية وغيرها ، والتدريب الفردي والمتعدد. شاركت الفئران والجرذان والدجاج والحيوانات الأخرى في التجارب. تم العثور على ذلك في أنواع مختلفةيشمل التعلم أجزاء مختلفة من الدماغ ، ولكن هناك أيضًا تلك الأجزاء التي تشارك دائمًا ، على سبيل المثال ، القشرة الحزامية.

حتى يأتي علماء الفسيولوجيا لشرح بالتفصيل آلية تنشيط الجينات - أي في الواقع ، يعترفون بأنهم لا يعرفون تمامًا كيف الخلايا العصبية. ربما تحصل تأثير خارجييقارنها بالنموذج الحالي ، وفي حالة عدم التطابق ، يتم تشغيل الآلية الجينية. حتى الآن ، هذه هي الفرضية الأكثر إقناعًا.

من الواضح أنه بمرور الوقت ستظهر إمكانيات تقنية جديدة لرسم خرائط الجينات ، فمن الممكن الآن دراسة التعبير عن جينات مختلفة في حجم ثلاثي الأبعاد للدماغ. في العام الماضي ، تبرع الشريك المؤسس لشركة Microsoft Paul Allen بمبلغ 100 مليون دولار لإنشاء مركز أبحاث خاص مكلف برسم خرائط تعبير جميع الجينات التي تعمل هناك على دماغ فأر. سيتطلب حل هذه المشكلة أكثر من عام واحد من العمل الجاد ، لكن حلها يعد هدفًا مغريًا للغاية ، لأنه طريق لفهم كيفية تحكم الجينات في وظائف الدماغ وسلوكه ، بما في ذلك لدى البشر.

مُرَشَّح العلوم البيولوجيةن ماركينا
"الكيمياء والحياة - القرن الحادي والعشرون"

ويكيميديا ​​كومنز

قام العلماء الأمريكيون بتجميع أطلس كامل للدماغ البشري ، والذي يتمتع بأعلى دقة حتى الآن. نسخته الإلكترونية التفاعلية متاحة على المورد المقابل ، وتناولت النسخة المطبوعة العدد الحالي بأكمله. .

وصف مفصلالبنية التشريحية والميكروسكوبية للدماغ ضرورية لفهم تطوره ووظيفته ومرضه. ومع ذلك ، فإن الأطالس المتاحة للدماغ البشري أقل تفصيلاً (من حيث الاكتمال والدقة) من أطالس الدماغ للديدان أو الذباب أو الطيور. والسبب في ذلك يكمن في القيود التقنية التي يسببها حجم وتعقيد الدماغ البشري.

لإنشاء الأطلس الخاص بهم ، استخدم معهد ألين لأبحاث الدماغ مجموعة من تقنيات التصوير والتصوير النسيجي. في المرحلة الأولى من عملهم ، أجروا تصويرًا بالرنين المغناطيسي وانتشارًا موترًا للدماغ بأكمله ، تم استخراجه أثناء تشريح جثة امرأة تبلغ من العمر 34 عامًا. بعد ذلك ، تم تحضير مجهرية لنصفي الكرة الأرضية بالكامل من الدماغ وتم إجراء الفحص المجهري باستخدام مادة Nissl وتلطيخ كيميائي مناعي ، حيث كان على العلماء تطوير ماسح ضوئي خاص. نتيجة لذلك ، حصلنا على 1356 صورة كبيرة الحجم بدقة ميكرومتر لكل بكسل ، وهو ما يتوافق مع حجم خلية واحدة. أتاح استخدام نفس الدماغ دمج البيانات التي تم الحصول عليها من التصوير المقطعي والفحص المجهري في مصدر متماسك للمعلومات.

واجهة أطلس

ألين برين أطلس

يحتوي أطلس Allen Human Brain المرجعي على معلومات عن 862 جزءًا من الدماغ ، بما في ذلك 117 حزمة مادة بيضاءوالعديد من الهياكل التي لم يتم تحديدها من قبل. تم تنفيذ وصف القشرة المخية الجديدة (القشرة المخية الحديثة) على تلافيف منفصلة وأخاديد وحقول معمارية خلوية معدلة من Brodmann. انها تسمح لك لربط التشريحية و الميزات الخلويةهذه الهياكل.

تم أيضًا دمج الأطلس الرقمي التفاعلي مع الأطلس السابق لمعهد ألين للتعبير الجيني في الدماغ.

يمثل الأطلس خروجًا عن الطبعات الكلاسيكية من حيث تنسيق النشر. حتى الآن ، فهو وحده يجمع بين صرامة المنشور العلمي الذي تمت مراجعته من قبل الأقران مع عرض تقديمي في شكل كتاب ومورد تفاعلي عام عبر الإنترنت "، كما قال أحد المشاركين في المشروع ورئيس التحرير مجلة علم الأعصاب المقارنباتريك هوف.

تم إعداد أطلس Allen Human Brain المرجعي لأطباء الأعصاب وعلماء الأعصاب والعلماء الآخرين ومحبي العلوم فقط. يخطط المؤلفون لتكميله بخرائط الدماغ التي تم الحصول عليها أثناء الوظائف و الدراسات الخلوية. يمكن أن تكون هذه الإضافات ، على سبيل المثال ، خريطة مفصلة الاماكن العاملةللقشرة الدماغية باستخدام التعلم الآلي ، وخريطة للمفردات الدلالية للدماغ باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.

في الآونة الأخيرة ، ابتكر العلماء اليابانيون لأول مرة نموذجًا كاملاً للوصلات العصبية (الشبكة العصبية) لنصف كروي واحد من دماغ ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة.

شارك العديد من العلماء في تحليل بنية القشرة المخية (إيكونومو ، بيتز ، فوغت ، بيلي ، وغيرهم) تختلف خرائطهم للحقول القشرية في عدد الحقول ، وغياب الخطوط الفاصلة الواضحة ، والتباين الفردي الكبير. الأكثر شهرة هي خرائط K. Brodman ، الذي حدد 52 حقلاً على سطح قشرة نصف الكرة الأرضية (،).

ا. يعتقد بافلوف أن القشرة الدماغية يمكن تمثيلها كمجموعة من مراكز تحليل مختلف. يُعتقد أن المركز يتكون من نواة لها توطين معين في القشرة ، يوجد بينها عناصر مبعثرة تنتمي إلى محللين مختلفين. هذا يسمح لنا بالتحدث عن التوطين الديناميكي للوظائف في القشرة الدماغية الدماغ الكبير. في الوقت نفسه ، ترتبط وظائف الحقول القشرية بالنصف الآخر من جسم الإنسان ، لأن. جميع المسارات التي تربطهم تتقاطع بالضرورة. قسم IP Pavlov جميع مراكز التحليل إلى نظامين للإشارة.

إلى نظام الإشارة الأول (SI)عزا تلك المراكز التي تتلقى إشارات من خارجية أو البيئة الداخليةعلى شكل أحاسيس وانطباعات وأفكار ( باستثناء الكلام والكلمات). هذه المراكز موجودة في كل من الحيوانات والبشر. توجد في نصفي الكرة الأرضية ، وتُعطى منذ الولادة ولا يتم استعادتها عند تدميرها. وتشمل هذه (الشكل 26 ، 27):
1, 2, 3 - نوى الحساسية العامة (درجة الحرارة ، الألم ، اللمس والتحسس).
4, 6 - جوهر محلل المحرك. لقد طورت الخلايا 5 طبقة من القشرة تعصب عضلات النصف الآخر من الجسم. يتم عرض عضلات الجسم على التلفيف المركزي الأمامي (المجال الحركي) والفصيص القريب من المركز ، كما هو الحال ، مقلوبًا (القزم الحركي).
8 - مجال بريموتور.
46 - الجمع بين دوران الرأس والعين. تستقبل هذه النواة نبضات من مستقبلات العضلات مقلة العينومن التمثيل في قشرة الشبكية (من الحقل 17).
5, 7 - تجسيم. المستقبلات المتوقعة لهذا المركز الطرف العلويللتعرف على الأشياء عن طريق اللمس.
40 - براكسيا. تنفيذ جميع الحركات المجمعة المعقدة المكتسبة نتيجة الأنشطة العملية، معظمهم من المحترفين.
41, 42, 52 - جوهر المحلل السمعي (على تلافيف Heschl) ، تقترب الألياف من الأذن اليسرى واليمنى من خلاياه ، لذا فإن الآفة أحادية الجانب من القلب لا تؤدي إلى فقدان السمع الكامل:
41 - المجال الأساسي ، يدرك النبضات ،
42 - المجال النفسي والذاكرة السمعية ،
52 - مجال التقييم ، بمساعدته نوجه أنفسنا في الفضاء.
17, 18, 19 - نواة محلل بصريتقترب الألياف من الجانب الجانبي لشبكية العين من نصف الجسم ، وكذلك من الشبكية الإنسي للعين في النصف الآخر من الجسم ، من خلاياه. لذلك ، يحدث القشرة الكاملة عندما تتأثر مراكز نصفي الكرة الأرضية:
17 - المجال الأساسي ،
18 - نفسي،
19 - توصيه.
أ ، ه ، 11- جوهر محلل حاسة الشم ، الموجود في أقدم هياكل القشرة الدماغية (في الخطاف والحصين)
43 - جوهر محلل الطعم. كما لاحظ V. M.

وبالتالي ، فإن المناطق "النفسية" في القشرة (19 و 42 و 5 و 7) تتسبب في تقييم أو ارتباط معلومات مختلفة. إنهم يحيطون الفصيص فوق الحدي (الهامشي) ويرتبطون ارتباطًا وثيقًا به ، وبالتالي ، فإن الانتهاك في هذه الفصيص يؤثر على تعميم المعلومات وفهمها.

أرز. 28- الحقول المعمارية الخلوية للقشرة الدماغية (السطح الجانبي العلوي)

أرز. 29. الحقول المعمارية الخلوية للقشرة الدماغية ( السطح الإنسي)

نظام الإشارات الثاني (SII) متاح فقط في البشر. ويرجع ذلك إلى تطور الكلام ، وكما يعتقد أ. ب. بافلوف ، "إشارات إشارات". إنها تمثل إلهاءًا عن الواقع ، وتسمح بتعميم المعلومات وتشكل أساسًا للتفكير العالي. يتم تنفيذ وظائف الكلام والعقلية بمشاركة القشرة بأكملها. ومع ذلك ، يمكن تمييز بعض الحقول ، والتي لها وظائف الكلام المحددة بدقة. تتطور مراكز التخاطب بعد الولادة ، وعادة ما تكون في النصف المخي الأيسر (هناك استثناءات لمن يستخدمون اليد اليسرى). في حالة فقدهم ، يمكن لأي شخص تطوير مراكز النطق مرة أخرى ، ولكن في هذه الحالة ستتولى مجالات أخرى وظيفتها.
44 - جوهر المحلل الحركي للكلام المكتوب ، يعصب عضلات اليد والأصابع الرقيقة. بالنسبة لليسار ، يقع هذا المركز في نصف الكرة الأيمن. عندما دمرت هذا المركزهناك فقدان في القدرة على الكتابة - agrophy.
45 - جوهر محلل المحرك الكلام الشفوي(بروك). يعصّب عضلات الحنجرة واللسان والشفتين وغيرها من المشاركين في النطق. الحبسة الحركية هي فقدان القدرة على نطق الكلمات.
47 - محلل الكلام في الغناء ، يسمح لك بنطق الكلمات بصوت غنائي يستخدم لاستعادة الكلام لدى الأطفال

تعليق على الصورة يتيح لك التصوير بالرنين المغناطيسي الحصول على صورة لنشاط أجزاء مختلفة من الدماغ عند أداء مهام مختلفة.

حصل العلماء على أكثر صور الكمبيوتر تفصيلاً للدماغ البشري.

الهدف من مشروع Human Connectome هو التحقيق في كيفية تأثير بنية الدماغ على السلوك البشري وقدراته.

يأمل المشاركون في المشروع الحصول في نهاية المطاف على 1200 من هذه الصور ، بالإضافة إلى جمع بيانات عن الحمض النووي وسلوك هؤلاء الأشخاص.

هذه المعلومات متاحة لجميع علماء الفسيولوجيا العصبية وجراحي الأعصاب المهتمين بأسرار الدماغ البشري.

يعتقد ذلك قائد المشروع البروفيسور ديفيد فان إيسن من جامعة واشنطن في سانت لويس حرية الوصولهذه المعلومات لجميع العلماء ستؤدي إلى تقدم سريع في هذا المجال.

خريطة الدماغ

خضع المتطوعون الذين وافقوا على المشاركة في المشروع لفحوصات مقطعية للدماغ لمدة أربع ساعات. خلال هذا الوقت ، يشاركون في حل عدد من المشكلات ، بما في ذلك الحساب ، والاستماع إلى النصوص المقروءة لهم ، وممارسة ألعاب الحظ والقيام بحركات مختلفة.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم اختبارهم على مهاراتهم وقدراتهم. كما أنهم يأخذون عينات من الحمض النووي.

توفر البيانات الناتجة الصورة الأكثر اكتمالاً المعروفة حاليًا. الهيكل الداخليالعقل البشري.

يوضحون كيف ترتبط أجزاء مختلفة من الدماغ ببعضها البعض ، وموقع الحزم العصبية ، وسمكها.

تتيح هذه البيانات أيضًا الحصول على خريطة وظيفية للدماغ ، أي لإظهار كيفية تنشيط أجزاء معينة منه عند أداء مهام مختلفة.

سيسمح هذا للعلماء بتحديد كيفية ارتباط الاختلافات الفردية في بنية الدماغ بالاختلافات في القدرات - على سبيل المثال ، الموسيقى ، والتواصل الاجتماعي ، والاستعداد للرياضيات.

قال البروفيسور فان إيسن: "لدينا الآن الكثير من البيانات حول نشاط الدماغ ، والتي اجتازت انتباهنا في السابق. - السؤال الآن يتعلق بتفسير هذه البيانات."

الدماغ والأمراض

ستساعد دراسة أداء الدماغ السليم أولئك الباحثين الذين أمراض مختلفةفي عمله ، على سبيل المثال ، مرض الزهايمر ومرض باركنسون.

إد باريمور ، أستاذ الطب النفسي من كامبريدج ، هو من بين أولئك الذين سيحللون هذه البيانات. يعتقد أن مثل هذا مرض عقليكيف تتجذر الفصام وإدمان المخدرات والوسواس القهري تطور خاطئمخ.

"سنحصل على فرص جديدة لفهم هذه الأمراض بناءً على أفكار حول كيفية تطور المرض ووظائفه. دماغ طبيعي"يقول الطبيب النفسي.

ستساعد البيانات الجديدة هؤلاء الباحثين الذين يتعاملون مع المشكلة خرف الشيخوخةأو الخرف.

الدراسة عبارة عن دراسة مدتها خمس سنوات ممولة من الحكومة الأمريكية بميزانية 40 مليون دولار. نتائجه مفتوحة للعلماء في جميع أنحاء العالم.

هذا المشروع مستوحى من مشروع أبحاث الجينوم البشري ، الذي نشر البيانات في الوصول المفتوحمما أدى إلى تطورات في علم الوراثة.

ومع ذلك ، في مجال الفسيولوجيا العصبية والجديد الانضباط العلمي- المعلوماتية العصبية - كان التقدم أبطأ بكثير بسبب حجم وتعقيد المعلومات الواردة.

على سبيل المثال ، تستهلك الصور الممسوحة ضوئيًا لـ 68 متطوعًا حوالي 2 تيرابايت من ذاكرة الكمبيوتر ، أي ما يعادل عدة مئات من أقراص DVD.

لذلك ، أنشأ مشروع Human Connectome قاعدة بيانات خاصة تسمى ConnectomeDB ، والتي تسهل تبادل المعلومات بين العلماء.

يقول البروفيسور فان إيسن: "أنا مقتنع بأن المشروع سيسرع من تطوير المعلوماتية العصبية ، مما سيسمح لنا باكتساب وتحليل البيانات المتعلقة ببنية الدماغ بكفاءة أعلى بكثير من ذي قبل. وقد يؤدي هذا إلى تطوير جذري تحول في فهمنا لكيفية عمل الدماغ "الدماغ البشري".

أكدت القشرة الدماغية ، التي جمعها ديفيد فان إسن وماثيو جلاسر من جامعة واشنطن في سانت لويس بمساعدة خبراء من عدد من المؤسسات الأخرى ، وجود 83 منطقة معروفة سابقًا. بالإضافة إلى ذلك ، اكتشف العلماء 97 منطقة جديدة من القشرة المخية البشرية المسؤولة عن النشاط الحسي والحركي واللغة والتفكير المنطقي.

مثل الجغرافيين ، من المهم جدًا لعلماء الأعصاب أن يكون لديهم خريطة جيدة من أجل تحسين مهاراتهم وفهم نوع المشكلة التي يتعاملون معها بشكل أفضل. توضح خريطة المنطقة القشرية للدماغ بوضوح المناطق المسؤولة عن الوظائف المعرفية المحددة وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض.

تكمن المشكلة في أن هذه الآلية أكثر تعقيدًا مما قد تبدو للوهلة الأولى. تختلف مناطق الدماغ في هيكل الخليةوكثافة البروتين التركيب الكيميائيالنواقل العصبية وهيكل الخلايا العصبية. لدراسة مماثلة التشريحية و الخصائص الفسيولوجيةغالبًا لا تكون هناك حاجة إلى المال والمعدات فحسب ، بل يلزم أيضًا الحصول على تصريح خاص ، وهو أمر ليس من السهل الحصول عليه - بعد كل شيء نحن نتكلمحول البحث والاختبار على الأحياء.

وفقًا لـ Glasser ، فقد ساعد مشروعهم مجموعة محظوظة من الظروف. "بدأ مشروع Human Connectome في عام 2010 ، و المؤسسات الوطنيةمنحتنا وزارة الصحة الأمريكية عامين للعمل على تحسين طرق جمع درجات التصوير بالرنين المغناطيسي وتحليل البيانات. وقد سمح لنا ذلك بالحصول على معلومات أكثر اكتمالاً وعالية الجودة من المعتاد ".

يعد المشروع فريدًا من نواحٍ عديدة حيث يشارك فيه خبراء التصوير العصبي من جميع أنحاء العالم. تستخدم من قبلهم البرمجياتكما أنه ليس له نظائر ، ومجموعة من أساليب التحليلات المعمارية والوظيفية والطبوغرافية تعمل كنظام بحث. مكنت هذه الخوارزمية في النهاية من تحديد المناطق التي ظلت غير مرئية للباحثين.

كان لبعض من 180 منطقة وظيفة واضحة ، في حين أن الغرض من مناطق أخرى لم يكن واضحًا جدًا. على سبيل المثال ، المنطقة 55 ب ، وفقًا لـ Glasser ، تشارك في العمليات اللغوية. في حوالي 90٪ من الشباب الأصحاء ، تتمتع هذه المنطقة بنمط نموذجي من الروابط مع المناطق المجاورة. ومع ذلك ، فإن بعض المشاركين في الدراسة الرقم الإجماليالتي كان هناك 210 منها ، يتم عرض خصائص مختلفة تمامًا ، بما في ذلك الاتصال المذهل بالمناطق المشاركة في العمليات الحركية للعين.

بعيدا البحث النظري، ستساعد البطاقات الجديدة الجراحين في التخطيط لجراحة الدماغ. يأمل جلاسر وفريقه أن يساعد عملهم في المستقبل في دراسة آثار الشيخوخة على خلايا الدماغ لاتخاذ القرار مشاكل العمربأكبر قدر ممكن من الكفاءة.