Системная и контурная нейронаука
Системная и контурная нейронаука изучает, как популяции нейронов организованы в функциональные системы и контуры, которые воспринимают мир, генерируют движения и формируют эмоции и возбуждение. Это уровень анализа, который находится между клеточной и молекулярной нейронаукой (ниже) и когницией и поведением (выше), исследуя, как анатомические пути и паттерны нейронной активности порождают восприятие, действие и внутреннее состояние.
Definition
Системная и контурная нейронаука — это исследование структуры и динамики определенных нейронных контуров и крупномасштабных систем, связывающее анатомическую связность и физиологическую активность с сенсорными, моторными, аффективными и регулирующими состояние функциями.
Scope
Эта область знакомит читателя с основными функциональными системами нервной системы: зрительной, двигательной, соматосенсорной, лимбической и системами внимания или возбуждения. Это справочно-образовательный обзор, который служит основой для более детальных тематических статей; он не является клиническим руководством и не затрагивает вопросы диагностики или лечения.
Sub-topics
Core questions
- Как сенсорные входы трансформируются по организованным путям в перцептивные представления?
- Как моторные контуры планируют, выбирают и выполняют движения?
- Как эмоции, мотивация и возбуждение регулируются распределенными контурами и нейромодуляторными системами?
- Как иерархические и параллельные архитектуры контуров поддерживают эти функции?
Key concepts
- Топографические и соматотопические карты
- Рецептивные поля и избирательность признаков
- Иерархическая и параллельная обработка
- Параллельные кортико-базально-ганглионарно-таламокортикальные петли
- Нейромодуляторные системы и системы возбуждения
- Крупномасштабные мозговые сети и связность
Mechanisms
Функциональные системы строятся из контуров, в которых упорядоченные анатомические связи накладывают вычисления на нейронную активность. Сенсорные системы отображают рецепторные поверхности на кору головного мозга топографически и извлекают все более сложные признаки вдоль иерархических путей, как было показано Хабелом и Визелем для зрительной коры и Маунткаслом для соматосенсорной коры. Моторные и лимбические функции частично зависят от параллельных, частично сегрегированных петель через базальные ганглии и таламус, описанных Александером и коллегами. В самом крупном масштабе эти контуры образуют структурные и функциональные сети, организация которых может быть проанализирована с помощью графотеоретических методов, как обобщено Буллмором и Спорнсом.
Clinical relevance
Описанные здесь системы лежат в основе клинической неврологии и психиатрии: расстройства зрения, движения, ощущения, эмоций и возбуждения соответствуют дисфункции специфических контуров. Эта статья объясняет нормальную организацию этих систем как основу для понимания заболеваний; это образовательный справочный материал, а не основа для индивидуальной диагностики или лечения.
Evidence & guidelines
База знаний системной нейронауки основывается на конвергентных данных электрофизиологии одиночных нейронов, анатомическом трассировании путей, исследованиях поражений и нейровизуализации человека, а не на клинических испытаниях. Фундаментальные первичные исследования (например, Маунткасла, а также Хабела и Визеля) установили колоночную и топографическую организацию коры, а современные сетевые анализы интегрируют их в системные описания; стандартные справочные материалы можно найти в комплексных учебниках по нейронауке.
History
Системная нейронаука выросла из усилий XIX и XX веков по локализации функций в мозге и картированию сенсорных и моторных путей. Записи одиночных нейронов Маунткасла в соматосенсорной коре и Хабела и Визеля в зрительной коре в середине XX века выявили колоночную и иерархическую организацию сенсорной коры, в то время как более поздние работы по петлям базальных ганглиев и, совсем недавно, по крупномасштабной коннектомике расширили область от отдельных контуров до сетей всего мозга.
Key figures
- Vernon Mountcastle
- David Hubel
- Torsten Wiesel
- Garrett Alexander
- Olaf Sporns
Related topics
Seminal works
- mountcastle-1957
- hubel-wiesel-1968
- alexander-1990
Frequently asked questions
- Чем системная нейронаука отличается от клеточной или молекулярной нейронауки?
- Клеточная и молекулярная нейронаука изучают отдельные нейроны, синапсы, а также гены и молекулы внутри них, тогда как системная и контурная нейронаука изучает, как группы нейронов объединены в контуры и системы, которые выполняют такие функции, как зрение, движение или регуляция эмоций.
- Что считается «системой» в нервной системе?
- Нейронная система — это набор взаимосвязанных структур, которые вместе выполняют согласованную функцию, например, зрительная система, моторная система или лимбическая система; каждая из них изучается как организованный путь с характерными входами, преобразованиями и выходами.